第1章汽車工業簡史

1.1汽車——改變世界的機器

1.2汽車的產生與發展

1.3汽車工業的發展

1.4我國汽車工業簡史

復習思考題

第2章著名汽車公司概覽

2.1德國汽車公司

2.2美國汽車公司

2.3瑞典汽車公司

2.4法國汽車公司

2.5意大利汽車公司

2.6英國汽車公司

2.7日本汽車公司

2.8韓國汽車公司

2.9中國汽車公司

復習思考題

第3章汽車分類與性能

3.1我國汽車分類

3.2國外汽車分類

3.3車輛識別代號

3.4汽車性能指標

復習思考題

第4章汽車基本構造

4.1汽車總體構造

4.2發動機構造

4.3汽車底盤構造

4.4車身與附屬設備

復習思考題

第5章汽車工程材料

5.1汽車用金屬材料

5.2汽車用非金屬材料

5.3汽車用新型材料

復習思考題

第6章汽車設計工程

6.1汽車的設計要求

6.2汽車設計理論與設計技術

6.3現代汽車開發流程

6.4概念車與概念設計

6.5汽車的設計過程

復習思考題

第7章汽車試驗工程

7.1汽車整車性能試驗

7.2汽車總成零部件試驗

7.3汽車試驗場

7.4汽車風洞

復習思考題

第8章汽車制造工程

8.1汽車制造的特點

8.2汽車制造工藝流程

復習思考題

第9章汽車認證與新車評價

9.1汽車產品認證制度

9.2新車評價規程

復習思考題

第10章汽車報廢回收與循環經濟

10.1汽車使用壽命

10.2汽車的報廢與回收

10.3循環經濟與汽車工程

復習思考題

參考文獻

教材是教學之本，是教學質量穩步提高的基本保障。教材內容必須與時俱進，緊跟技術發展的步伐，反映工程技術領域的新結構、新工藝、新特點和新趨勢。隨著近幾年來國內外汽車技術的迅猛發展，《汽車工程概論》第1版的部分內容已顯陳舊，需要刪減和更新； 同時，許多汽車新技術、新材料、新標準則需要補充和加強。為此，我們組織力量對《汽車工程概論》第1版進行了全面的修訂。本書是按照*關於車輛工程專業本科和“卓越工程師教育培養計劃”的總體目標，並結合汽車類專業的實際需求編寫的。本書共分10章，緊緊圍繞汽車工程，在簡要介紹汽車發展史、汽車分類與性能、汽車基本構造等內容的基礎上，重點闡述汽車工程材料、汽車設計工程、汽車試驗工程、汽車制造工程等內容，對汽車認證與新車評價以及汽車報廢回收與循環經濟等相關知識也作了充分的介紹，是一本內容較為廣泛、簡明扼要地反映當代汽車及汽車工業新知識的教材。本書可作為普通高等院校車輛工程（汽車）類專業教材，也可作為高等工程專科學校、高等職業技術學院以及自學考試、成人教育類汽車運用、汽車服務、汽車維修類專業教材，還可作為廣大汽車工程技術人員和汽車愛好者的參考讀物。本書是按照授課時數約為60學時編寫的，各學校在選用本書作為教材時，可根據自己的教學大綱適當增、減學時。本書條理清晰，層次分明，語言簡練，圖文並茂，內容全面,重點突出，詳略得當，刪除了冗長的理論分析，強化了汽車工程實用技術的介紹，教材內容的取舍以充分滿足汽車工程師知識結構的要求為出發點，特別注重理論與實踐的緊密結合，內容具有極強的針對性和實用性，旨在開闊學生的專業知識視野，切實培養和提高學生的技術應用能力，是一本具有鮮明特色的實用規劃教材。本書第1章、第2章由曹師今編寫，第3章、第4章、第9章、第10章由李雪飛編寫，第5章由崔永剛編寫，第6章、第7章、第8章由凌永成編寫，全書由凌永成統稿。瀋陽大學黃曉雲教授作為主審，對全書進行了認真的審閱，並提出了許多寶貴意見，使本書結構更為嚴謹，在此深表謝忱！在本書編寫過程中，曾得到許多專家和同行的熱情支持，並參考和借鋻了許多國內外公開出版和發表的文獻，在此一並致謝！由於時間倉促，水平有限，書中難免存在不足或疏漏之處，懇請廣大讀者批評指正，以便再版時修訂。為方便選用本書作為教材的任課教師授課，編者還制作了與本書配套的電子課件。有需要的教師可致信凌永成郵箱lyc903115@163.com索取，編者會無償提供。凌永成2018年5月

第1章汽車工業簡史

教學提示：  作為改變世界的機器，汽車對人類社會生活產生了深遠的影響。回顧汽車工業發展簡史，對激發學生的學習熱情，弘揚和傳播汽車文化具有重要意義。
教學要求：  本章主要介紹汽車工業發展簡史和汽車對人類社會生活的影響，重點內容是汽車工業發展簡史。要求學生了解汽車對人類社會生活的深遠影響，熟悉汽車發展的歷史進程。

1.1汽車——改變世界的機器汽車社會的前提是大眾可以普遍享受汽車文明。汽車極大地擴張了人們的生活半徑，也改變了社會的產業結構、生產和生活方式。汽車已滲透到現代社會活動的各個方面，從生產活動到日常生活，從體育競技到軍事行動，哪裡都離不開汽車。
1. 汽車——世界工業經濟發展的龍頭在世界工業化進程中，汽車扮演了極其重要的角色。汽車是世界上兼有零件數以萬計、產量數以千萬計、保有量數以億計的綜合性、高精度、大批量生產的工業產品，汽車工業的發展促進了先進生產方式的產生與發展。汽車工業的發展，有力地帶動了交通、能源、冶金、制造、化工、電子等一大批相關產業的發展，汽車工業是世界上個全球化的工業。在很多發達國家及發展中國家，汽車工業已成為非常重要的支柱產業。世界經濟發展到今天的水平，汽車工業有不可磨滅的貢獻。在當今世界經濟中，汽車產業起著舉足輕重的龍頭作用。
2. 汽車——科學技術的舞臺走進汽車科技的殿堂，你會發現數不勝數的科技成果。100多年以來，多少人為汽車技術的發展嘔心瀝血，貢獻出他們的聰明纔智，使汽車從一種簡單的機械逐漸演變為一個集多學科、高技術於一身的現代化機電產品。在汽車發展的各個時期，都折射出當時科學技術發展的輝煌。由於汽車在社會、經濟、生活中的影響力，機械、電子、化學、材料、光學等眾多學科技術領域取得的成就都力圖在汽車上一顯身手。汽車也給各種先進技術提供了一個展示的舞臺，讓各學科都能在這裡有用武之地。電子技術突飛猛進的發展，為汽車拓展出一片新的天地。電子技術、信息技術在現代汽車上的廣泛應用，使汽車這個傳統的機械產品嬗變為機電一體化產品，而現代汽車中“電”的部分已占到其技術含量的40%以上。反映在汽車上的科學技術，可謂博大精深。


汽車工程概論(第2版)




第1章汽車工業簡史


3. 汽車——代表著現代文明的輝煌汽車推動著世界經濟的車輪向前滾動，也改變著人類的社會生活，汽車把人們從手拉肩扛、跋山涉水的艱辛中解放出來，把消耗在漫漫旅途上的時間下來。汽車在空間上使世界變小，在時間上加快了社會進步的步伐。汽車使人們眼界更寬，心胸更廣，生活更加豐富多彩。除了帶來運輸的便捷，汽車對社會更深層次的影響是它改變了我們的生活方式，形成了汽車文化。人們上班、工作、購物、遊玩，不能沒有汽車，汽車給人們帶來舒適，帶來愉悅，帶來物質上和精神上的追求和享受。在現代生活中，人們已經離不開汽車了。在國防方面，汽車不僅是運送軍事物資和後勤給養的主要工具，而且是完成作戰部隊快速調動的重要手段。此外，不少武器裝備本身就是以車輛繫統為其重要組成部分的，如坦克、戰車、自行火炮等。汽車，代表著人類現代文明的輝煌！
4. 汽車——優化交通結構的主力軍現代交通結構基本上是由火車、汽車、飛機、船舶等現代交通工具組成的，各自在交通結構中發揮著重要作用，而汽車所具有的普遍性和靈活性則是其他現代交通工具所無法比擬的。普遍性體現在汽車既可作為公共交通工具，又可作為家庭和個人的交通工具； 既適於大批量客貨運輸，也適於小批量客貨運輸。靈活性體現在汽車屬於面上交通工具，隻要有道路就能行駛，它既可通向各個城市，又可通向廣大農村，實現“門對門”服務，而火車、飛機等則不可能實現。由於汽車所具有的普遍性和靈活性，纔使得現代交通結構實現公共交通與個人或家庭相結合，大批量運輸與小批量運輸相結合，從而使現代交通結構達到了完美的地步。
5. 汽車——也是一把雙刃劍汽車在給現代人帶來速度、便利、享受和滿足的同時，也造成了石油資源大量消耗、廢氣排放、噪聲污染和交通安全等問題。汽車的排放污染、噪聲污染，在很多城市已經成為環境污染的罪魁禍首。汽車造成的交通事故，使世界每年逾20萬人、我國每年逾4萬人命喪車輪之下，遠遠超過中等規模的常規戰爭造成的人身傷害。汽車對石油的大量消耗，不禁使人擔心地球的能源資源還能負擔多少年。這一切，說明汽車不僅僅是在造福於人類，同時也給人類社會和人類社會賴以生存的環境帶來了威脅。汽車公害，是遮掩汽車輝煌的一層陰霾。社會在發展進步，人民的生活質量在提高，人們對自然環境和地球資源的保護意識在增強，對汽車的要求也相應地越來越高。汽車的公害問題亟待解決。多年來，各國科學家、技術工程人員為此進行了不懈的努力，取得了卓有成效的進展。目前，安全氣囊、防抱死制動繫統等安全輔助裝置已開始步入大量應用階段； 防撞報警繫統、疲勞駕駛報警繫統等亦在開發之中。由上述可知，現代汽車在與能源、環境、交通安全等問題的抗爭中不斷以新的面貌出現，繼續伴隨著現代人去創造更加燦爛的明天。1.2汽車的產生與發展1.2.1願望與設想時期1. 我國的古代車輛



圖11馬鈞發明的指南車（復制品）


在我國古代車輛發展進程中，有重要技術價值的要數指南車和記裡鼓車。在三國時期，有一位叫馬鈞的技術高明的大技師發明了指南車（見圖11）。指南車是一種雙輪獨轅車，車上立一個木人伸臂指南。隻要一開始行車，不論向東或向西轉彎，木人的手臂始終指向南方。
記裡鼓車（見圖12）3世紀時，中國先發明的記錄裡程的儀器，可惜初結構已失傳，到宋代纔由燕肅重新制造成功。

指南車和記裡鼓車都是利用齒輪傳動原理來工作的。它的出現，體現了1700多年前我國車輛制造工程技術已達到的水平，是我國古代車輛技術的卓越成就。2. 自走式車輛的幻想與探索1420年，有人制造出了一種滑輪車（見圖13）。人坐在車內，借用人力使繩子不停地轉動滑輪。車雖然走了起來，但由於人力有限，這輛車的速度不能充分地得以發揮，比步行還要慢。


圖12記裡鼓車



1649年，德國一個鐘表匠漢斯·郝丘制造了一臺發條式的汽車（見圖14）。但是這臺發條車的速度不到1.6km/h，而且每前進230m，就必須把鋼制發條卷緊一次，這個工作的強度太大了，所以發條車也沒有能夠得到發展。


圖13滑輪車




圖14發條車


到了17世紀後期，利用火藥爆發力、蒸汽壓力、活塞運動機構等技術的發明紛紛出現，終於導致1705年紐可門（Thomas Newcomen）的活塞往復運動壓板式蒸汽機作為揚水泵而付諸實用。接著，在1759—1769年間，瓦特（James Watt）進一步改良了蒸汽機，將利用蒸汽冷凝產生真空從而產生動力的方式改為直接利用蒸汽壓力的方式，制成了以曲軸變往復運動為回轉運動的人類初的通用動力機械，使蒸汽機進入了實用階段，同時也加速了依靠自身的動力驅動車輪回轉的車輛誕生。蒸汽汽車是在18世紀後半期開始進入實用階段的。到了19世紀末期已有了制作得非常精巧的汽車問世。可以說這些技術是產生今天以內燃機為動力的現代汽車的母體。從這個意義上講，不斷發展並一直延續至今的汽車的歷史是與蒸汽汽車的歷史密切相連的。
1.2.2汽車早期探索時期1. 蒸汽汽車
毫無疑問，世界上初可載人的自備動力的車輛就是蒸汽汽車了。早的一輛是法國人居紐（Nicolas Joseph Cugnot）在1769年制造的。這是一輛用來拉炮的蒸汽三輪車（見圖15），一個碩大的銅制鍋爐被放置在前輪的前方，蒸汽用燃燒柴火來產生，它進入兩個汽缸，使兩個活塞交替運動。由於沒有曲軸，故活塞的作用力通過車爪傳給前輪。由於鍋爐、汽缸等機件的重量都加在前輪上，使得操縱方向十分困難。這輛車試車時速度僅3.6km／h，隻行駛了1km左右就發生鍋爐爆炸，汽車失去了控制，結果車仰人翻，還撞壞了路邊房屋的牆壁，車子本身也受到嚴重損壞。盡管如此，這畢竟使汽車朝實用化方向邁出了步，開創了輪式車輛用自備動力裝置進行驅動。第二年，亦即1770年，這輛車經過修整作為世界上輛汽車，至今珍藏在巴黎的國家技術及機械產品博物館內。此後，各國機械師開發設計蒸汽汽車的熱情持續高漲。進入19世紀，在實驗的基礎上，設計與制作都有了進步，逐漸開始有實用的蒸汽汽車問世。1825年英國公爵古涅（Goldsworthy Gurney）制成了輛蒸汽公共汽車（見圖16）。


圖15蒸汽三輪車




圖16輛蒸汽公共汽車


這輛車的發動機裝在後部，後軸驅動，前軸轉向。它采用了巧妙的專用轉向軸設計，前面兩個輪並不承擔車重，可由駕駛者利用方向舵柄輕便地轉動，然後通過一個車轅，引導前軸轉動，使轉向變得輕松自如。1831年古涅利用這輛車開始了世界上早的公共汽車運營業務，在相距15km的格斯特夏和切羅騰哈姆之間進行有規律的運輸服務，跑完單程的時間約45min。所以這輛車也被認為是世界上早的公共汽車。19世紀末20世紀初，蒸汽汽車的燃料由煤轉為石油，行駛速度不斷增加（至50km／h左右），操作簡便性和乘坐舒適性也大為改善。當然這些與1839年固特異（Charles Goodyear）提出的加硫橡膠的利用和1845年湯姆遜（William Thompson）發明的充氣輪胎所作出的貢獻是分不開的。
2. 電動汽車就在蒸汽汽車產生的初期，已有許多人投入對電動汽車的研制中。一般認為，1873年英國戴維森制造的四輪卡車是早的電動汽車。19世紀80年代，在法國已制造了多輛名副其實的電動汽車。在美國，愛迪生和福特都對電動汽車的開發作出了很大貢獻。19世紀90年代，電動汽車有了較快的發展，於1898年創立的哥倫比亞電氣公司當時曾生產了500輛電動汽車。1899年，法國的傑那茨（Camille Jenatzy）駕駛著電動汽車創造了105km／h的車速記錄（見圖17）。

圖171899年傑那茨駕駛的電動汽車



在以後的20年間，電動汽車與蒸汽汽車展開了激烈的競爭。但無論是電動汽車還是蒸汽汽車，後都在競爭中讓位於後起之秀——裝有內燃機的汽車。其主要原因是電動汽車一次充電的續駛裡程太短，而且蓄電池的質量和體積都很大（這一直是制約電動汽車發展的“瓶頸”問題），在車上為安放電池使室內空間過於狹小。對蒸汽汽車來說，則存在給水繁瑣，起動時為達到必要的蒸汽壓力所需時間太長以及存在安全性和公害方面的缺陷等。
1.2.3近代汽車的誕生與技術發展期1. 近代汽車的誕生
蒸汽汽車的缺陷促使人們尋求一種質量輕、功率大，可直接使燃料在汽缸中燃燒做功的內燃機來作為汽車動力。1838年，英國人巴尼特（Barnett）研制了原始的兩衝程煤氣機，後來英國人克拉克（Clerk）試圖進一步完善它，但都未能投入實際使用。1860年，法國人雷諾（Etienne Lenoir）終於制成了輛可供實用的常壓煤氣發動機，並申請了專利。當時的煤氣機無壓縮行程，煤氣用電火花點火燃燒而產生動力。由於無壓縮行程，這種發動機的熱效率很低。1862年，法國人羅徹斯（Beau de Rochas）提出了四衝程發動機循環理論（該理論至今仍為內燃機所采用），並取得四衝程發動機的專利。1876年，一直從事煤氣機試驗的德國人奧托（Nieolaus August Otto，見圖18）運用循環理論，試制成功了臺活塞與曲軸相結合，將煤氣與空氣的混合氣經壓縮衝程後再點火燃燒的往復式四衝程煤氣機，為提高內燃機工作效率開闢了新途徑。這種內燃機利用活塞往復四衝程，將進氣、壓縮、燃燒膨脹（做功）、排氣四個過程融為一體，使內燃機結構簡化、整體緊湊。為了紀念奧托對內燃機發展所作的貢獻，人們稱這種循環為奧托循環。奧托的試制車間後來發展成為赫赫有名的道依茨（DEUTZ）發動機公司。隨著石油開始取代煤氣，以及汽油汽化性好這一特點被研究者所注意，在奧托四衝程煤氣機和梅巴克關於汽化器設想的基礎上，1886年，戴姆勒將他制造的排量為0.46L、功率為0.82kW、轉速為650r／min的發動機（見圖19）裝在一輛據說由美國制造的馬車上，車速達到18km／h。這輛車被公認為是世界上輛汽油發動機驅動的四輪汽車（見圖110）。


圖18奧托




圖19戴姆勒制造的汽油發動機


也是在1886年，另一位德國人卡爾·本茨（Carl·Benz，見圖111）研制成功一臺單缸兩衝程汽油機，並將其裝在一輛三輪車上於1886年進行了公開試車（見圖112）。


圖1101886年戴姆勒的裝有汽油機的四輪汽車




圖111卡爾·本茨


這輛車可以說是近代汽車的原型。該車的單缸發動機排量為0.576L，輸出功率約0.52kW，轉速為300r／min，車速約15km／h，並具備了近代汽車的一些基本特點，如： 電火花點火、水冷循環、鋼管車架、後輪驅動、前輪轉向、帶制動手把等。這輛車（見圖113）現保存在慕尼黑科學博物館內。


圖112卡爾·本茨的妻子（貝爾塔）在試車




圖1131886年卡爾·本茨制造的裝有汽油機的三輪汽車


1886年1月29日，卡爾·本茨向德國皇家專利局申請汽車專利，同年11月2 日獲得批準。圖114為屬於卡爾·本茨的世界上張汽車專利證書，專利號為37435，類別屬於空氣及氣態動力機械類，專利名為氣態發動機車。為了紀念這兩位發明家，人們把戴姆勒和卡爾·本茨並稱為汽車之父，並把1886年作為現代汽年。


圖114張汽車專利證書
2. 汽車的發展完善德國人發明了汽車，但在促進汽車初期發展方面作出貢獻多的卻是法國人。1889年法國人標致（Peugeot）研制成功齒輪變速器、差速器； 1891年法國人首次采用前置發動機後輪驅動，開發出摩擦片式離合器； 1895年法國人開發出充氣式橡膠輪胎； 1898年法國的雷諾1號車采用了箱式變速器、萬向節傳動軸和齒輪主減速器； 1902年法國的狄第安首次采用了流傳至今的狄第安後橋半獨立懸架。德國在1893年發明了化油器； 1896年英國首次采用轉向盤和石棉制動器片。
1） 發動機的完善在這一時期，車用汽油機逐漸完善起來，汽油汽化與點火問題得到了解決。內燃機的冷卻初是用一根長而彎的管子讓水循環流動來實現的，1901年，邁巴赫發明了蜂窩狀的冷卻水箱，為高效率冷卻打下了基礎。早期的汽車是靠手搖轉動曲軸來起動發動機的。這種方式既費力又不方便，需要有兩個人配合纔行。初消除手搖起動的設想是將壓縮空氣按點火順序依次送進各缸以使曲軸轉動。壓縮空氣是靠發動機工作時帶動一個氣泵而儲存的，除了用於起動發動機外，還可給輪胎充氣及帶動千斤頂工作。但是這種起動方法並不成功。1917年，美國凱迪拉克公司研制了個電力起動機，它是用一個小電動機帶動與曲軸相連的飛輪轉動來起動發動機的。這項發明的關鍵在於認識到電動機能在瞬時超負荷運轉，所以一個小電動機就可以帶動曲軸轉動至發動機點火起動。有趣的是，這項發明初是凱特林（Kettering，見圖115）為電動點鈔機設計的，卻歪打正著地用到了汽車上。到了1930年，雖然搖動手柄（俗稱“搖把子”）仍然是汽車的一個附件，但是搖動曲軸起動發動機的事，除極偶然的情況外，已經不大出現了。2） 傳動繫統的完善汽車靠傳動軸傳遞功率後，在傳動軸與發動機之間安置了變速器，使發動機在一定的轉速內工作，而汽車可以有不同的行駛速度。變速器中是靠齒輪傳動的，主動齒輪與發動機連接，從動齒輪與驅動軸連接，行駛中換擋由於兩個齒輪轉速不同而囓合困難，強行囓合就有打齒的危險。一開始，人們在變速器的前後各裝一個離合器，換擋時，用這兩個離合器將變速器中的齒輪軸與發動機和驅動軸都脫開。但是由於慣性，兩齒輪轉速達到同步還得有一段時間，再加上兩個離合器配合操縱很復雜，使行駛換擋非常困難。1929年，凱迪拉克公司首先研制出同步器（見圖116），通過同步器中錐面相互摩擦使兩個齒輪轉速相同時纔允許囓合。這樣隻要有一個離合器就行了，換擋時既輕便又不打齒，換擋時間也大大縮短了。


圖115凱特林在修理一輛別克汽車




圖116同步器



3） 制動繫統的完善初的汽車制動器是照搬馬車上的結構，即用手剎帶動一個單支點的摩擦片來抱住後輪。但是汽車所需的制動力要比馬車大得多，而且汽車倒退時這種制動器常常失靈。當時一些汽車在底部安裝一根拖針，當汽車在坡路上下滑時，拖針會扎入地下使車停住。後來在車上又增加了腳剎，控制傳動軸的轉動。1914年開始出現輪內鼓式制動器（見圖117）。1919年，法國海斯柏諾索扎公司制成用腳踏板統一控制的四輪鼓式制動器，並由變速器驅動一個機械伺服機構來增加制動力，使制動效果大為改善。


圖117早期的汽車制動與傳動裝置

1—操作杆； 2—彈簧； 3—車輪； 4—平衡棒； 5—車輪分泵； 6—制動蹄； 7—回位彈簧； 
8—制動蹄片（摩擦片）； 9—發動機； 10—車架； 11—鏈條； 12—皮帶