撰文 七君
今天聊和開車有關的一個重要問題。
司機開車時，四個汽車輪胎的轉速一樣嗎？許多人會直覺地回答，一起轉啊，轉速一樣吧，因為車輪不是連一起的嘛，就和小朋友的玩具車一樣。
想想看，一行小朋友轉圈的時候，在相同的時間裡，在中間的小朋友走過的路要比外圈的少，這樣大家才能齊頭並進對吧。如果內圈的小朋友走太快，就不齊了。
很顯然，靠內的小朋友的行動速度肯定比外圈的要小啊。也是因為這個原因，在田徑比賽時，起點如果在彎道，外圈的人就需要在更靠前的位置起跑，這樣才能保證公平。
汽車也是一樣，轉彎的時候，外側的車輪速度肯定比內側大。
所以問題就來了：如果汽車輪胎之間是用同一根軸連接的，那麼這根軸在轉動的時候，兩個輪胎的每分鐘轉速（RPM）應該是一樣的，你轉一圈，我也轉一圈。
可是這樣一來，在相同時間裡，外圈和內圈的行動距離肯定也是一樣的，那麼在轉彎的時候，兩個輪子裡靠內側的那個肯定會打滑。可是我們並沒聽到汽車輪胎打滑的聲音啊。
所以兩個輪胎之間到底發生了什麼？
先來看看牛車是怎麼轉彎的。
牛車的車輪和車軸實際上並不是緊密結合的，車輪可以在車軸上滑動，這樣的設計就允許兩個輪子的轉速不同。早期的汽車的確也是用這種方法設計的，而且只有一個車輪和引擎相連。不過這種情況下輪胎就不夠抓地，所以後來這種設計被淘汰了。
為了讓兩個車輪都帶動力，同時避免轉彎時車輪打滑的問題，有人想出了一種非常有趣的設計，它就是差速器。
差速器就是小汽車屁股後面的這個鼓包，它的技能就是讓兩個車輪用不同速度旋轉。
差速器（紅色）和引擎（黃色）
所以差速器是怎麼做讓兩個輪子可以用不同速度旋轉的呢？
1939年，雪弗萊曾經做過一次演示，我們一起來看看。
像這樣子，在兩個分離的輪胎上加兩根豎起來的“天線”，沒問題吧——
這種情況下，如果用一根棍子同時攪動兩邊的“天線”，那麼兩個輪胎的轉速是一樣的。
我們把這根棍子固定在其中的一個軸上。讓它可以隨意轉動。這樣一來，兩個輪胎可以做到同步，但是在轉彎時還是會保持相同的速度。
繼續改良中間的棍子，讓它可以轉動——
這樣一來，它就可以讓其中一個輪胎轉動，而另一個輪胎不轉，或者減速轉了。
但是這樣的設計有一個問題，那就是兩個輪胎速度相差太大，中間的這根棍子就會掉線——
有沒有辦法改良呢？給它再裝一根輻就可以了——
但是這樣兩個棍子會撞來撞去，摩擦也很大——
為了讓輪胎在兩個速度擋之間的變換更為順滑，只需要安裝更多的輻就行了——
把這些輻換個皮膚，變成齒輪，看起來就更和諧了——
繼續給齒輪充值升級——
上面這個可以調整左右兩個車輪轉速的小齒輪就叫做差速輪。
然後給差速輪裝上動力，也就是這兩個和引擎連在一起的大小齒輪，差速輪就可以帶動兩個車輪滾了——
所以在平直的馬路上開車的時候，差速輪只做公轉，這樣兩個車輪的轉速是一致的。
但是在轉彎的時候，差速輪除了要公轉，還要自轉，這樣才能讓兩個車輪轉速不一致。
當然，這種基礎款的差速輪也不完美，它的一大問題就是輪子遇到溼滑的地面容易打滑開不過去，所以後來出現了升級版的限滑差速器。這個限滑差速器，是保時捷在1932年的時候發明的。
你以為差速器的故事到這裡就結束了？
許多人直覺地認為，現代自行車的發明比現代汽車要早，其實不是。
如果說有了差速器才有現代汽車，那麼現代自行車實際上是在汽車之後發明的，因為現代自行車的發明人要叫差速器發明人叔叔。
而差速器發明人是因為做了爸爸才有了這樣的成就，差速器的發明可以說是愛的結晶。
差速器的發明人、來自英國鄉村的土味發明家 James Starley 是個暖爸，喜歡帶兒子騎自行三輪車。但是這種三輪自行車不太好轉彎，孩子的安全問題就成了他心頭的疙瘩。
1877年的一天清晨6點鐘，他在陪兒砸騎車車的時候，突然想到了解法。2個小時後，他就把設計做了出來，並坐火車到倫敦申請了專利。而這個專利後來就成了汽車的標準設計。
不過，在 James Starley 的時代還沒有出現現代意義的自行車，那時候的自行車大都長這樣——
這種大小頭的自行車叫做彭妮法洛斯（penny-farthing）。
相信許多人都不明白為什麼那時候的自行車是這樣的冤大頭造型。彭妮法洛斯有這麼大一個頭，是因為人踏一圈，自行車輪也只能轉一圈。為了走更多的距離，輪子就只能做得很大。
彭妮法洛斯進化成現代自行車，是因為多了一根自行車鏈。現在的自行車用鏈條把大小不同的鏈輪連接起來，這樣就可以把人腿的轉速放大。有了自行車鏈以後，人每踏一圈，自行車輪可以滾好幾圈。如此一來，就不需要巨大的輪子了。
有了自行車鏈和鏈輪，人踏一週（A輪），自行車輪可以滾好幾周（B輪）。
這種自行車鏈條傳動裝置的發明人，就是 James Starley 的侄子 John Kemp Starley。人類所有的掉鏈子都是他的鍋。
後來，John Kemp Starley 還和小夥伴發明了 Rover 安全自行車（Rover safety bicycle），你沒看錯，就是路虎的同款 Rover。
Rover 安全自行車 圖片來源：MAAS collection
Rover 安全自行車迅速取代了彭妮法洛斯，制霸了自行車行業，也變成了那個時代最好帶的貨之一，連溥儀都下單變成了騎手，每天和后妃在花園裡開車翻車，自行車的車。
因為 Rover 安全自行車的成功，John Kemp Starley 的自行車公司後來逐漸成長為汽車公司羅孚，羅孚後來又變成了路虎。
對了，在波蘭語裡，Rover 就是自行車的意思，這也是 John Kemp Starley 取這個名字的用意。所以，我買了路虎，就等於我買了自行車。
說來你可能又...不信了，實際上自行車是世界上能效最高的交通運輸工具。運行同樣的距離，汽車消耗的能量比自行車不知道高到哪裡去了。
不同交通運輸方式的能效對比，橫座標是每人每千米所消耗的卡路里，縱座標是速度。 圖片來源：exploratorium.edu
自行車比走路省力自然不用說了。實際上，約翰霍普金斯大學的材料學家 James B. Spicer 利用遠紅外攝像頭對自行車鏈傳動裝置進行研究後發現，自行車的能效可以達到98.6%，也就是98.6%的輸入能量都被轉化為動能，只有不到2%的輸入能量因為摩擦被轉化為了熱能，這也是 John Kemp Starley 的自行車鏈系統發明一百多年來沒有什麼大變化的重要原因。
作為對比，汽車的能效只有區區20%-40%。開車從上海到溫州走的350千米所用的能量如果用來騎自行車，那麼自行車實際上都能夠環遊世界一週了。
總之，我們能安全開車，要感謝百年前一個不會玩三輪車漂移的英國小朋友。
