汽車上都有哪些讓人拍案叫絕的機械設計
2026年5月10日
汽車上都有哪些讓人直呼牛批的機械設計
我們先來看汽車的雨刮器
最開始的雨刮器是通過一個直流電機來驅動渦杆
從而帶動齒輪旋轉
但是這會導致一個問題
那就是雨刮器會連續不停地運動
從而阻礙駕駛員的視線
爲了解決這個問題
工程師對雨刮器進行了改造
設計出了間隙性雨刮器
只需在這個位置添加一個凸輪
然後再添加一個彈簧裝置
雨刮器就能擦拭一次
停留一定時間再繼續擦拭了
但是這種純機械結構的也有問題
它不能根據降雨量的變化而變化
也就是下小雨
雨刮器就刮的慢一些
下大雨
雨刮器就刮的快一些
怎麼解決停留時間問題呢
這是一個晶體管
當晶體管正向偏置時
電流導通
如果將電池換個方向
這時晶體管反向偏置
電流停止流動
爲了控制晶體管
我們在這個位置加入一個雙置開關
當開關按下時
電流斷開
當開關抬起時
電流導通
然後將電路的電流提供給雨刮器的電機
從而帶動雨刮器移動
接着我們再將彈簧裝置連接到開關
當雨刮器移動時
導致彈簧裝置按壓雙置開關
使得晶體管進入反向偏置
電流停止流動
雨刮器也就停止在這裏不動了
怎麼解決這個問題呢
我們先將電路再通上電
然後在這個位置添加一個電容和電阻
由於有這個電阻
它會導致電容兩端形成電位差
從而給電容充電
因爲電流斷開時
晶體管處於反向偏置狀態
所以A點的電勢大於B點
但是當電容開始放電時
這會導致A點的電勢逐漸小於B點
從而使得晶體管變成正向偏置
電流導通
雨刮器就又能開始移動了
重複這個過程
雨刮器就能一直工作了
如果想要控制雨刮器停留的時間
該怎麼做呢
想要控制雨刮停留時間
只需要通過電子部件
控制電阻的大小就可以了
現在的雨刮器
車頂都有雨量傳感器
通過傳感器就能感應雨量大小
控制雨刮器停留時間了
除了雨刮器
方向盤回正也是一個天才的設計
當我們轉彎後
放開方向盤
方向盤就會自動回正
這是如何做到的
這是方向盤
它通過傳動軸與一個帶有齒輪的支架涅合
當轉動方向盤時
車輪就會圍繞轉向軸進行轉動
轉向軸與地面是完全垂直的
但是現實中
轉向軸是稍微向後傾斜的
它與垂直方向形成的角度
被稱爲主銷後傾角
也就是這個小改動
實現了方向盤回正
我們看看具體過程
這是改動前後的對比
車輪與地面接觸的區域稱爲接地區
轉向軸與地面接觸的點稱爲輸軸點
可以看到
圖二中的輸軸點沒有與接地區重合
而是向前有一定的距離
當我們操作方向盤轉彎時
車輛會有一個水平轉彎的向心力
這個向心力就是由車輪向內的摩擦力所造成的
當我們轉完後放開方向盤
這時車輪仍然會受到一個向內的摩擦力
由於輸軸點位於受力點的前方
這會導致摩擦力轉換成一個反方向的扭矩
從而使得車輪迴正
進而帶動方向盤自動回正
除了方向盤回正
汽車安全氣囊的設計也非常的巧妙
當汽車遭遇猛烈撞擊時
爲了保護駕駛員
方向盤內的安全氣囊就會快速彈出
最早安全氣囊的傳感器是這樣的
它的內部有一顆小球
當汽車碰撞發生時
由於慣性
小球就會向前移動
從而接通整個電路
產生的電流來到氣囊的密封缸
密封缸這裏有一根電阻線
電流通過時
會產生超過300攝氏度的高溫
從而導致密封缸內的疊氮化鈉
產生劇烈反應
併產生大量的氮氣
只需30毫秒
安全氣囊就能快速被氮氣充滿
但是有個問題
那就是疊氮化鈉反應後
會產生有毒氣體
如果泄露
後果不堪設想
另外安全氣囊如果有質量問題
會使得疊氮化鈉吸收水分
而導致安全氣囊爆炸
從而對駕駛員造成更大的傷害
同時這種安全氣囊的傳感器
還有精度不準的問題
當汽車行駛到坑窪地帶時
安全氣囊也有被觸發的可能
所以爲了解決這些問題
疊氮化鈉被換成了硝酸掛
更加先進的MEMS傳感器
也被研發出來
上到座椅
下到車輪
都分佈着這種傳感器
從而更準確地檢測到汽車的碰撞
除了安全氣囊
汽車還有另外一個保護駕駛員安全的裝置
那就是ABS防爆死系統
什麼是ABS
我們直觀來看一下
這是沒有ABS的汽車
踩下剎車時
汽車還是會撞向障礙物
而有ABS的汽車
踩下剎車時
汽車還能繼續轉彎
從而繞過障礙物
這是如何做到的呢
當駕駛員緊急踩下剎車踏板時
剎車卡鉗會立即壓住剎車盤
從而使得車輪停止轉動
但是由於巨大的慣性
汽車並不會立即停止下來
而是繼續向前移動
從而導致車輪打滑
在這種情況下
駕駛員也喪失了對車輛的控制
ABS很好地解決了這個問題
它安裝在車輛的這個位置
同時車輪上還有一個傳感器
連接到ABS
當傳感器檢測到車輪即將鎖定時
ABS的調製器單元
會間隙性地釋放車輪上的剎車片
車輪也就能間隙性地轉動了
使得駕駛員重新控制車輛
以防止事故發生