“无论怎样夸大蒸汽机对人类的影响，都不过分。”
这是英国科学史学家L.T.C.罗尔特（Lionel Thomas Caswall Rolt，1910-1974）在撰写《詹姆斯.瓦特》中，对蒸汽机技术的高度评价，它不仅彻底改变了工业生产方式，也深刻地影响了交通运输、社会生活和世界格局，并由此让人们从农业时代进入到工业时代。提到蒸汽机车，大家一般想到的是火车，其实最早设计出来的蒸汽机车是汽车而不是火车。
世界上第一辆依靠蒸汽动力行走的车辆诞生于1672年，是由康熙时期西方传教士南怀仁（Ferdinand Verbiest, 1623-1688）设计制造的，如图1所示。根据南怀仁的手稿《欧洲天文学》介绍，该蒸汽车长65cm，加一次煤可以行驶1小时，该车辆并不能用于载人、载物，只是作为礼物送给康熙的汽车模型。
从图中可以看出，南怀仁的蒸汽车采用了脉冲式涡轮机的原理，即蒸汽在球形锅炉中产生，通过顶部的管道流出，利用流出的蒸汽推动“涡轮机”转动。该原理与水车的原理十分相像，只是水车是由水来推动，而蒸汽涡轮机采用蒸汽推动。利用齿轮传动技术，再将涡轮机水平平面的转动，转换为垂直平面的转动，带动后轮转动，从而实现蒸汽汽车的蒸汽动力行驶。在模型的最前方，单独设置一个转向轮，似乎当时单轮转向比双轮转向更容易实现。
100年后的1770年，法国发明家库格诺（Nicolas-Joseph Cugnot，1725-1804）制造了世界上第一辆全尺寸的蒸汽汽车'Fardier à vapeur'，如图2所示。该车辆设计自重2.5吨，为三轮汽车，前轮为单轮，通过双手柄实现转向，后轮为两轮。一个球形锅炉放置在最前方，利用输送管道将蒸汽引至前轮上方，推动活塞运动，为车辆提供动力。
图2 库格诺的蒸汽汽车
传动装置类似于一个棘轮装置，如图3所示，前轮带有一个铁制带卡槽的盘，4个卡槽均匀分布，当活动运动带动杠杆（铰接杆）运动时，推杆落入卡槽，在活塞运动下带动车轮转动，活塞相反方向运动时，推杆退出卡槽，下一个循环进入下一个卡槽，从而实现单向推动车辆行走。
图3 库格诺的蒸汽汽车的动力传递
库格诺蒸汽车是作为大炮牵引车设计的，设计可乘坐4人、载重4吨的情况下，行驶速度为每小时7.8公里，但实际速度大约为每小时3.6公里。库格诺蒸汽车实际是失败的，由于重量分布和结构设计不合理、操控困难等原因，致使车辆在行驶中极不稳定；此外，蒸汽机技术还不成熟，大概每隔15分钟就需要重新点火、加水，这大大影响了车辆运行的连续性和行驶速度及行驶距离。
据说，1771 年库格诺驾驶他的蒸汽汽车巴黎花园或巴黎兵工厂围墙，成为世界上第一起交通事故，这增加了人们对蒸汽汽车安全性的担忧，最终蒸汽汽车项目被取消。但不可否认库格诺蒸汽汽车是汽车发展史上的重要里程碑，为后来的汽车发明家提供了宝贵的经验和启示。2010 年，巴黎高科工艺美术学院（Arts et Métiers ParisTech）的学生复制了一辆“Fardier de Cugnot”，复制品可以正常运行，证明了该概念的有效性。
视频1：“Fardier de Cugnot”复制品
众所周知，詹姆斯·瓦特（James Watt，1736-1819）是蒸汽机技术变革中的重要推动者，享有“工业革命之父”的美誉，他所发明的分离式冷凝器、双向汽缸、旋转式蒸汽机、平行运动连杆机构、离心调速器、示功器等使得蒸汽机成为一种高效、可靠、实用的动力来源。需要说明的是，瓦特的发明并非由他一人完成的。1775年，瓦特与博尔顿（Matthew Boulton，1728-1809）成立博尔顿-瓦特公司，公司员工的发明也被登记在瓦特名下，其中默多克（William Murdoch，1754-1839）是瓦特团队最重要的发明家。
1784年（晚库格诺14年），默多克的邻居特里维西克（Richard Trevithick，1771-1833）描述说在默多克家里摆放着一架蒸汽车模型，这是英国第一辆依靠自身动力运转的车辆。默多克模型高约0.3m，发动机和锅炉位于两个后轮之间，车底下有一盏酒精灯来加热水，车头有一个舵柄来转动较小的前轮。该模型采用了多项创新技术，例如高压蒸汽、锅炉安全阀，气缸部分浸入锅炉，并在管路上使用新的阀门系统。
图4 默多克蒸汽车辆模型示意图
图5 默多克蒸汽车辆模型
不过由于博尔顿和瓦特并不赞成默多克在蒸汽车辆上开展过多的研究，特别是对于高压蒸汽机，瓦特持反对态度。没有博尔顿和瓦特的支持，默多克就无法开展蒸汽车辆的相关研究，也不能宣传他所做的发明，蒸汽车辆的再发展就不得不由其他人完成，这其中就包括了他的邻居特里维西克。
特里维西克出生于康沃尔郡矿产资源丰富的中心地带特雷加乔兰（伊洛根教区），小时候对蒸汽机从深层锡矿和铜矿中抽水很感兴趣。1797年-1798年（28岁），特里维西克来到雷德鲁斯，恰好成为默多克的邻居，默多克的蒸汽车模型深深吸引了特里维西克，特别是采用的高压蒸汽推动活塞运动，不需要采用瓦特蒸汽机（低压）的分离式冷凝装置，这为绕开瓦特专利提供了可能。
1801年，特里维西克建造了一辆实验性的蒸汽驱动车辆（Puffing Devil），如图6所示，它的锅炉和火炉已一体封装，没有冷凝器，完全依靠高压蒸汽做功（210kPa），废气通过竖直的烟囱排入大气，水平放置活塞带动连杆将动力直接传输给驱动轮。次年，特里维西克为蒸汽车申请了专利，该专利还描述了新型高压发动机的其他用途。
据报道，Puffing Devil有非常大的驱动轮，直径2.4m，主要是为了减小车辆振动而导致的熄火；叉形活塞杆可以缩短单缸和曲轴之间的距离，在当时被认为是一项独特的创新；还采用弹簧操作的阀装置用于减轻飞轮的重量。满载标准为 1,520 公斤，在平地行驶速度为 14.5 公里/小时。
图6 特里维西克的蒸汽车辆Puffing Devil
1803年7月，由马车制造商威廉·费尔顿 (William Felton)制造的特里维西克蒸汽车辆进行了试行，需要一名司机使用舵柄操纵前轮，以及一位照看锅炉的机车司机（站在车厢后面的低台阶上），载有8名乘客的蒸汽汽车从伦敦前往帕丁顿，再经伊斯灵顿返回，行程大约16公里。作为预防措施，蒸汽汽车经过的街道禁止其他车辆通行。但这次行驶，给司机和乘客的体验都不好，而且运行成本远超马车，后来并没有长期运行。不久后，在一次事故之后，再无经费投入，特里维西克蒸汽汽车也告一段落。
在制造蒸汽汽车的同时，特里维西克也在开展蒸汽机车（火车）的发明，1801年-1808年期间，特里维西克设计发明了多款蒸汽机机车，如1802年Coalbrookdale号（图7），1802年'Pen-y-Darren'号（图8），1804年'Newcastle'号（图9），1808年“Catch Me Who Can”号（图10）。在蒸汽机车发明上，特里维西克多次因钢轨质量不过关遭致失败，不再设计铁路机车。
图7 1802年Coalbrookdale号，由Coalbrookdale 公司建造
图8 1802'Pen-y-Darren'号，由Penydarren铁厂建造
图9 1804年'Newcastle'号
世界上第一次蒸汽机车牵引行驶，带凸缘车轮的机车，但由于轨道为木制，很快就被压坏了
图10 1808年“ Catch Me Who Can”号
这台机车的配置与以前的机车不同，汽缸是垂直安装的，直接驱动一对车轮，没有飞轮或齿轮。
视频2：“ Catch Me Who Can”复制品
火车的发明离不开铁路技术的完善。早在 16 世纪的欧洲矿山，就开始使用木头制成的简单的轨道，来减少运输煤炭和矿石车辆的摩擦力。18 世纪，随着工业革命的兴起，对煤炭和矿石的需求不断增加，矿山轨道也不断的得到改进，一些铸铁轨道被制造出来。特里维西克蒸汽机车一定程度上推动了轨道建设水平。
1821 年，英国开始修建斯托克顿和达灵顿铁路(S&DR)，全长40公里，起初的设计是以马匹为动力拉煤车，但经过斯蒂芬森（George Stephenson，1781-1848）建议，最终改为机车牵引。1825年斯蒂芬森制造了他的第一台机车，最初命名为Active，后来又改为Locomotion（机车），也成为现在的统一名称。
Locomotion 在斯蒂芬森的驾驶下，两小时内将 80 吨煤和面粉运了 15 公里，在一段路程中时速达到 39 公里/小时，同时也搭载了专用客车，并在首航期间搭载了贵宾，这是蒸汽机车铁路首次运行客运。斯蒂芬森的巨大成功也让他获得了“铁路之父”的美誉。当蒸汽机车在铁路找到自己的用武之地后，蒸汽汽车逐渐成为了历史。