在汽车工业的早期,工程师和发明家们的直接目标仅仅是可靠性,也就是让一辆汽车可以凭借自身的动力到达某地并返回。很多关于汽车的聪明想法往往终止于一匹马、一根绳和一阵捧腹大笑。尽管进步的代价是昂贵的,但美国的驾车者们仍然愉快地支付了账单。由于他们对个人交通的狂热,这些人购买了可靠的或是不可靠的汽车,从而为实验和生产提供了很大一部分风险资本。很少有几个产业能得到客户如此地厚爱。20年间,相比当时的道路状况,汽车的可靠性也得到了很大的提高。作为人类进步过程中的伟大成就之一,个人的机械化交通方式已经成为生活中的普遍现象,每个人都可以享受。
尽管自1920年以来工程技术取得了巨大进步,但我们今天使用的仍是与这个行业最初20年所生产的几乎相同的机器。我们仍然使用着由汽油发动机驱动的车辆。发动机的心脏仍然是汽缸中的一个活塞,活塞由汽油和空气的混合物燃烧所推动,而混合物则由来自火花塞的电火花以固定间隔点燃。活塞冲力所产生的能量推动机轴,而机轴通过机械传动来带动后轮。弹簧和橡胶轮胎减轻了驾驶员和乘客的颠簸,而刹车则是通过对轮胎施加减速力从而使汽车停止。
然而,自1920年以来,汽车的方方面面也得到了巨大的改进:发动机的效率极大提高,相同的燃料可以更平稳地提供更多的动力,而燃料本身也得到了很大的改善。传动系统经历了复杂的进化才终于达到了今天的全自动状态。悬吊系统也经过了相似的演化,轮胎也一样,它们一同为我们提供了40年前难以想象的驾驶体验。驾驶员可以使用额外的动力源来提供制动和转向,同时还配有操作车窗、座椅和无线电天线。车身通常完全由钢材料制成,并且配有安全的玻璃,整个车身闪耀在各种色调之中。随着汽车的发展,它在日常生活中日益重要,同时也对道路和公路提出了更高的要求。很难想象今天这样的道路可能会对二十年代早期的汽车发展带来怎样的影响。
当然,毫无疑问,今天的驾驶员会觉得20年代的典型汽车不能令人满意。当时的四缸汽车的发动机中机轴、关联的连杆和活塞之间存在固有的不平衡。这种汽车通常采用两轮刹车,即通过限制后轮的转动来制动;没有独立的前轮减震;通过滑动齿轮来传动;发动机效率很低。这种车经常振动和晃动;制动时往往会转向,有时候还会打滑;离合器抓得过紧;齿轮在移位时经常发生撞击,并且由于可提供的动力很低,在坡度明显的山坡上齿轮需要不停转换。然而这种车经常往返于这种起伏不平的地方;幸运的是,当时的汽车所能行驶的速度和距离都不足以让它的很多缺陷成为致命的障碍。这种汽车基本能够适应当时的环境,并且它的主要部件互相之间能够合理地配合,然而其集成度和效率都相对较低。
汽车发展所面临的问题主要是提高效率水平,而这往往意味着提高汽车的集成度。今天的汽车,不再是五十多年前松散的零部件和机械装置的集合,而是一部非常复杂而紧密集成的机器。如果不是最近几年机械工艺的发展,我们根本无法将高性能、操作便利性和舒适度有效地结合起来,从而造就今天的汽车。
通用汽车的实验室和工程技术人员在过去五十多年的汽车发展过程中扮演了重要的角色,并且将会继续处于技术进步的前沿。我无法详细讲述通用汽车和这个行业对这个社会的所有贡献,因为这将需要另外一本书。这里我只介绍一些重要并且相关的进步。
乙基汽油和高压缩比发动机
汽车技术的核心问题已经成了如何使燃料和发动机之间的关系更加令人满意。活塞发动机的效率,即其高效使用燃料,从而由一定量的燃料得到最大动力的能力,取决于发动机的压缩比。压缩比的概念非常简单,但是大部分的读者可能需要一些解释。活塞在发动机的汽缸中运动有一个最低位置和一个最高位置。当活塞位于一次往复运动的最底部时,汽缸中充满了燃料—汽油和空气的混合气体。而当活塞到达往复运动的顶部时,燃料被压缩。通过火花塞的作用,燃料开始燃烧,产生的高温气体将会膨胀,同时推动活塞向下运动。然后这个向下的运动推动机轴,从而将动力传送到车轮。压缩比指的就是活塞位于最低位置时汽缸中的体积和活塞运动到最高位置时汽缸中剩余的体积之比。这个比率仅仅比较了燃料供气未压缩时的体积和压缩后的体积之比。在20世纪早期,平均的压缩比是四比一左右。
正如前文所述,要在给定尺寸的限制下设计一个更加高效而强大的发动机,就意味着只能提高压缩比。然而这里出现了另一个严重的问题:敲缸。为了将活塞向下推动,汽油和空气混合物应该燃烧得比较慢。如果混合气体被引爆,也就是燃烧得过快,活塞将无法足够迅速地移动来利用所产生的力。并且,敲缸不仅造成了能量的损失,同时,突然的强制力将会给发动机的部件带来严重的张力,从而可能损坏发动机。
获得高压缩比的关键在于寻找减少敲缸的方法。但造成敲缸的原因是什么呢?在汽车使用的早期,人们发现通过调整产生火花的时间可以减少敲缸的发生。在很长时间里,大部分的汽车上都有手动操作的火花调整控制杆,驾驶员可以根据不同的驾驶条件方便地选择最佳的火花设置。人们学会了在上坡驾驶时延缓火花产生时间,从而让发动机在高张力下工作时避免敲缸。
查尔斯·凯特灵长期以来对点火、燃料和相关的问题抱有极大的兴趣,他开始了通用汽车关于敲缸的重要研究,并且在突破性解决这个问题的过程中起到了至关重要的作用。今天每辆行驶着的汽车和每架使用往复式发动机的飞机都离不开凯特灵先生所倡导的抗爆燃料的发展所带来的帮助。他将自己对这个问题的早期研究带到了通用汽车,并在他担任通用汽车首席研究员时最终解决了这个问题。这个解决方案概括地说就是采用乙基汽油—可以通过在汽油中添加四乙铅而得到。
一直到第一次世界大战期间,人们都认为,敲缸的产生是由于火花位置过远时点火过早。第一次世界大战后不久,人们发现了另外一种敲缸,被称为“燃料敲缸”,因为仅仅通过改变燃料和燃料的参数而不调整火花就能够减少或者消除这种敲缸。在研究这个问题的研究人员中包括了后来的小托马斯米德格利(Midgley)。他在代顿工程实验室的工作经历(他在那里担任凯特林先生的助手)使他于20年代早期成为了通用汽车研究公司燃料部的主管。米德格利先生的好朋友,前印第安纳标准石油公司的主席罗伯特·威尔逊博士说:
“……(米德格利先生)已经明确地证实,与人们通常想象的完全相反,敲缸和提前点火是不同的,敲缸是由燃料的化学特性所造成的。”他指出,苯和环己烷发生的敲缸现象明显少于汽油,而汽油则远远少于煤油。后来他成功地在代顿实验室制造出了苯和环己烷。
几乎每次见到汤姆,他都会有一些关于爆炸机制和抗爆行为的新理论,而我对于这些理论则持职业性的怀疑态度。继承的理论往往会被进一步的实验所质疑,同时它们也始终激励着研究人员,并且经常导致重要的发现。最显著的例子出现在他工作的早期,当时他正在尝试理论化地解释为何煤油的敲缸现象比汽油严重。他抓住了两者挥发性的显著不同,然后给出了如下的假设:大部分煤油在开始燃烧之前都保持在小液滴的状态,之后由于过于迅速的爆炸而导致突然蒸发。如果这个解释是正确的,那么他推断出,通过将煤油染色或许可以让煤油小液滴从燃烧室中吸收辐射的热量从而更快地蒸发。
如果汤姆是一个优秀的物理学家,那么他将可以通过计算毫无疑问地发现这个理论是站不住脚的,但是作为一名机械工程师,他幸运地得出了实验比计算更加方便的判断。因此,他去储藏室寻找一些可溶于油的染料,而和通常的情况一样,储藏室里你所想要的东西恰好没有了。然而,弗瑞德·蔡斯(Chase)建议他使用碘酒,因为碘酒可以溶于油并且能够给煤油染色,于是汤姆迅速将大量碘酒溶解到煤油中,然后在适度的高压缩比发动机中进行了测试,然后发现了令人高兴的结果:敲缸现象被消除了。
汤姆迅速走遍代顿并收集了所有可用的溶于油的染料,并且于当天下午连续测试了很多种不同的样本,然而并未从任何一种那里得到哪怕是最细微的结论。为了确认这一现象,他又把无色的碘酒化合物加到汽油中,结果发现没有发生敲缸。就这样,关于爆炸的第一个理论寿终正寝了,而伴随着这个理论的让位,新生了一个作为化学家的汤姆。在未来的几年中,他成为了一名在任何一个化学领域都孜孜不倦的学生,这些努力都是为了帮助他解释他的发现,并且合成新的化合物来尝试充当抗爆试剂……
之后,汤姆对苯胺产生了特别的兴趣,尽管每次他发现一种新的抗爆试剂时似乎都是类似的状况,他必须继续致力于改善这种试剂的生产方法以降低成本,直至这种试剂在经济上可行。他同时还对乙基碘酒抱有希望—这是他的首个乙基化合物,当然前提是他能找到足够的碘酒。
在1922年1月的汽车工程师协会(Society of Automotive Engineers)年会上,汤姆向我展示了盛放在一个试管中的一点儿四乙铅,他极其兴奋而又神秘,告诉我那个试管就是整个问题的答案。他说,这种试剂的有效性远远高于之前发现的任何化合物,并且没有出现之前任何解决方案中的问题。当然,那时候他还没有意识到毒性或是沉淀的问题。
于是,经过凯特林先生、米德格利先生和通用汽车研究公司所有这些年的实验,我们有了这项发明。但是完成一项发明和将它推向市场完全是两回事。长话短说,1924年8月,为了向市场推广新的防爆化合物四乙铅,乙基汽油公司成立了。该公司是由通用汽车和新泽西州的标准石油公司分别出资百分之五十合作创办的。最初乙基的**是由杜邦公司通过合同制造的,一直到1948年乙基公司才开始自行生产所有产品。
四乙铅只是高压缩比发动机发展过程中必经的一步。尽管它改善了燃料的品质,但是在20世纪初,燃料本身的质量也千差万别。事实上,没有一种已知的方法能够比较出使用在汽油发动机中的两种燃料哪一种性价比更高。
通用汽车研究了这种状况,找出了一种比较汽油防爆性能的方法,或者说比较发动机在等量的燃料条件下能否产生更高的压缩比。这种方法根据燃料的“辛烷值”来衡量其品质。辛烷是一种几乎不发生敲缸现象的燃料;在当时的工艺条件下,实际地讲,辛烷等级100就被认为是完美的燃料。乙基汽油公司的格雷厄姆·埃德加博士于1926年发现了辛烷值,凯特灵先生和其他研究人员则制造出了第一台单汽缸、可变压缩比的测试发动机,通过这台发动机可以测试出衡量燃料质量的辛烷值。一台使用了压缩比可变原则的测试发动机后来成为了汽车业和石油业的标准。
当然,加入四乙铅可以提高辛烷值,然而还有另一种方法,就是通过更合理的过程来精炼原油。人们对原油精炼的过程进行了不懈的研究,在如何分裂和重组原油中的碳氢化合物这一领域取得了无数成果。这些成果一方面增加了每桶原油所产出的汽油数量,另一方面提高了加入四乙铅之前汽油的辛烷值。这本身又是另外一个戏剧性的研究故事,同时也是凯特灵先生和他的伙伴们所倡导的研究之一。汽车加油站中所提供的商业汽油的辛烷值从20世纪初的50~55提高到了目前的95以上甚至有些超过了100(航空汽油的辛烷值甚至更高)这对燃料经济性产生了深远的影响—燃料经济性是通过给定性能标准下汽车每公里所消耗的燃料加仑数来衡量的,从而极大地影响了我们今天使用石油资源的效率。
另一个减少敲缸的因素是发动机自身的设计。今天我们知道,在发动机的燃烧室中燃料的爆炸会引起非常复杂的冲击波环境。这些冲击波会使燃料的温度急剧上升,从而引起爆炸和敲缸。关于各种燃烧室集气装置形态和周线的研究建议了一些特定的形态来获得最少的敲缸现象和最高的压缩比。
这里我需要附带地提到一个关于发动机设计的问题,这和燃料几乎没有关系,但是却对发动机的发展有严重的限制。通用汽车的工程师们对这个问题的解决做出了卓越的贡献。这个问题就是发动机的振动。振动任何时候都是令人不快的,然而随着汽车速度和功率的加大,振动渐渐成为了一个更加严重的工程问题。发动机中的不平衡旋转和往复部件成了破坏性振动的源头,并且成为了汽车整体发展进步的一个限制因素。
机轴是引起振动的主要源头之一,它是“发动机的中枢”,任何不平衡都会传到发动机和汽车上。通用汽车研究公司于20年代初开始关注发动机平衡的问题,他们制造出了第一台机轴平衡器并于1924年应用于凯迪拉克的发动机上。现在全世界有许许多多这种机器,由于这是通用汽车独家发明制造的机器,所以它使我们在汽车行业的发动机平衡这一领域取得了长期的领先地位。正如我们很多其他领先的技术一样,我们将这个设备卖给其他发动机制造商。良好的平衡是减少整个汽车结构磨损和破裂的一个重要步骤,同时它也推动着整个汽车工业利用我们制造的发动机加速朝功率更大、速度更快的方向发展。
随着我们对敲缸现象的了解越来越深入,高压缩比发动机渐渐成为可能。发动机的压缩比已经由世纪初的四比一提高到了目前的十比一,甚至更高。燃料和发动机的发展引起了跨越式的进步:高压缩比的发动机需要更好的燃料,更高品质燃料的出现又刺激了更高效率发动机的产生。在汽车工程师们的强烈要求下,石油工业研究人员开发出了能够广泛使用的具有越来越高辛烷值的燃料。通用汽车也为石油业提供了很多高压缩比的试验性发动机,以帮助他们提高燃料的辛烷值。
正是通过四乙铅和高辛烷燃料这种方式的发展,使得内燃发动机长期的进步提高成为可能。
传动技术的发展
在这里,我要首先假设几乎所有人都知道,传动的目的就是将发动机产生的动力传送到汽车的车轮,这将涉及汽车发动机和车轮之间速度关系的变化。发动机产生的动力取决于很多因素,但是基本上主要和发动机机轴的旋转速度相关。驾驶老式低功率汽车的人们通过一次爬坡就能清楚地了解这一点。这样的汽车在爬坡时,发动机往往首先需要强劲的加速,然后将传动装置移动到较低的位置来获得所需的动力。回到20年代,那时候在通常的三速系统中用手动方式将传动装置移位往往会导致相当巨大的撞击,除非驾驶员拥有相当高超的技艺。
从通用汽车研究公司1920年创立以来,传动就是一个重要的研究讨论课题。由于最初的大部分工程师员工的电力背景,所以开始时我们关注的是各种类型的电传递。我们制造出了一种电力驱动器,并且在当时通用汽车生产的公共汽车上使用了一种这个类型的机器。电传动在汽车发展史的初期就已经出现了(在哥伦比亚和欧文电磁客车中使用),但最终在大型车辆领域才找到了自己主要的商业价值。这种特殊的传动形式今天还在我们的柴油机车中使用。
自1923年以来,我们的研究组织在用于客车的电传递上的兴趣渐渐消退了。我们开始广泛研究各种类型的自动传动,包括“无级变速”(即驾驶员可以采用各种连续的速度,而不是像标准自动传动中只能使用几个固定的速度)和分段比率(step-ratio,即驾驶员可以自动选择固定数量的速度)。同时,20年代中期,人们开始研究一种使用叶片涡轮的水力传动。到那时候,制造全自动传动设备所用到的绝大多数基本原理已经为我们所知,并且得到深入的研究,然而至少又过了15年,自动传动才真正在商品汽车中得到使用。
20年代末期,通用汽车开发了同步啮合变速箱,使用这种装置之后,几乎所有的驾驶员可以在不撞击齿轮的情况下从一个速度转换到另一个速度。
这个重大的进步在1928年由凯迪拉克实现成品化。通用汽车其他车辆部门的工程师也应用了这一原理,并且进行了进一步的开发以在我们原来的曼西(Muncie)产品事业部投入大规模的生产。到了1932年,我们已经能够将同步啮合技术延伸到包括雪佛兰客车在内的通用汽车的整个产品线了。
1928年,实验室的研究人员对一种可能满足要求的自动传动形式形成了共识。这就是两种使用了堆叠钢片摩擦推进的无级变速,该装置采用了类似于滚珠轴承的机械原理。鉴于我们那时没有综合的工程人员,别克公司承担了开发此项传动系统的工作。他们制造了很多原型,并进行了很多测试,并最终于1932年决定生产这种类型的传动装置。然而,尽管我们付出了最大的努力,我们始终无法克服涉及的所有问题,所以,尽管我们的实验车上测试了很多实验性零部件,这种传动装置也从来没有在任何向公众出售的通用公司的汽车里出现过。当然,关于无级变速传动的问题我们学到了很多,但是事实告诉我们这种特定的堆叠钢片摩擦推进的方式不是解决这个问题的方案。我确信继续下去只不过是再耗费一些人力、物力、财力,于是我决定在我们的汽车中放弃这种系统。
我们的技术研究人员继续从事着对各种类型自动传动的研究。1934年,凯迪拉克公司的一批工程师终于找到了一条通往我们目标的道路—他们研制出了首批用于大规模生产的现代化客车自动传动装置,即液压自动化传动系统(Hydra-Matie)。这个特别设计小组于1934年年底转入通用汽车工程设计部,成为传动开发团队。他们所开发的传动系统更接近分段比率传动而不是无级变速;然而它和今天所有自动驱动的汽车一样能够在扭矩的作用下自动切换(扭矩是由发动机向主动轴传递的旋转效果)。这个小组同时还根据大小的区别为这种零件准备了一系列的生产方案,以满足通用汽车全系列中不同动力和负载的需要。
研究人员建造和测试了一系列的试验性模型,并将其移交给奥尔兹的工程师们。在1935年到1936年之间,实验件在美国国土的一端和另一端之间行驶了成千上万公里。1937年,奥尔兹和别克(1938年的车型)发布了这些半自动传动装置(半自动传动装置能够提供一系列分段比率档位,其中一个或几个是由手工选择的,另外一个或几个是自动选择的)。这些车辆由别克事业部制造,但它们仍然需要使用主离合器踏板来起步和停车。我们的工程师们现在发现,主离合器以及它的踏板可以由集成在传动配件中的液压联轴节替代。这一发现,连同全自动控制的发展,导致了液压自动化传动系统的产生,这是由新组建的底特律传动事业部所制造的。它于1939年发布,并于1940年首次出现在奥尔兹的新车上。凯迪拉克是下一个接受这种新传动技术的事业部,他们在年度的车型中采用了此项创新。
同时,GMC卡车及客车公司的工程设计人员研制了另一种自动传动系统。该系统以闭路、流体涡轮扭矩变换器而知名。这种装置包含了一组装有叶片的叶轮,所有的叶片以一定的角度组合,所以其中的一个由发动机的旋转直接驱动的叶片叶轮能够抽吸大量流体到第二个叶片叶轮,而该叶轮与主动轴相连,因此能够给该机轴带来转动力。这里需要另外一个叶片叶轮来改变流体流动的特性,从而影响发动机和主动轴之间的速度差,即它们的速度比率。在流体扭矩变换器中这个比率的变化是细微渐变的,而不是一系列的飞跃。因此,最终的驱动作用非常平稳。
由通用汽车的工程师们首先设计的流体扭矩变换器在欧洲也得到了发展。他们最终设计出了一种更加符合美国公共汽车操作标准的装置。1937年,我们第一次在我们自己的公共汽车上使用了这种传动器,而该设备也很快得到了广泛的接受。1941年10月,大战前夕,我们的传动技术团队的工程设计人员开始致力于将流体扭矩变换器应用于客车上。
随着美国的参战,我们被迫终止了在客车自动传动系统上的领先研究,但与此同时我们又开辟了一个自动传动的巨大新领域。对于客车驾驶员而言,自动传动的价值在于其便利性和操作简单化,他在驾驶汽车时很少需要考虑其他问题。但当我们面对的是公共汽车、卡车、坦克、拖拉机和现代战争中的巨型交通工具时,自动传动更重要的作用是保证其能平稳地运行。早在1938年,军方的工程师们就要求我们考虑为像M-3和M-4坦克那样的大型交通工具设计传动系统的问题。那时候这些车辆是由操纵杆来控制方向的,并且有时候操作员需要放开转向杆来转换齿轮。在这个过程中他暂时放弃了方向的掌控。此外,在更换齿轮时车辆的速度会急剧下降,有时候会因动力不足而停转,从而成为敌人的固定目标。
传动技术团队的工程设计人员为这些坦克设计了重型液压自动化传动系统。但是,为了携带更大的炮管和更多的装甲,还需要更重的坦克,我们在这些车辆上探索了应用流体扭矩变换器的可能性。在我们参战后不久,工程师们研制了一个应用流体扭矩变换器的实验性模型,该模型解决了发动机速度和车辆速度之间的比率变化时维持车辆运动的问题。通用汽车各部门在第二次大战期间制造了大量的这类传动装置。
我们的传动技术团队还设计了一种特殊的坦克传动、转向系统,被称为“十字”型传动系统。该装置使驾驶员能够相对轻松地精确控制一辆超过50吨的车辆,无论是在驾驶、制动,还是在自动传动等方面。这种十字传动装置被广泛应用于炮车、水陆两用和常规运输工具,以及其他巨大重量的车辆。战争结束之后我们在这个领域的研究工作仍然在继续。
随着战争的结束,我们的工程设计人员开始深入研究将流体扭矩变换器应用于客车的课题。这个项目非常成功,其直接成果就是别克的流体动力传动(Dynaflow)系统和1950年雪佛兰的动力滑翔(Powerglide)系统。流体动力传动系统是第一个体积适用于客车的流体扭矩变换器。
就这样,经过很多年的研究和技术发展,到1948年,通用汽车向公众提供了两种不同的全自动传动装置—液压自动化传动系统和流体扭矩变换器,这两种装置具有低成本和高效率的特点,甚至可以用于低价位的汽车上。在上市之初,自动传动装置(现在所有的汽车上都具备了该装置)就得到了大众购车者的认可,他们愿意为之支付额外的费用。其他汽车制造商也纷纷尽快开始在他们的汽车上使用这种装置,当然有些厂商的汽车使用了通用汽车为他们生产的自动传动装置。以1962年为例,当年美国市场上销售的汽车(也包括通用所生产的汽车)中,大约74% 都安装了自动传动装置。而在通用汽车生产的汽车中,67%的雪佛兰、91%的庞帝亚克、95%的别克、97%的奥尔兹和100%的凯迪拉克都配有自动传动装置。同样以1962年为例,这一年汽车业共销售了大约 500万台自动传动装置,其中大约270万台被用在通用汽车的汽车上。就这样,这个可选部件成为了美国汽车的一个重要特色。
低压轮胎和前轮悬吊
如何提供更加流畅和柔和的驾驶经历从一开始就是汽车工程技术中最复杂的问题之一。由于汽车的速度比马拉的交通工具要快很多,所以汽车遇到道路表面的不规则部分时就会剧烈地反馈给乘客。内燃机的振动也给汽车自身增加了一个不舒适的来源。因此,改善驾驶员和乘客的缓冲是非常必要的,并且随着汽车速度的不断提高这个需求也在不断增长。
这个问题的一个基本解决手段就是通过轮胎。早期的汽车使用的是硬质橡胶或带孔的硬质橡胶。这些材料很快就被充气轮胎所替代,但是在较早的阶段充气轮胎的橡胶材料和结构都不是很好,所以没完没了地更换轮胎就成了长途旅行中令人沮丧的一个需要。
到20年代早期,橡胶公司已经投入了很多精力来学习结构方法、化学、橡胶加工和材料的选择。轮胎的品质得到了很大的改善,于是工程师们开始考虑低压轮胎的可能性,因为低压轮胎能够在车轮下面创造一个更加柔软且有弹性的气垫。研究人员遇到了很多问题,尤其是在操纵和行驶的连接上。工程师们需要应付前置不稳定性、轮胎面滑伤、转弯时的尖叫声、急刹车状况下的行驶,以及一种由轮胎和车轮旋转质量的轻微不平衡所引起的特殊情况:车轮偏动。这些现象最初并不明显,但是当驾车者们开始做高速长途旅行时,就成了主要问题。
在现代化低压轮胎的发展过程当中,通用汽车的工程师们做出了巨大的贡献,我们在各种情况下进行了大量公路测试。综合技术委员会从最开始就与轮胎行业保持了紧密的联系,两者在尺寸标准化和最佳类型、轮胎面、部件的确定上都进行了很好的合作。我们基于自己研究而给出的建议每年都在更好和更安全的轮胎中得到了应用。
第二个改善行驶状况的基本方法,也是工程上更加复杂的一种方法,就是通过改变悬挂方式,即连接车轮和底盘的方式。
在我早期的某一次出国旅行途中,我的注意力被欧洲汽车产品中的一项工程进步所吸引,这就是前轮的独立弹性装置。到那时为止,美国汽车厂商所提供的所有产品中都没有使用过独立弹性装置。而使用了该原理将理所当然地显著提高乘坐汽车的舒适性。
在法国,我与一位名叫安德烈·杜本内(Andre Dubonnet)的工程师取得了联系,他对这个问题已经有了相当深入的研究,并且获得了一项关于某种形式独立弹性装置的专利。我把他带到我们的国家,让他和我们的工程师建立了联系。
与此同时,凯迪拉克公司的总经理劳伦斯费雪也雇用了一位名叫莫里斯·奥利(Maurice Olley),曾在劳斯莱斯工作过的工程师,这位工程师同样也对乘车舒适性这个问题的研究非常感兴趣。奥利先生在给我的一封信中谈到了他关于独立弹性装置研究发展过程的回忆。这里我将用他的话来继续我的故事:
您向我询问起关于通用汽车上独立弹性装置的回忆……请您原谅以下记录中所带有的浓厚个人色彩,它可能会给你这样的印象—独立弹性装置是一场一个人的表演。实际情况与之相去甚远,这项技术很大程度上要归功于亨利克·雷恩(Henry Crane)、欧内斯特·西霍姆( Seaholm,凯迪拉克的首席工程师)、查尔斯·凯特林,以及许许多多凯迪拉克和别克的工程师。同时还有费雪的容忍和坚决支持,当时他谴责作者是通用汽车中第一个花费25万美元来制造两辆实验车的人!
你应该能回想起来我是1930年11月从劳斯莱斯来到凯迪拉克的。坦白地说,我很惊讶劳斯莱斯是如此地受欢迎。一辆劳斯莱斯汽车刚刚在通用汽车的新试验场里结束了一项异常测试,然后被拆卸检查……
过去几年中,劳斯莱斯一直集中精力致力于提高乘坐质量。这家英国工厂对这项工作发生了极大的兴趣,其原因是在英国道路上可以接受的汽车一旦出口就远远无法满足客户的要求,哪怕是在美国经过改良的道路上。于是我们开始认识到,这并不是因为美国的道路要差一些,而是因为那里道路的起伏是一种不同的形态。
在劳斯莱斯,人们做了大量的工作,从高架枢轴上沿着摆动着的汽车的线路来测试它们的转动惯量……测量底盘结构和车身设计的硬度……以及测量弹簧安装在实际汽车中之后的悬挂率。这个英国工厂还设计制造了最早的几个实用测震仪之一,这个仪器事实上只是简单地测量了一个敞口容器中的水在不同的速度下行驶同样测试距离时所溢出的数量。
1930年,凯迪拉克也开始进行一些类似的试验。很快我们也有了摆动的汽车,我们也开始测量安装好的弹簧比率,等等。我们还沿着劳斯莱斯的技术线路建立了自己的“颠簸平台”(第一台颠簸平台安装于底特律),并用它在固定的汽车上模拟人造驾驶场景。
在1932年早些时候,我们建立了“K2平台”……它由一辆完整的七座豪华轿车组成,在这个平台上,我们可以通过移动砝码来产生前后弹性装置和车辆转动惯量等各种必要的变化。没有任何仪器可以对这个乘坐环境进行测量。为了检验我们努力的成果,在亨利·克雷恩的帮助下,我们只是简单地问自己,在什么情况下我们曾获得了最舒适的乘车经历。
这是最好的办法,因为我们那时不知道,现在同样也不知道,究竟怎样才算是好的乘坐环境,但是我们可以在一天的行驶中为乘坐这辆车的经历造成如此多的根本变化,以至于我们的印象始终是新鲜的,只有这样,直接的比较才成为了可能。
正是在这个阶段,也就是1932年年初,我们开始认识到对独立弹性装置的迫切需要。K2平台十分明确地告诉我们,如果我们在前轮使用了比后轮更为柔软的弹性装置,就可能获得一种全新的平稳乘车经历。但是你应该记得,所有在传统前车轴上使用极度柔软的前轮弹性装置的尝试都以失败告终,原因是晃动以及缺乏操作稳定性。
于是,继K2平台之后,我们的下一步走向了两辆凯迪拉克实验车的制造……这两辆车拥有两种不同的独立前轮弹性装置……(其中一种是由杜本内先生设计的,而另一种Y字型的是由我们研制的)我们同时使用了独立后轮弹性装置,因为我们脑海里时刻牢记,一旦可能,我们还是应该尽快抛弃传统的后轮轴(这个变化在我看来现在已经迟到了一些年了)。
公司的很多工程师驾乘了这些汽车。很明显,我们所采用的特殊方法改进了乘坐和操作的感觉。我们还遇到了经常面临的问题。其中最主要的就是,在我们的实验车上—尤其是采用Y字型悬挂的那一辆,操控方向时会产生无法避免的晃动。
我们不得不屡次重新设计转向机制……
终于,到1933年3月,我们做好了一切准备,迎接盛装表演的到来。3月初,综合技术委员会在凯迪拉克工程大楼召集会议,来乘坐我们的两辆实验车和一辆没有独立前轮弹性装置但是采用了I.V.型“无级变速”传动系统的别克轿车……
我记得你和格兰特先生乘坐的是其中一辆“Y字型装置”汽车,而欧内斯特·西霍姆和我在一辆陪同车中,在红河(River Rouse)的一个红绿灯处我们停在了你们旁边。我们能够看到你向后座的狄克·格兰特( Dick Grant)(销售副总裁)微笑,并且将你的手掌平面上下和水平移动。在凯迪拉克工厂出来的两英里之内,平稳的行驶证明了一切!在到达门罗(Monroe)并且坐在三辆车中返回之后,委员会在凯迪拉克工厂中开始了他们的讨论,而我和西霍姆则在后面焦急地等待,虔诚地期待着在接下来的一年中凯迪拉克可以领先于其他公司单独使用新的悬挂装置。
我记得,亨特(管理工程技术的副主席)开始问格兰特先生他如何看待新的自动悬挂系统。
你应该记得在1933年3月美国没有任何一家银行开业,而任何拥有一块土地的人都觉得非常幸运,因为至少他有食物。在这样的环境下,狄克·格兰特的反应并不出人意料。他拒绝了采用(自动)传动系统,从而省去了随之而来的百余美元成本,而这些花销无疑是一个别克的购买者不愿意支付的。“不过”,他说,“如果我可以只支付15美元而享受你们所展示的行驶体验,那我愿意为你们想办法找到这个钱。”
在别克工作的荷兰人巴沃尔(首席工程师)已经表示了他对于新的前轮悬挂技术的支持,同时奥尔兹和庞帝亚克的工程师们也决心要让这种装置于明年11月份出现在纽约。
最终比尔·努森(雪佛兰的总经理)简单明了地说,雪佛兰不会落后。亨特试图劝说他,在美国没有足够的无心磨床来制造加工雪佛兰螺旋弹簧中的金属丝。然而努森非常坚定,他说,机床行业已经有很多年状况不佳了,然而他们马上就要繁忙起来了—至少在接下来的几年中。雪佛兰确实在11月的纽约车展中展示了他们采用了杜本内悬挂系统的1934型。庞帝亚克从雪佛兰那里继承了这个悬挂系统,而另外3个公司则采用了Y字型悬挂系统。
这个会议至今让我记忆犹新,因为它是美国企业运行中的一个巨大范例。在面临接下来出现的问题时,公司所承担的上百万美元的花销带来了一种激励,这在我的职业生涯中是一种全新的经历。我仍然记得凯特的话:“这似乎告诉我,我们已经不能负担不做这个项目的成本了。”
我们就这样同时引入了两种不同的独立前轮悬挂系统。然而通过对Y字型悬挂系统的进一步改进之后,这种系统相对于杜本内悬挂系统在造价方面的优势又开始明显起来,并且还更易于制造,同时,操作中出现的问题更少,于是我们所有的汽车生产线很快都采用了这种系统。
迪科漆
今天,从空中俯视美国大地时的一个突出景象就是从每个停车场中散发出来的斑驳闪耀的宝石般的颜色。这些颜色种类繁多,并且外表面几乎很难被破坏。
所有这些都与年代早期汽车的外观大相径庭,当时福特、道奇、欧弗兰和通用在他们大规模生产的汽车上都只采用黑色的瓷漆。汽车的外表面那时成为了大众抱怨的话题。马车业的实践不用经过太大变动就延续到了汽车制造领域内;汽车在其出现的第一个20年里使用的是马车的油漆和清漆。顾客不能理解为什么马车的外表面能够保持更长的时间,而当他们购买了汽车之后,油漆有时候很快就剥落了。事实是,马车和汽车机械装置的区别是非常大的。汽车经常需要面对更加艰苦的任务;汽车所使用的天气状况更为广泛,发动机所产生的热量使汽车各部分产生温差,其结果是给外表面带来了灾难性的影响。
我们梦想着能有这样一天:不管汽车在什么天气下行驶,其外表面都能始终如一,这该是多么美好的一件事情啊!我们同时开始认识到,一种优质、快干的末道漆可能给我们的时间计划和产品的最终成本带来革命性的变革。
那时候的末道漆工序使用的是油漆和清漆,工艺非常麻烦并且很慢。从一辆汽车即将处理外表面到末道漆工序完全结束,大约需要二到四个星期,具体的时间取决于温度、湿度等外部环境。很容易发现,这给我们带来了严重的库存问题。
很多汽车制造商暂时从油漆和清漆转向了烘干的瓷漆,试图解决其中的一些问题。比如道奇兄弟的敞篷车,完全是烘干的,没有使用任何油漆和清漆。这是一种黑色的沥青瓷漆,非常持久耐用。然而,烘干外表面只是一个过渡—这个问题还有更好和更加廉价的解决方法。
1920年7月4日— 我认为这更是一种巧合而非有意的,杜邦的一个实验室里记录了一个化学反应,正是这个化学反应导致了硝基纤维漆的发展,它最终被命名为迪科。研究人员观察到,以一层硝基漆作为基础可以使悬浮液中负载更多的颜料,并且产生更明亮的颜色。研究人员花了三年的时间用于实验和技术改进以解决新产品中的问题。这个项目由凯特灵先生领导的通用汽车研究公司和杜邦实验室合作进行。1921年,通用汽车内部组建了一个油漆和瓷漆委员会(具有讽刺意味的是,很快油漆和瓷漆都被取代了),而第一辆使用了硝基纤维漆的整车产品于1923年下线。这是奥克兰德1924年生产的“正蓝(True Blue)”。
这种新型硝基漆的品牌叫作迪科(Dico)。1925年这种油漆开始面向整个汽车行业供应。当然,这种新技术还存在很多有待解决的问题,而杜邦和通用汽车的实验室仍在继续进行相应的研究。由于最初研制的迪科黏性较差,经常会从金属上剥落,所以这项研发工作中非常重要的一部分就是内层漆技术的开发。迪科还需要使用天然树脂,而这种材料数量有限并且质量不稳定。人工合成材料的及时发明使我们摆脱了对这些易变的天然材料的依赖。
不管是在油漆—清漆时期还是在之后的瓷漆时期,汽车的外表面始终是有彩色的,但价格相当高,并且种类很有限。迪科降低了彩色外表面的成本,而且增加了很多种颜色,使现代的色彩与外观设计时代成为可能。此外,迪科的快干性解决了大规模生产中的瓶颈问题,使车身生产的速度极大提高。今天,一辆汽车可以在8小时的轮班中完成末道漆工序,而不再是油漆—清漆时代的二至四周。
让我们仅仅考虑下空间的节省:假如一天之内要生产1000辆汽车,则在油漆—清漆时代的生产过程中就需要存放18000辆汽车的空间(因为末道漆工序平均需要3周的时间),也就是20英亩的室内空间。试想一下,对于现在每天15000辆甚至更多的生产速度,这意味着什么。
自硝基纤维漆在20年代引入以来,人们一直继续从事关于它的研究以改进硝基纤维漆并降低应用成本。在1958年,通用汽车又引入了一条新的基于丙烯酸树脂的外表面生产线。这同样又是我们在实验室里与树脂制造商八年合作研究的成果。丙烯酸树脂漆比硝基纤维漆更加持久耐用,同时能够生产出更多大众喜欢的颜色。
通用汽车还在很多其他重要的改进中扮演了重要的角色。1920年的曲轴箱通风消除了一个导致发动机磨损的重要原因。通用汽车于1959年倡导的“内部”曲轴箱通风减少了空气污染,并且于1962年成为行业实用技术。四轮制动和液压制动的发展为汽车的安全性能和更有效利用做出了极大贡献。四轮制动不是通用汽车的独家发明,但我们参与了这项技术的改进,帮助它实现了大规模生产,并且创立了一个单独的事业部来为我们的汽车生产这种设备。通用汽车还在助力刹车、助力方向盘、汽车空调装置和无数其他汽车的改进过程中扮演了领导性的角色。这里要感谢的有成千上万的研究人员、工程师和其他所有曾经对高效、舒适的个人交通运输付出了自己专业兴趣的人们,上述的一切成果只是他们不知疲倦的创造性工作所得到结果中的一些精选。