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节能、环保、安全--未来汽车三大主题 |
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| http://cn.newmaker.com
6/28/2007 12:45:00 PM
佳工机电网
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软件补丁———小改动让节油立竿见影
汽车制造商经常因为汽车能耗太高而饱受批评。为了满足《京都议定书》的目标，欧洲汽车制造厂商同意在2008年使汽车二氧化碳排放量减少到每公里140克。不过，这个减排目标并不容易达到，为此各公司就一直在努力寻找能提高燃效的新技术。
一项减少燃油消耗量的技术就是混合动力汽车。这种汽车除了内燃机外，还有一个电动机。如果内燃机产生的动力高于实际驾驶所需，电动机会把过剩的能量存入汽车电瓶中。电动机还可以反向工作，在汽车内燃机提供的动力不足时供应额外动力从而使汽车达到最佳性能。有资料显示，混合动力汽车可减少25％或更多的燃油消耗量。
一辆车自出厂之后，几乎就从没间断过浪费能源。不管它是在一挡、二挡或者更高的挡位行驶，都只有一个位置保证加速器处于最佳运作状态，加速少一点或者多一点都会造成大量能源浪费。
今年刚刚从荷兰艾恩德霍芬技术大学获得博士学位的约翰•科塞尔斯想到了一种办法，可使发动机更频繁地达到最佳性能，只需进行一个小小的改造就可使燃料消耗量减少2.6％。
科塞尔斯发现过剩的动力可以为汽车电瓶充电，而且，为电瓶充电的发电机在发动机带动效率不高时就停止工作，从而降低燃料消耗。汽车刹车的能量也可以用来为电池充电。最后，他还发现可采用关闭部分电力系统的方式，比如后窗和座椅加热设备，以进一步改善供电系统。
根据这个新方法，可以在无须更换任何汽车零件的情况下节省2.6％的燃油。只需要向汽车电脑上传一个软件补丁并加装一小段电缆就够了。如果可以在空闲时关闭发动机则可以节油5%%—6％，但这需要对汽车进行较大的改动，包括安装一个更强劲的启动马达和自动变速箱。
智能汽车———与混合动力车一争高下
澳大利亚研究人员最近公布的一项研究结果表明，配备传感器以预报交通状况的“智能”汽车可以达到与油电混合动力车一样的节能效果。
油电混合动力车装有靠电力和化石燃料驱动的两个独立发动机，分别在汽车行驶的不同阶段运转，从而达到节约能源的目的。而“智能”汽车则在传统汽车上配备远程信息处理器、传感器和接收器，通过无线网络获取前方交通状况信息，引导汽车加速或减速。这样，汽车就能更为平稳地行驶，避免不断刹车、启动的动作，以降低油耗。
澳大利亚墨尔本大学的工程师专门设计了路线，比较了这两项新技术匹配的燃油效率。他们使用一辆未经改造的轿车作为参照，以3个不同的驾驶周期模拟澳大利亚、美国和欧洲的城市生活方式进行测试。经过计算，混合动力汽车相比未经改造的汽车具有15%%—25%%的燃油经济性。
在模拟澳大利亚驾驶周期中，如果这辆作为参照的汽车加装了基本的远程信息处理系统以提前7秒预测交通流量，其节油性能就能与混合动力汽车相当。
在模拟美国和欧洲的驾驶周期中，预测能力不到60秒的改装车节油性能也赶上了混合动力汽车，而如果预测能力达到180秒，这种智能汽车将比改装前节油33%%以上。
这些数字对于制订燃油经济性的公共政策而言具有参考意义，同时对于降低温室气体的排放也具有帮助。
如果简单有效的传感器网络可以安装在城市和汽车上，或许购买混合动力汽车就不是关注燃油经济性的人的唯一选择了，毕竟这些新车的价格都要比传统汽车的价格高出不少。
混合动力SUV———鱼与熊掌能否兼得
传统的多功能汽车（SUV）操控性好却比较废油，但在混合动力系统诞生后，不少人打起了鱼与熊掌兼得的主意。越来越多的汽车厂商相应推出了第二代混合动力汽车———高性能混合电力汽车（HEV），这种车马力更大，车身也更重。那么这项技术究竟能为这种高耗油车型带来多大好处呢？
加拿大不列颠哥伦比亚大学的科学家首次对北美市场上所有9个轻型HEV车型进行了比较（估计车型还将在未来两至三年内增加一倍）。2006年，HEV在美国市场占有率约为1.6％，其中约30％是新型SUV。作为从2004年开始推出的第二代混合动力车，这些HEV性能得以全面提高：整体上车重增加了30％，动力增加了60％。
为了弄清楚HEV和常规内燃机汽车（ICEV）的油耗差异究竟有多大，科学家用3种方式进行了比较：一对一的单车比较；将一种HEV与所有ICEV进行比较；混合动力轿车对普通轿车，以及混合动力SUV对普通SUV的成组比较。结果显示，ICEV的平均百公里油耗为11.3升，HEV的百公里燃油消耗量比ICEV的约少2.7—3.25升，这也就意味着同样数量的油，HEV大约能多跑40％的里程。
参与研究的雷诺兹解释说：“考虑到平均每位司机一年驾车行驶2万公里的里程，如果他将驾驶的ICEV改成混合动力汽车，每100公里可以省3升油，每升油燃烧释放2.5千克二氧化碳，一年将节省汽油600升，少排放二氧化碳1.5吨。”
根据这项研究，混合动力汽车耗油量明显受车重和功率的影响：每增加100千克的重量将使百公里燃油量增加0.4l升，每增加10千瓦的功率将使百公里燃油量增加0.14升。而传统ICEV则受车重影响非常明显，每增加100千克重量将使百公里耗油增加0.72升，不过功率的影响并不明显。
雷诺兹说：“这些数据意味着车重的增加对HEV的影响并不如对ICEV的那么严重、那么重要，这对于HEV车重不断增加的趋势而言是个好消息。”
造成这些差异的原因是不同的发动机系统及其使用燃料的形式不同，这是因为混合动力汽车可以回收惯性能力，而传统车辆则会浪费这些能量。
让轮椅使用者安全舒适驾车
美国大学的工程师开发出一种自动传送与回收系统（ATRS）。它集合了机器人技术、激光和无线技术，让使用轮椅的残疾人能够更安全地、更经济地驾驶汽车，而无需对车辆进行过多的改动。
使用时，残疾人将带有动力的轮椅移动到车辆驾驶室旁，用一把特殊的钥匙控制驾驶座位移动到车厢中部伸出车外并调整高度，以利于使用者的身体从轮椅滑到驾驶座上。当驾驶者坐好后，座位提升收入车内。车辆后方的动力提升平台展开，轮椅则被自动引导至车厢后部，利用激光测距设备，将其移动到提升平台上，轮椅随平台提升被装入车厢后部锁定。最后，用户按下按钮使驾驶座位恢复到正常的驾驶位置。利用提升平台上的摄像头，使用者可以在ATRS仪表板上观察轮椅回收过程，从而决定何时使用控制杆来关闭车厢的后门。
目前，轮椅使用者需要坐着轮椅上驾驶汽车。汽车改装包括降低或更换车辆的地板、从排燃料管和空调系统以及搬迁油箱，大概需要花费3万美元。同时这种改装还使它的安全性大大低于标准座椅的汽车。
ATRS采用模块化设计，能够适应几乎所有大小和样式的轮椅，因此可以在不对汽车进行永久而昂贵的改装下安装完成。如果车主想把车卖掉，只要把ATRS设备拆除安装到新车上就可以继续使用。预计ATRS系统将在2008年春季发售，价格在1.5万—2万美元之间。
20年后汽车可无人驾驶
在美国国防高级研究计划局主办的第二届无人驾驶汽车大奖赛中，美国斯坦福大学的“斯坦利”号赢得了冠军。今年11月，美国高级研究计划局将举办第三届比赛，代号“城市挑战赛”，参赛队需要完成96千米的城市路面行驶路程。
“斯坦利”号曾在2005年的无人驾驶汽车大奖赛中成功征服了陡坡、隧道和各种人工障碍，穿越长达212千米的崎岖路段，第一个抵达终点，但那次比赛场地是加利福尼亚州的莫哈韦沙漠，地形与城市路况相比可谓大相径庭。
为了参加今年的比赛，斯坦福大学设计了一辆新的机器人汽车———“新手号（Junior）”。它由大众汽车公司生产的帕萨特2.0TDI改装而成。从原理上说，“新手号”与“斯坦利”并没有太大不同，它还是通过光传感器和激光测距仪来形成关于道路状况的三维图像，由电视摄像机、陀螺仪和加速计来判断车辆目前的行驶状况，再由后备箱里的电脑通过软件来对所监测的道路等情况进行分析并做出反应。
但是，与“斯坦利”相比，“新手号”的“大脑”必须运转更快，或者说更接近人。它必须像人一样在行驶过程中做出许多决定，而且必须保证每个决定都正确。
斯坦福大学计算机科学和电子工程学教授塞巴斯蒂安•特龙预测，也许20年内，无人驾驶汽车就能行驶在大街上。
“碳砖”使天然气储存能力大大提高
天然气的成本大大低于汽油和柴油的成本，燃烧也更清洁，但它没能广泛用作汽车燃料，一个主要原因就是天然气压缩比不高，不便于汽车携带。不过，美国密苏里大学和中西部研究所的工程专家已经找到了解决办法。
研究人员表示，他们以玉米棒芯为初始原料，制成一种“碳砖”，其内部布满复杂的、形状不规则的纳米孔，其存储天然气的密度创下新高，可轻松地把相当于纳米孔自身总体积180倍的天然气储存在内，内部存储压力却只有普通天然气存储罐的1/7。目前这种试验装置已经安装到一辆皮卡车上试用。
美国能源部2000年制订设定天然气储存装置“180∶1”的长远设计目标，以推动天然气燃料的应用研究，而碳砖纳米孔技术正是第一种达到这一标准的存储技术。
标准天然气储存系统使用高压天然气，气压达到每平方米253万千克，但这种气罐由于体积大，会占用不少车内空间。而新型“碳砖”在高密度储存甲烷的同时，不需要增加额外的压缩成本，最终贮存燃料的压力仅为每平方米35万千克，近似于天然气管道中的气压。
如此低压可使油箱根据需要被设计成各种形状。较低的压力使得天然气储存装置的外形设计余地更大，可以设计成薄壁、直角的轻巧型气罐，附置于车底部，不占车内空间。这种油箱的生产原料非常丰富，仅美国密苏里州每年就可提高超过10万辆油箱的生产原料。这是又一种将玉米投入替代燃料市场的方法———玉米粒被用来生产乙醇，玉米棒芯用来生产天然气罐。
除了努力使该技术实现商业化之外，研究人员目前正把重点放在研发下一代“碳砖”，使其储气更多、生产成本更低。研究人员表示，新一代的“碳砖”甚至可能存储氢气。
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