为什么自行车和摩托车都是后驱的?而大部分家用车是前驱的呢? 前驱后驱

涛吴,sapiosexual

这题显然会有更专业的答案出现,我简答如下:

最早的自行车的确是前轮驱动,人直接去登巨大的前轮,后轮很小。后来改为后轮驱动是拜链条所赐,而链条去连接总是与车身在一条线上的后轮会更方便也便于维护。

摩托车最早从自行车的基础上发展而,以马达代替人力,所以一开始就是后轮传动居多。但摩托车曾经也有过前轮驱动的形式,比如二十世纪初的 Megola。可是这样的车型很快就淘汰了,主要原因一方面是发动机放在前轮上面意味着发动机不能太重,否则会严重影响转向和平稳度,而如果发动机放在车架中心以链条或导杆传动给前轮,又会让转向系统更为复杂。所以和自行车一样,直接驱动总是与车身在一条线上的后轮是最简单易行的方案。当然现在也有双轮同时驱动的摩托车,比如以 dirt bike 为主的 Christini,非常小众。另外,车辆加速时重心后移,所以后轮会抓地更牢靠,这也是使得后驱车表现更出色的原因。

内燃机轿车其实和内燃机摩托车一样,理想情况下,最重的发动机最好放在车身中央,前轮负责转向,以加速时抓地力更强的后轮或者全部四个轮子驱动。但通常只有追求性能的跑车才会真的把发动机放在车身中央,普通家用轿车考虑到空间利用问题,发动机一般位于汽车的一端。七十年代之前,家用汽车一般将发动机放在前端,尤其是马力较大也较重的发动机,然后用一根传动杆将动力传给后轮驱动。直到今天还是有许多卡车是这个设计。这个设计的优点是汽车重量分布相对均衡,加速时后轮抓地好,前轮也因为有发动机压着,抑制了转向过度。缺点是有一根较重的传动轴,且纵穿车身,对于座舱的设计有一定影响。但这个缺点在汽油很便宜的时代并不是太大的问题,所以发动机前置后轮驱动这个布局一度是压倒性的主宰。

但一九七〇年代中期,由于中东战争的爆发而引起阿拉伯世界对支持以色列的美国实施石油禁运,后来扩大到欧洲国家,所以汽车厂商们不得不开始一门心思地减轻汽车重量来节省油料,取消传动杆以减轻重量并使车型变得紧凑就是很重要的一步。另外,影响发动机前置且前轮驱动之实用性的转向轴承问题也有所改善,前轮驱动的传动系统不再那么容易坏了,并且汽车越来越普及,更多普通人选择着眼于汽车的经济性而不是操控感,前驱的车也就越来越多,直到今天这个局面。

至于发动机后置且后轮驱动的布局会让汽车的操控性变差,所以除了保时捷这种造了四十年 911 的技术强者之外少有采用。

由于电动马达相对于内燃机来说更小巧易于布置,且电池的重量并不需要像内燃机那样集中于一处,所以当电动车普及之后,后驱车和四驱轿车可能会重新占领市场。

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Heinrich,生娃学工打折腿

看看梅赛德斯奔驰博物馆里给出的答案吧。
为什么自行车和摩托车都是后驱的?而大部分家用车是前驱的呢? 前驱后驱

先简单介绍一下,奔驰博物馆坐落于德国斯图加特,2006年建成。整个博物馆设计为俯视为圆头三角形以标志奔驰的三叉星商标。游客从顶层开始游览一路向下,是按照一条时间线来参观,随着汽车的发展史还可以看到人类历史上的重要事件。

先来看看刚刚进入展厅的模型:

  这是奔驰公司设计的人类历史上第一辆内燃机汽车——Benz Patent-Motowagen,出现于1886年

看到这种三轮车结构了么?因为Benz本人对阿克曼转向机构并不满意,即两个前轮平行转动的转向机构,所以唯一的解决方案就是这种三轮车结构。而发动机是完全置于后轮上方的,以链条联动。

然后开始时间线的第一部载具是什么呢?

就是下图这个看起来像摩托车一样的东西:



这是戴姆勒和迈巴赫在1885年(比上图中的汽车早一年)设计的Daimler-Reitwagen。Reitwagen我不清楚中文的标准翻译是什么,但是这个词是由“骑”+“车”两个单词组成的。这不仅仅是人类里上第一部内燃机载具,也是摩托车的鼻祖。

注意,当时的梅赛德斯奔驰还没有成立。奔驰和戴姆勒还是两个独立的企业,所以回答到这里其实已经可以回答这个问题了:因为奔驰和戴姆勒两个人脑洞开的不一样!

玩笑,玩笑,我们继续看下去:

第一张图旁边其实还有一辆车:

  这是戴姆勒和迈巴赫设计的第一部四轮汽车,虽然也是在1886年出现,但是比奔驰晚了一步。汽车的专利此时已经被奔驰注册了。但是这辆车却采用了奔驰没有使用的阿克曼转向机构,你看这它像什么?



图片截取自非诚勿扰2

是不是几乎一模一样?

所以其实不管是汽车还是摩托车,都是对当时马车与自行车的一种升级,科技树的攀升是线性的。

我们可以明显看到,在连转向还是问题的年代,就不要提什么前轮驱动了,奔驰的那辆三轮车开的太快的话估计都会侧翻。

然后我们回到博物馆继续看展品:

  这是一条汽车初期发展的时间线,几乎就是清一色的各种改装马车,至于传动机构,也是清一色的后轮链条驱动:

  至于转向机构:

有这样的

有这样的

如此满满当当的配置,前轮驱动什么的还是先搁置争议吧。

然后经过一系列老照片展览,我们下了一层楼,会看到这个东西:

  车骨架下面的文字意思是:第一部现代汽车(咦?有英文的说)

发动机已经前置了,但是驱动和转向呢?

  依然还是后轮链条驱动,链条旁边的那条钢索就是刹车闸线。所以过去的人如果刹车失灵也是大喊:“快闪开!我汽车闸线儿崩了!”

再来看看这一层的镇山宝车:

  不要小看这个,这辆是真品,不是仿造的模型。

看到转向和链条了么?不多说,继续。

  这是一部赛车,和电影《老么大的盖茨比》里面的车是不是很像,据说这部车还赢过山地赛的冠军,但是这部车我忘记拍标牌了,所以名字和具体参数都没法查证。但这辆车值得一提的是他的发动机。

我们看看这一层主要讲的是什么:

  发动机技术的革命:增压发动机。

而这时链条或者皮带传动技术已经无法适应发动机的强劲马力了,必须采用传动轴传动才能确保车辆行驶的稳定性与安全性。我从小学开始骑自行车,掉链子折链子无数次,早已练就一身单手上链的绝技,但是如过这么大的家伙链子掉了,那确实不是闹着玩的。个人认为(不一定正确):传动轴技术的出现有很大一部分因素就是因为链条传动没有办法承载发动机不断快速的发展。

但实际上,在1895年世界上就已经出现了前轮驱动的汽车,不过都是美国英国法国的汽车,且销量极差。

德国车直到1931年才开始出现前轮驱动技术,我想这就是汽车行业老大由于传统而产生的惰性。所以在奔驰博物馆内并没有将前轮驱动技术作为重要的展示点。

对比前后轮驱动,有以下区别:

优点成本:由于省却通往后桥驱动轮的传动轴,以及减少了一些零部件,在成本上比较有优势。

车内空间:由于动力系统都位于汽车前部的引擎室中,省去了通往后轮驱动轴和后桥差速器,不会占用驾驶舱底部的空间,因此增大了车身内部的容积。

动能损耗:由于发动机,变速器及驱动轴都位于汽车前部,与后轮驱动的动力系统相比,引擎跟驱动系统更为接近,因此动能损耗也较小。

重量和燃油经济性:由于零部件的减少,重量也随之减轻,必然拥有更好的燃油经济性。

组装:由于动力系统集中,往往可以组装成一个整体后再安装到汽车上,这样提高了安装的效率。

缺点加速性能:汽车急加速时,整车重心往后移,增加了后轮的下压力,后轮会获得额外的抓地力,而前轮刚好相反。

重心:由于引擎及传动系统均位于车辆前部,导致车辆的重心靠前,很难达到50/50这样均衡的前后配重比。

操控性能:前轮驱动的车型,前轮既要负责驱动,也要负责转向,加之车头部位较车尾要重得多,容易导致转向不足而影响可操控性。

转弯半径:由于前轮兼有转向和驱动的功能,轮胎转向的角度可能因此受到限制。通常后轮驱动的车辆可以有更小的转弯半径。

零部件磨损:由于前轮既要负责驱动,也要负责转向,因此前轴轮胎的磨损会比较快,恒速接头的磨损也会较大。

性能局限性:由于动力系统都位于汽车前部的引擎室中,引擎室的空间留给引擎的部分相对更为局限,即便可以放下体积更大的引擎或者缸数更多的引擎,由于前轮需要兼顾驱动和转向,也无法兼容太大的动力。

再回过头来说说自行车和摩托车。后轮驱动的理由其实很简单,那就是因为前轮部分实在塞不下发动机,又没有合适的传动机构。而更没有必要。因为在传动安全性和稳定性上,链条传动已经足够成型了。

这里说一些题外话:交通工具的发展史其实非常受制于历史因素。

有一个著名的谣言:就是铁路的宽度是因为最早要马来拉车,所以铁轨的宽度恰好是两匹马屁股的宽度。辟谣贴如下:标准轨距的1.435米是由两匹马定的吗?

感谢 @Raymond Wang

但是不得不说历史遗留问题正像这个谣言一样影响着交通工具的发展。我们知道现在汽车的结构并不能提供足够小的转弯半径,过去很多人都在研究其他结构的汽车,包括奇葩的菱形车轮排布。

  或者像威尔史密斯在电影里开的这辆全向转弯的汽车:

  这些车都将在短时间内维持在概念车的层面。因为可以想象在大马路上别人都在排队行驶,而有辆车居然可以无视转弯半径横着开进去并道对于其他司机来说要多么心惊肉跳。

还有自动驾驶技术,我这学期有门课是戴姆勒的设计师授课的,他主攻的方向就是汽车的图像处理。利用摄像机捕捉周围环境,进而操控汽车遵守交通规则,在紧急情况帮助驾驶者避险。这项技术现在已俞渐成熟,戴姆勒已经有足够的能力让汽车自动驾驶。但问题是,一旦这项技术投入使用,那么出了交通事故,由谁来负责?是司机?汽车生产商?还是保险公司?

这个真是一笔理不清的烂账,所以目前他们能做的仅仅是尽可能多的收集信息,帮助驾驶员判断并为驾驶员提醒。

又或者对于司机遇到的普遍情况,抢黄灯时前面的孙子突然不走了,而后面的孙子却踩着油门等着跟着你后面冲过去。那么现在的情况就是要么你追尾前面的,要么就是后面的追尾你,这种情况下自动驾驶系统应该紧急刹车?还是一头撞上去? 这已经不是技术可以解决的范畴了。

除非全部汽车都装备了自动驾驶系统,并具备彼此的通信能力,但离走到这一步还有很远。回头看看现在的通信市场:有的手机不得不同时具备2G+3G+4G的功能,也是一样的道理。新的技术推广是需要过程的,而这个过程又注定的漫长的。

咦?跑题跑的太远了……对不起,脑洞开的有点大。

本人非汽车专业,同 @涛吴一样等专业人士过来分析吧。

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呼延成彧

不好拐弯啊。

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尖刀特种兵,意大利留学生

赞同第一的答案,我觉得还有一点,如果车把上安装个发动机,不说传动装置了,至少需要一个转向助力吧,而且动力改在前轮,对于手持车把直接控制方向这种交通工具,尤其是摩托车,操控性会受到影响。

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徐天鸿,程序员,音乐爱好者

现在一些电动自行车就有将电机集成在前轴上的,这已经是前驱布局了。属于动力装置和车轴集成的情况。

摩托和自行车的前轮一般会作为导向轮。在动力装置不在前轴的情况下,导向轮如果同时还得作为驱动轮,会需要比较复杂的传动装置。比如你把链条装在前轮上,要解决转弯的问题就比较麻烦。

以前汽车很多都是前置后驱,具有较好的前后车重比。缺点是传动效率相对低,制造成本偏高,容易转向过度。我本人就觉得急转弯时,现在的后驱车明显比以前开过的前驱要危险,到了某个角度似乎会突然加速驶向弯心,感觉车子会在弯道上横过来一样。雪天开后驱更是需要考验技术的。

后来乘用车大量改为前驱,一来可以提高传动效率节省燃油,二来省去了中间的传动轴,降低了制造成本。缺点是车头太重,驾驶乐趣不如前后配重更平衡的后驱。

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匿名用户

因为驾驶员必须在前面,这样视线好一些,方向盘要很灵敏轻松,发动机就放在前面咯,而且发动机在前,正面碰幢有个很好的缓冲地带,轿车发动机如果放在中间的下面!你受得了噪音和振动吗?放在后面影响储物空间,而且前面不是很安全

  

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