汽车为什么是四个轮子？

很多人看到这个问题，或许会感到莫名其妙，这不是显而易见的么？

可，为什么呢？

一旦真正静下心来，郑重地问出这个问题，或许你就会发现，答案并非如我们想象般显而易见。否则，人类从旧石器时代就已经发明了轮子，为何一直到近代才出现四轮车呢?

让我们不妨按照轮子个数的顺序来畅想。

独轮车

现代人可能不明白，独轮车运载能力既差、操作又不方便，为何会被发明出来，又为何会被广泛应用？独轮车虽然有种种劣势，但却有一个突出的优势：在道路非常崎岖的地方，独轮车能够很好地跨越障碍物。在古代，如果以我们现代人的视角来看，到处都是蛮荒之地，更不用提平整的道路了。所以，独轮车理应是首选。

双轮车

随着道路情况有所好转，加上牲畜动力的普遍使用，双轮车渐渐流行起来。人们在操作独轮车时，需要非常好的力量和技巧，来保持车子的前后和左右方向的平衡，很明显，对于牲畜来讲，它们没有这样的技巧，但却有更好的动力性能。两个轮子并排左右后，操作时无需考虑左右方向的平衡问题，大大增加了整车的稳定性。而在前后方向上，牲畜所在的位置恰好相当于三角形的第三点，形成一个稳定的平面，因此前后方向的稳定性也得到保障。

或许有人会问，为什么不用四轮车呢？其实也是有的，一些国君的古墓中，也出土过四轮、六轮马车，但仅仅是一种地位的象征，却并无功能上的优势。因为轮子多了之后，反而会带来额外的摩擦力，增加马匹的负担；而且四轮、六轮车在崎岖的道路上，会比两轮马上更加颠簸、难以前行。

三轮车

三轮车的发明，主要是为了适应动力系统的改变。

对于马车来讲，马匹有两个作用：1，提供动力；2，控制方向。为了完美地替代这两个功能，工程学家在车辆前面增加了一个可以调转方向的轮子，同时为整个车辆增加一套动力转换系统，将人力或者发动机的动力传递到轮子上。解决了这两个问题，三轮车就自然地被发明出来了。

驱动方式的改变，是车辆进化史上的一个里程碑。三轮车的发明，让人们从外驱动方式转化为内驱动方式，也就是说，我们不再靠另一个生物拉着车跑，而是让动力成为了车的一个整体。对于前者而言，车的速度永远不可能超过提供动力的生物的速度（例如马车的速度不可能超过马），但是内驱动方式摆脱了这个限制（例如自行车的速度远远超过人的速度），让车辆进入到了新的境界。

三轮车也有它的不足，因为它与地面的接触点为一个三角形，虽然本身很稳固，但在快速转弯时，其冲力方向是垂直于三角形侧边的，很容易导致重心偏移到车辆之外，造成翻车。因此，车辆有必要继续进化。

四轮车

虽然在我们眼中，汽车要比三轮车高档不知多少倍，但从车辆工程的角度而言，三轮到四轮在技术和理念上的跨越，远远不及从一轮到二轮、从二轮到三轮，更不用提从无轮到有轮。

相比较三轮车，四轮车的最大优点就在于它的稳定性。由于将前置的1个轮子改为对称并排的2个轮子，解决了三轮车快速入弯易翻车的缺点，除此以外，理念上的突破并没有多少，改进多是在具体的技术细节上。

思绪到达内驱动模式后，某一天我脑袋短路，冒了点火花，在微信朋友圈上问的这个问题：

“三轮车是后单轮驱动还是后双轮驱动？”

答案五花八门，看得我无比开心。

其实答案并不重要，因为后来据我调查，后单轮驱动或者后双轮驱动的车辆都是存在的。但关键是，单轮驱动和双轮驱动，它们分别源自哪里？又究竟有什么区别？

小时候，我不知道在哪里拿到了一个类似于轮轴的东西，两端可以拧上两个小轮，组成了类似于车辆车轴的玩具。在地上模拟小车滚动时，我惊奇的发现，无论我怎么朝一遍用力，小轴总是笔直地向正前方前进。

学了基本的物理知识后，我明白了，车辆拐弯时，内侧的轮子和外侧的轮子行走的距离是不一样的，在轮子直径相同的条件下，必须有不同的转速才能实现。小时候玩的小轮轴，两边轮子和轴是刚性连接，因此自然不可能实现不同的转速，也就无法拐弯了。

那车子是如何拐弯的呢？独轮车、自行车拐弯时因为没有内外径的差别，可以不考虑这个问题。但是对于有并排车轮的车子，这是个无法回避的问题。

古代马车由于它是外驱动的，两个轮子可以各自分离，而无需通过轴来建立硬连接。但是对于内驱动车辆而言，动力最终要传递到车轮上，因此必须要选定驱动轮。

最简单的驱动方式，当然是单轮驱动，例如后轮驱动的自行车。但对于三轮车和四轮车，单轮驱动就存在很多缺点。试想一辆汽车，当它加速时，所有的动力来自于一个轮子，它的动力性能必然不好，在湿滑地面容易空转，而且单侧轮驱动造成整个车辆的动力系统不平衡，造成一系列机械性能的缺陷。

人们当然想通过一个发动机，带动两个轮子同时转动，以增加动力性能和均衡性。因此，通过一个刚性的轴，连接两个轮子同时转动，是人们的第一想法。但是，刚性连接虽然有利于动力的均衡传递，但却出现了前面我们已经提及的转弯问题：两个刚性连接的车轮，如何能实现一个转的慢一个转的快呢？

以当时汽车工程师的视角，设身处地地考虑这个问题，你会体会到这是一种多么矛盾的处境。这个时候，差速器的概念被提了出来。经过天才的工程师们的不断创造和改进，今天我们才得到这样一种车子:在没有任何阻力的情况下，踩下油门，两个轮子以同样的速度提供动力；但当你抱死一个轮子踩下油门，另一个轮子照样运转，既不会憋死发动机，也不会折断轮轴。

关于差速器的具体原理以及构造，我们这里不想涉及了，因为它实在太复杂了，复杂到一般人根本无法入眼的地步。但是，一旦想明白这个东西它为什么会出现，那么其实也就那么回事：只不过是为了解决两个轮子动力和平衡的矛盾，也没什么了不起么。

就轮子的问题，絮絮叨叨说这么多，绝不是让大家回家都去钻研差速器原理，每次看到汽车拐弯都报以一颗敬畏之心。是的，何必让原本已经无比沉重的生活，再增加额外的负担呢？

其实恰恰相反，关于轮子问题的思考，其实是想让大家了解，世界本没有我们想象中那么复杂和难解。世界上的每件事物，即使是再复杂的事物，都有其存在的简单原因。

大三的时候，参加过一个智能车比赛，我主要负责软件开发。我清晰地记得，一开始的主体程序是一个非常简单地循环，从头到尾不超过20行，仅为了判别一个光电二极管探测到黑还是白。后来在此基础上，实现16个光电探测器的实时监测，路径判别，增加舵机转弯控制模块，闭环控速模块，直到最后实现路况记忆和超前预测功能。当小车最终拿到华东赛一等奖的时候，我惊讶地发现，代码已经达到几千行。当下一届竞赛开始时，源程序被师弟拿去参考，从他那变绿的脸上，我仿佛看到了崇拜和敬畏，当然，还有自我怀疑。当一个新手，拿到如此一个接近完美的成果时，他的心情，我是能够理解的。

就像我初学集成电路的时候，看到成万上亿的门电路组成的功能模块；就像我初学电磁场，老师在板书上给我们讲解麦克斯韦方程组；就像刚从学校毕业，看到发动机或者差速器的完美结构。我们会惊叹，这简直是神级的作品，究竟是多么伟大的天才才能完成啊！至于我，算了吧。。

但其实，它最初只是为了实现一个简单的想法，在此基础上，为了更好地满足要求，一点点进化达到今天的境界，仅此而已。用这种思路，我给我的学弟将程序最初的想法，以及一点一点改进的缘由，配合着代码很快讲了一遍，那浑浊的眼神一点点变得清澈。我想，如果我从程序的开头，一行一行讲解语法和功能，纵使他每一句都看得明白，最终仍然会一头雾水。

对于很多人来说，思考是一种负担，更是一种痛苦，任何无关今天快乐和明天工资的问题，他们都不想过问。但即使是这样的人，仍然会惊叹于苹果手机的绝美体验，更在MUJI中常常发出“这个设计好贴心哦“之类的感叹。我想说，对于任何一件堪称绝品的事物背后，都必然会有一个沉迷于深刻思考的创作者，没有这种思考，他们根本不可能抓住复杂表面之下的简单本质，更不可能在细微处做出让人惊叹地创造。

某一天，当你的孩子问你：

为什么镜子只是颠倒左右，却不颠倒上下？

为什么自行车可以脱手拐弯，而三轮车不行？

为什么星空是黑色的？

甚至简单到，

为什么树叶是绿色的？

我们会如何回答呢？

不管答案是什么，希望我们不要敷衍道：“它们本来就这样。”