为什么制造不出百分之百完美的汽车——说说汽车上的“矛盾论”

不知道大家发现没有,不论多么昂贵的汽车,都不是百分之百完美的,都有这样或者那样的缺憾。这个观点不论是对几万块钱的家用车,还是高大上的BBA,还是顶级豪华车劳斯莱斯、宾利,甚至是不计成本的超级跑车布加迪,都是适用的。有人就会问了,那为什么就不能设计一款百分之百完美的汽车呢?

事实上百分之百完美的汽车是不存在的,因为汽车上有很多功能或者性能是“互相矛盾”的,经常是选择了A就不能选择B,选择了B就不能选择C,比如成本与市场的矛盾、动力性与油耗的矛盾、舒适性与操控性的矛盾、空间与操控性的矛盾、技术先进性与可靠性的矛盾,等等。可以说,汽车就是一个矛盾综合体,汽车工程师就在这些矛盾之间闪转腾挪,协调平衡,最终设计制造出适合不同使用人群、不同使用需求的汽车。下面我们就来说说汽车上有哪些互相矛盾的地方,汽车工程师又是如何解决的。

1、汽车设计制造成本与市场终端售价之间的矛盾

相信大家都有这样的感觉,就是汽车售价越来越“便宜”了,同时汽车也越来越“减配”了,其实这就是汽车成本与售价之间的矛盾。对于汽车工程师而言,他希望把最好的东西都安装在汽车上,使用最好的材料和工艺来制造汽车,让汽车尽可能的完美,这就是所谓的“工程师文化”。但事实上这是不可能的,现在的汽车已经成为大众消费品了,所以必须得有大众消费得起的价格。如果不顾一切的只想用真材实料制造一辆“好车”,最终的结果可能是曲高和寡,销量低迷,老百姓根本买不起。所以汽车只能减配降低成本,以满足普罗大众的使用需求。

早期的汽车减配一般是减配置,把一些不重要的、增加舒适性和豪华感的配置减掉。后来发现这样做太敏感,中国老百姓最重视的就是这些,你把这些都减了不是要他们的命嘛!逐渐的车企就学精了,在老百姓看得到的地方给你做得豪华大气,在老百姓看不到的地方偷偷减配,最常见的是减配后防撞钢梁、车顶加强筋、降低钢板强度、降低悬架级别(双叉臂变麦弗逊、多连杆变扭力梁)等。其实你自己可以思考一下,同样大小的汽车,以前的汽车比现在要重很多,车价也贵很多。人工、物价涨了,但是车反而更便宜了,这其中有哪些猫腻,我想你应该能理解吧!

2、发动机动力性与经济性之间的矛盾

汽车发动机既要求有良好的动力性,又要求有合适的经济性,如何解决二者之间的矛盾,是汽车工程师孜孜不倦的追求。其实发动机中各种零部件的结构、参数等都是互相平衡的结果,下面简单说几个。

(1)压缩比与热效率:一般发动机的压缩比越高,热效率越高,那么发动机发明一百多年了,现在压缩比也只有11:1左右,最高的是马自达的创驰蓝天发动机,号称能达到14:1,但常用的状态也是在11:1左右;发动机的热效率最高也就是40%左右。那为什么不大幅度提高压缩比、提高发动机热效率呢?

在现有的技术条件下,如果把压缩比提的过高,会有很多无法处理的问题。一方面是汽油如果被过度压缩的话,很可能发生爆燃,这是无法控制的燃烧状态,需要避免的;另一方面压缩比过高,零部件的强度也需要随之提高,我们知道柴油机的压缩比比汽油机大很多,但是同排量的柴油机体积也要比汽油机大很多,同时也更重,就是因为内部的零部件都需要加强设计。此外,汽油机可以使用铝合金,但是柴油机只能使用铸铁。

此外,发动机在不同的工况下,对压缩比的需求也是不同的,因此压缩比最好是随着发动机工况随时变化的。这样的发动机在日产公司已经应用了,但是可靠性还是无法预计。现在汽车上普遍采用的可变气门正时与升程,其实也可以看做一种变相的可变压缩比。

(2)气缸直径与活塞行程:在发动机中,气缸直径与活塞行程之比称为缸径行程比,不同的缸径行程比会影响发动机的动力输出特性。比如我们普通的民用车发动机一般采用大缸径行程比,这样可以在较低的转速下就发出比较大的扭矩,但是高速性能欠佳;而赛车发动机一般采用较小的缸径行程比,这样发动机可以获得更高的转速,有效的提升发动机功率。汽车工程师需要根据汽车不同的定位,合理选择不同动力输出特性的发动机,一般来说很难同时兼顾高低速性能,只能偏向于其中一种。

(3)进气歧管的长度与发动机性能:较长的进气歧管,对发动机的低速扭矩是有利的,但是高速性能不佳;进气歧管越短,越有利于高速性能,但是低速扭矩较差。因此汽车工程师就要在进气歧管长度上找平衡,让发动机尽可能在常用转速下发出较高的扭矩。一个比较平衡的办法是采用可变长度进气歧管,在低速时采用长进气歧管,在高速时打开一个阀门,进气通道缩短。但是这种进气歧管的长度是突变的,不能实现逐级调节。

(4)气门正时与升程与发动机性能:发动机在工作过程中,工况是随时改变的,对进排气的要求也有所不同,比如进气提前角、气门重叠角、气门升程等,比如低速工况可以采用较小的进气提前角,但是在高速时为了多进气,就必须采用较大的进气提前角,等等。但是对于普通的发动机来说,配气相位和气门升程是固定不变的,所以它一般按照常用转速下的需求来设计的,无法同时兼顾高低速性能。在以前这是一个无法解决的矛盾,现在采用了可变气门正时与升程技术,这个矛盾算是得到了比较好的解决。

3、变速箱挡位数量与汽车动力性、经济性的矛盾

从理论上来说,变速箱的挡位数量越多,对发动机的动力分配越精细,汽车的动力性与经济性就会越好。但是受制于变速箱体积、结构复杂程度、可靠性等各方面因素,变速箱挡位不可能做得太多,现在最多的有十一挡变速箱,常用的还是七速或八速变速箱。手动变速箱一般都是五速或六速的,挡位数太多操作台复杂,大卡车最多有十六速的,属于特殊的情况,并且日常使用也不是所有的挡位都能用到。其实从原理上来说CVT无级变速箱是可以实现无数个挡位的,它对发动机动力的分配最精细,可以实现更好的经济性。但是现阶段CVT变速箱还有不可克服的缺陷,不能在所有的车型上应用。

4、汽车舒适性与运动型之间的矛盾

如果你开过很多车的话,你就会发现:有些车悬架非常舒适、柔软,但是在高速过弯时车身侧倾较大,汽车操控性较差;还有些车型悬架非常硬,路面稍有不平就会感觉很颠,乘坐舒适性不好,但是这种车高速过弯时车身支撑性很好,车身侧倾较小,操控性较好,也就是我们俗称的汽车有一定的运动性。这两种不同的性格就取决于底盘的调校,一般很难兼顾,最常用的方法是调节平衡杆的刚度,以实现“初段软、后段硬”的效果。在比较高端的车型上,可以采用可变悬架系统,完美实现“竖向软、横向硬”的效果,可以很好的兼顾舒适性与运动性,但是它的成本是比较高的,在普通的家用车上很难普及使用。

5、汽车动力性与经济性之间的矛盾

既让马儿跑得快,又不给马儿吃草,这样的好事是不可能存在的。汽车也是这样,在发动机热效率没有明显提升的情况下,要输出更强的动力,就必须消耗更多的燃油。所谓的“动力强、油耗低”在事实上只是一个宣传的噱头而已,如果有这样的车型存在,它必然也是舍弃了某些方面的性能。不信你仔细的去看,市场上绝大多数的车型,在级别、排量、功率差不多的前提下,汽车的油耗差别很小。有些油耗过大的车型,也是属于主机厂的技术水平太差,汽车的整体调校不好。

6、汽车造型与风阻系数之间的矛盾

其实从理论上来说,汽车的风阻系数可以做的极低,但是这样的汽车造型可能会无法直视,远远的脱离人们的审美观点。所以,汽车工程师需要设计出最符合人类审美观点的造型,同时还要有尽可能小的风阻系数,一般来说这是非常矛盾的。高大威猛的越野车,外形像方盒子一样,风阻系数就不会很低;普通的轿车,流线型过大,给人的印象就是太柔和,但是风阻系数较低。汽车工程师会根据不同的汽车定位设计出不同造型的车身。不过风阻系数也不是越低越好,还要考虑汽车高速行驶时空气阻力对汽车行驶稳定性的影响,如果过度追求低风阻,有可能导致汽车高速行驶抓地力不足,汽车漂浮失控。现在风阻系数最低的车型是奔驰的CLA,只有0.24。

其实汽车上还有很多互相矛盾的地方,比如轮胎与舒适性、油耗之间的矛盾,车身钢板硬度与安全性之间的矛盾,汽车本身性能与国家政策之间的矛盾,技术先进性与可靠性 之间的矛盾,等等。总之,任何事情都有两面性,有好的一面,就有坏的一面,绝对的好坏是不存在的。汽车就是这样的一个矛盾综合体,它需要平衡各方面的性能,最终制造出最适合我们使用的汽车。