汽车

汽车(Automobile)是一种用于交通运输的轮式机动车。狭义上说,“汽车”指的是拥有四个及以上车轮、使用自身动力行驶的车辆。依据用途的不同,汽车可以分成两大类:以运输人员为主的乘用车(Passenger Car)和以运输货物为主的商用车(Commercial Vehicle)。
骑车具有驾驶、停放、乘员舒适性等诸多配置。几十年来,汽车的复杂程度日趋增加。对于当代社会而言,汽车是仅次于房产的第二大宗消费品,汽车为现代社会带来了充足的流动性和便利性,同时汽车工业也是现代工业的重要板块,创造了大量的就业岗位、社会福祉与税收。
全球约有10亿辆汽车,并且仍然在迅速增加,以中国、印度为代表的新兴工业化国家是最大的增长区域。
词源
英文car被认为来自于拉丁语carrus/carrum,即“轮式车辆”或者中古英语carre,即“双轮车”。这两个词又来自于高卢语karros“战车”。它最初指代一切轮式马拉车辆。
在英式英语当中,常用Motor car这一正式术语,该词在1895年就开始使用。另一个是Autocar,字面意思是“自行式车辆”,但是现在一般认为是过时的用法。
Automobile是一个古典复合词,来自古希腊语autós(αὐτός)和拉丁语mobilis,并且从法语进入英语。1987年首次被英国汽车俱乐部采用。其缩写auto常出现在复合词中,如汽车工业(Auto Industry)、汽车机械师(Auto Mechanic)。
汉语的“汽车”一词来自清末民初的“蒸汽机关车”,即当时的蒸汽机车,简称为“汽车”,后来将这一定义扩大至一切可以自行的车辆,又收窄至公路车辆,而用“火车”来指代轨道车辆。
历史
早期历史
在汽车历史的最早期,蒸汽动力、内燃机动力与电力是并驾齐驱的。汽车的出现大致有若干个关键的时间点:
- 1672年,旅居中国的耶稣会士南怀仁(Ferdinand Verbiest)制作了一辆蒸汽动力的自行小车呈贡给康熙帝作为玩具。该车尺寸较小,无法实际搭载任何载荷,但是这有可能是第一辆可以实际运行的蒸汽动力、具有自行能力的车辆。
- 1770年和1771年,Nicloas-Joseph Cugnot(尼古拉斯-约瑟夫·居纽)展示了他制造的fardier à vapeur(蒸汽拖车),该车是一型具有实用性能的火炮牵引车。但是该车未能成功运行。
Cugnot失败之后,英国在蒸汽机方面有了较快的发展。1784年,Williams Murdoch在雷德鲁斯建造了蒸汽车的模型;1801年,Richard Trevithick在坎伯恩成功驾驶了一辆能实际运行的蒸汽车。 - 1806年,瑞士工程师Francois Issac de Rivaz制造了一台氢氧内燃机,1826年,英国人Samuel Brown使用自己设计的氢氧内燃机驱动一辆汽车爬上了伦敦东南部的射手山。由于缺少合适的燃料,早期的内燃机更倾向于使用气体燃料。
- 1828年,早期电动机的发明者、匈牙利人Anyos Jedlik建造了一辆模型电动车。
1832到1839年间,苏格兰发明家Robert Anderson发明了一系列简陋的载人电动车。这些都是不具备实用价值的车辆。 - 1867年,Nicolaus Otto和Eugen Langen制造了汽油内燃机。1870年,奥匈帝国发明家Siegfried Marcus将一台汽油机装在了手推车上,因此他被一些人尊为汽车的鼻祖。但是由于其犹太血统,他的几乎所有资料在二战期间都被纳粹德国抹去。
- 1881年4月,法国发明家Gustav Trouve在巴黎街道上测试了很有可能是第一款自带电源的载人电动汽车。
- 1885年,Karl Benz在曼海姆制造了Benz Patent-Motorwagen,它被认为是世界上第一辆现代意义上的汽车,也是第一款投入量产的汽车。Karl Benz在1886年1月29日申请了专利,1888年开始将该车投入量产。1888年8月,他的妻子Bertha Benz驾驶该车从曼海姆到普福茨海姆后返回,证明该车可以进行长途旅行。
- 1889年,Gottlieb Daimler和Wilhelm Maybach在斯图加特设计了一款汽车,这款汽车是首款完全从零开始设计的汽车,而不是简单地将一台发动机装在马车车厢上。他们通常还被认为在1885年发明了第一辆摩托车。
- 1892年,德国工程师Rudolf Diesel获得“新型内燃机”的专利,1897年成功制造第一台柴油机。
- 1910年代,汽油内燃机开始占据主导地位,直到21世纪。
批量生产
- 1901年,Ranson Olds开始在密歇根州的Oldsmobile工厂大批量生产平价汽车。当时采用的是固定装配线。
- 1905年到1914年,由于黄铜在汽车当中的广泛运用,这一时期在汽车历史上被北美称为“黄铜时代”。这一时期大量的新技术投入量产,如点火系统、独立悬架和四轮制动器。钢制车身开始逐步取代木质车身。这一时期也是赛车运动的发展时期,1908年,纽约-巴黎赛事举办。
- 1913年,Henry Ford在高地公园工厂建立了第一条汽车流水线制造Model T。以15分钟的生产步调极大地提升了汽车的生产效率,达到了固定装配线的八倍,而工时从12.5小时降低到了1小时33分。在这样的生产步调下,只有“日本黑”这种涂料可以在足够短的时间内干燥,因此Ford放弃了1913年前的多种颜色。直到1926年DuPont开发出干燥速度足够快的Duco漆。高工资和高效率的结合被称为“Ford主义”。
- 流水线制度被汽车行业广泛采用。1919年,Citroen进入汽车行业,1921年,它成为第一家采用流水线制度的欧洲制造商。
- Alfred Sloan在GM提出了多品牌策略,称为General Motors Companion Make Program。并开始进行产品之间的垂直整合,通过共用零部件以降低成本。
- 1924年,Opel 4PS Laubfrosch下线,很快成为德国最大的汽车制造商,占据了德国37.5%的市场份额。
战前时代
- 1930年代的大萧条直到战后的经济复苏为标志(通常认为是1946年),集成式挡泥板和全封闭车身是这一时期的主要特征。
- 1934年,Andre Citroen推出了首款大规模量产的前驱车Citroen Traction Avant。
- 由于大萧条和汽车行业的成熟与整合,汽车制造商的数量开始急剧下降。
战后时代
- 二战结束后,汽车设计的一个重大的变化就是踏板的消失和挡泥板整合进入车身的设计。最早的代表车型有苏联的GAZ-M20 “Pobeda”、英国的Standard Vanguard、美国的Studebaker Champion、捷克Tatra 600、意大利的Cisitalia 220等。
- Alec Issigonis设计了Mini,开创了现代汽车最常用的前横置前驱布局。
现代汽车
驱动技术
- 在汽车发展的早期,蒸汽、电和内燃机处于一个并驾齐驱的关系。
- 现代石油分馏工业起源于19世纪中叶。
- 1888年,Bertha Benz在前往普福茨海姆的途中,在一家位于维斯洛赫的药店加注汽油,此后,其他药店也开始将汽油作为副业。
- 随着Ford Model T的销售,市场对加油的需求猛增。1905年,美国开设了世界上第一家专用加油站。1913年,第一家采用现代“驶入式设计”的加油站在匹兹堡投入运营。
- 随着加油站的普及,内燃机迅速在汽车动力领域占据上风,蒸汽动力和电动被淘汰。
- 二战结束后,欧洲石油紧缺,欧洲的汽车制造商开始注重燃油经济性。以Talbot为代表的法国战前超豪华制造商被淘汰。
- 1974年,第一次石油危机爆发,美国制造商也开始注意燃油经济性。并且趁此机会,日本制造商大举进入北美市场。
- 1990年代后,随着数次石油危机、环保思潮的影响,汽车的燃油经济性与清洁性日益受到重视,NEV的概念开始出现。尽管电作为汽车动力的历史比内燃机更久。
- 2008年,Tesla Roadster发布,2009年Mitsubishi i-MiEV上市,2010年Nissan Leaf上市,虽然销量不太大,但是这是继GM EV1的商业失败后,最早一批在市场上取得成功的BEV。
- 2010年,Chevrolet Volt上市,是首款量产的串联式混合动力或者EREV产品。
- 2012年,Tesla Model S上市,此后BEV开始大规模流行。
操作界面
汽车使用各种控制装置来实现操作,如方向盘、各种踏板、按钮和旋钮。现代化的汽车还使用了包括触摸屏、语音控制等界面。
转向
- 早期的汽车使用的是类似船舶的舵柄设计,在左、在右、在中间都有。
- 1894年,Alfred Vacheron驾驶一辆Panhard et Levassor参加巴黎-鲁昂赛事时,首次使用了方向盘。
- 1898年,方向盘成为Panhard et Levassor的标配。
- 1899年,Packard在美国市场引入方向盘设计。
- 1908年,方向盘得到普及。
无助力的方向盘比较沉重,因此出现了转向助力系统,较早出现的是液压转向助力(HPS,Hydrolic Power Steering),到2010年代后已经基本被电子转向助力(EPS,Eletric Power Steering)取代。EPS与HPS相比具有体积小、故障率低、没有液压泵因而比较省油的特点,同时EPS可以很方便地和自动驾驶或者ADAS系统相结合,实现LKA等需要进行方向盘自动操作的功能。
动力控制
- 早期汽车使用手柄来控制节气门、节流阀、点火正时等诸多发动机参数来控制动力。
- 1900年,Wilson-Pilcher在英国上市,该车配备了调速手柄和调速踏板,踏板优先级更高,并且和现代汽车不同,踏板是双向的,可以向上加速或者向下减速。
- 虽然踏板已经出现,但是在转向柱上安装调速手柄仍然非常常见,包括著名的Ford Model T。
- 早期的踏板布局并不统一。Cadillac Type 53最早使用了现代的离合-刹车-油门踏板布局和手动换挡布局,但是由于Type 53价格相当昂贵,所以这一布局没有迅速普及。
- Austin 7也采用了相同的布局设计,作为一款平价车型,它真正促成了这一设计的普及。
现代的汽车通常的控制界面是“三踏板+方向盘+换挡杆”的布局。驾驶员正前方是用于控制方向的方向盘,在中央的中控台上有换挡杆,驾驶员的脚部控制三个踏板,左脚控制离合器,右脚控制刹车和油门。
随着自动变速箱的普及,离合器踏板在搭载自动变速箱的车型上已经不再需要,但是为了满足手动车型与自动车型之间的兼容性、同时让左脚能够较好地支撑驾驶者的身体,自动车型的刹车和油门也都放置在右侧。随着线控换挡的推广,自动变速箱车型的换挡杆也有了更多的变化,除了传统的杆式之外,还出现了旋钮、按钮、小型拨杆、怀挡等多种设计,Tesla Model 3甚至在2023年后将换档模式集成进了屏幕当中。
但是在赛车领域,为了让车手能够以尽快的速度在油门和刹车之间切换,且由于一些级别的赛车并不需要脚来控制离合器,所以设计为左脚刹车右脚油门,如F1赛车。
灯光
汽车装有数量众多的内外部灯光,其中包括主要的前照灯,用于照亮前方道路和环境。在某些地区还需要点亮日间行车灯。后方有尾灯和刹车灯、倒车灯。车辆内部顶篷上也装有提供内部照明用途的灯光,还有的车辆会配备行李箱灯,少数车辆会配备发动机舱灯。
重量
20世纪末,由于安全要求的提升,汽车有了明显的增重趋势,后来NEV的普及更是加剧了这一趋势。沉重的动力电池包是BEV重量显著高于ICEV的主要原因。截至2020年代,大多数乘用车的重量介于1-3吨。微型车、极为重视轻量化的高性能汽车可能低于1吨,在3吨左右的则多数是大型乘用车和电动车。
较重的车身对于该车的乘客的碰撞安全有利,但是对于其他的交通参与者不利1)。此外,过重的车身对于能源经济性、操控性都有不利影响,因此多数制造商都在致力于汽车的轻量化。部分车型如NIO ES8采用了铝合金车身,BMW i3甚至用上了全碳纤维车身。
座椅与车身型式
关于汽车的车身型式,参考主条目:车身型式。
大多数汽车设计为可以搭载多名乘客。通常轿车和SUV可以搭载4-5名乘客,部分大型乘用车可以搭载6-7人,部分运动车型则只有2名乘员的空间。
部分国家规定了不同驾照对准许驾驶的车型座位数的限制,如中国法规规定C类驾照只允许驾驶9座以下的非运营车辆。
安全
交通事故是全球范围内受伤致死的最大原因。
1869年,爱尔兰帕森斯敦(Parsonstown)发生了一起交通事故,一名叫Mary Ward的女性死亡,该起事故成为最早的有记录的汽车死亡事故。
为了规范各个市场内的交通安全,各国都有针对汽车主被动安全的设计规范,并且会在上市前对新车进行碰撞测试以评估其安全性能。除了政府机关,保险公司组成的协会也会对新车进行安全性评估以确定该车型的保险费率,如美国的IIHS。
成本与收益
汽车的使用成本包括车辆的购置费用、各类税费、维修与保养、燃料与能源、折旧、停车、保险。但是对于汽车的用户来说,汽车也会带来出行的便利性和私人性。
对于社会来说,汽车会带来道路建设、土地使用、空气污染、噪音污染、交通拥堵、公共卫生、医疗方面的成本,旧车的报废也会带来额外的社会成本。但是汽车工业也会带来社会交流、就业、产业升级等收益。对于国家而言,汽车制造业是高度集约化、产业链很长的特大规模工业制造门类,被认为是一个国家工业制造能力的象征2)。
环境冲击
汽车是城市空气污染的主要原因之一。ICEV通过燃烧汽油或者柴油驱动,这会导致空气污染,BEV通常被认为污染更小,但是所有类型的汽车都会因为刹车和轮胎而产生粉尘。考虑到整个制造周期的话,BEV的电池组制造也会产生大量的污染。
为了改善这一问题,多数国家都会使用财政政策来调整,如马力税、排量税和燃油税,鼓励制造商提升汽车的效率,鼓励消费者减少汽车的使用甚至不开车。同时主要国家也出台了对NEV的行政政策倾斜。如对老旧排放标准车型的限制、ICEV禁售规划等。2030年起,荷兰阿姆斯特丹将禁止ICEV进入。中国的很多城市的牌照发放侦测也向NEV倾斜。很多国家也都设置了2025-2050年的燃油车停售时间表3)。
汽车制造需要大量能源与资源,因此汽车制造商也需要满足所在国家和地区的环保规范。
很多动物也会死于公路事故。最近的公路建设通常会考虑这一问题,如设置野生动物走廊,协助野生动物穿越公路。部分大型野生动物甚至会对车辆与乘员造成安全威胁,如高纬度地区的麋鹿。
新技术
自动驾驶
主条目:自动驾驶。
开源汽车
主条目:开源汽车。
共享出行
汽车工业
参考:汽车品牌列表
汽车工业涉及到汽车的设计、开发、制造、营销、销售、售后、改装等,包含有数量庞大的公司和组织。按照收入计算,汽车工业是世界上规模最大的行业之一。
OICA(法语:Organisation internationale des constructeurs automobiles,国际机动车制造商组织)是全球规模的汽车制造商国际贸易协会,1919年成立于巴黎。OICA促进其成员国家汽车工业贸易协会之间的沟通,倡导国际层面的政策与立场共识。同时OICA也负责协调全球主要车展的日程安排。
各国汽车工业
1950年代,汽车的主要生产国是美国,其产量占据全球总产量的80%以上,随着战争对欧洲的负面影响的消退,欧洲重新开始生产汽车。
1960年代,日本开始大举进入汽车制造行业,并在1980年代跻身主要汽车生产国之一。这一时期,美国、日本、德国、法国和英国总共占据了全球汽车总产量的80%。
1990年代,韩国的汽车产量开始爬升,到2004年,韩国超越法国成为第五大汽车生产国。
2000年后,中国的汽车工业开始猛烈发展,2009年成为世界第一大汽车生产国。2010年,印度超过韩国、加拿大、西班牙,成为第五大汽车生产国。2018年,印度的汽车制造规模超越德国,位列全球第四。
截至2022年,全球前20大汽车生产国如下图:
汽车制造商
2023年,全球汽车制造集团的总销量情况如下: