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发生撞击事故时的安全措施也利用了物理原理。汽车通过破坏车体(使之变形)来缓解冲击力,反向利用了“作用力与反作用力”,即受到撞击时,为使反作用力不伤及人身安全,受到撞击变形的车身吸收了部分冲击力,以此缓冲来自外界的强大的力量。
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安全气囊也是同样。当乘员的上半身撞到装满空气(实际上是氮气)的气球状的安全气囊时,气球就会变形。通过其变形减小反作用力,从而将受伤几率控制在最小范围内。这也是应用了“作用力与反作用力”。
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1.2.5 汽车巧用物理
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如前所述,汽车的制造充分利用了物理原理。利用产生“热”的力以及连孩子们都能感受到的“作用力与反作用力”等简单的物理原理,汽车才能行驶、转向和停车。掌控各个动作的装置,分别是发动机和动力传动系(行驶),方向盘(转向)和制动器(停车)。
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有助于实现“舒适性”的悬架、保证安全性的电子控制系统以及吸收撞击力的车身,都是在利用物理原理发挥其作用。汽车制造技术,是充分利用物理原理的结果。
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因此,作为一种交通工具,为满足行驶、转向、停车、舒适性和安全性这五大要素,汽车充分利用了各种物理原理。虽然汽车生产商们想方设法开发各种最新技术,但其作用的发挥,都离不开上述物理原理。
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汽车是怎样跑起来的 1.3 汽车行驶、转向直至停车的过程
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1.3.1 动力传动系驱动汽车
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从第2章开始,我将逐个详细介绍汽车的五大要素:行驶、转向、停车、舒适性和安全性。第1部分包括第2章~第7章,介绍汽油动力车。第2部分包括第8章~第9章,介绍电动汽车和混合动力汽车等新一代汽车。
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在详细介绍各要素的过程中,你或许无法形成对汽车的整体印象。为了避免这种情况,我先大体解释一下汽车行驶、转向、停车这三大要素的实现顺序。为了使你能够追随结构理解这一过程,我就以目前的主流汽车——汽油动力车为例进行介绍。
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首先是行驶。顾名思义,行驶指的是汽车发动、加速并保持一定速度前进的过程。在此过程中,动力传动系发挥了重要作用。它是将发动机输出的旋转力传递至轮胎的装置。
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请看图1.6。这是发动机前置、后轮驱动的后轮驱动车(FR,Front Engine Rear Drive)的透视图。此外,根据发动机和驱动轮所在的不同位置,还有前轮驱动车(FF,Front Engine Front Drive)、后置后驱车(RR,Rear Engine Rear Drive)和中置后驱车(MR,Midship Engine Rear Drive)等类型,以后我还会详细介绍各车型。由于后轮驱动车的装置结构简单易懂,所以本书全部以后轮驱动车为例进行讲解。
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图1.6 汽车的动力传动系※以后轮驱动车为例。
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请看图1.6透视图中间的驾驶室。你能看到前面的发动机室里装着发动机吗?由燃料(汽油等)和空气混合而成的混合气体在发动机内燃烧,因热膨胀的气体产生下压活塞的力。下压力使轴旋转,即为发动机所做的功。紧接着,旋转力传递至动力传动系。
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从发动机到后轮,动力传动系依次包括离合器、变速器、万向节、差速器和传动轴。你可以与图1.6中的着色部分一一对应。
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离合器负责切断发动机输出的旋转力。当驾驶员踩下离合器踏板时,旋转力被切断,位于离合器后面的变速器的齿轮也会分离。
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由于齿轮的分离,旋转力完成变速,并通过万向节传递至差速器。在差速器中,由多个齿轮组合而成的装置,其旋转力将从发动机径直传向差速器并左右分散,通过传动轴传至后轮。由此,后轮轮胎转动,汽车才能行驶。
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1.3.2 转向系统实现汽车转向
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众所周知,“转向”即为改变汽车的行驶方向。转向时,是转向系统在发挥作用。所谓转向系统,是指通过转动方向盘改变前进方向的装置,由方向盘、转向轴、转向齿轮箱和横拉杆组成。
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请看图1.7。你能看到在驾驶室中方向盘的位置吗?它前面连着的轴就是转向轴。
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