《科技新时代》：超低能耗汽车

　　随着油价的飞涨和环境问题的日益严峻，汽车工业最棒的设计师们开始重新考虑我们到底需要什么样的车辆。用不了多久，应用新技术的量产车就会让目前的复合动力汽车看起来也像是油老虎一样。

　　文/BILLY BAKER

　　在过去的几十年中，我们梦想中的“未来之车”始终没有实现，相反我们希望解决的问题却变得越来越严重。今天的油价已经到了自上世纪80年代以来的最高点。作为不可再生能源的石油储量日益减小，而即使是以往持怀疑态度的人也开始认为我们向大气中排放的大量二氧化碳最终会导致灾难性的后果。面对这些问题，目前的汽车制造商以平均油耗11升/百千米的汽车作出的回答显然不能让人满意，尽管这相比当年福特T型车的近80升/百千米已经有了巨大的进步。

　　不过新技术带来的希望远比你了解的氢动力汽车要多得多。数家小公司正在竞相开发新的发动机技术和新的车辆设计，并承诺达到0.94升/百千米的经济性。这一伟大的目标将从一些最基本的改进开始实现—比如降低车辆重量、改进空气动力性能—有一家公司甚至试图从喷气发动机中得到灵感。

　　而这场竞赛，将会由于X大奖基金会的参与而变得更加激烈—X大奖基金会曾通过1000万美元的奖金有力地推动了民间可返回式载人航天器的研究。现在，这个基金会又宣布了新的竞赛：在接下来的几个月中，如果有公司研究出油耗低于0.94升/百千米的汽车，并售出目前尚未确定的数量，就可以赢得大奖的奖金。截至发稿时为止，奖金的数额尚未最终确定，但很可能是有一定吸引力但并不过分的2500万美元。该基金会希望这笔奖金能够帮助人们重新认识汽车本该拥有的形象和功能。“我们需要一个具体实际的行动来推动这件事情。”汽车X大奖的执行董事马克·古德斯坦说，“我们必须改变人们对汽车一贯的看法。”

　　在与汽车工业的业内人士探讨之后，我们认为下面的3项技术可以帮助我们跨越目前的汽车经济性的极限—这应该也是汽车X大奖设立的初衷。

　　更小、更好、更便宜

　　一个显而易见的观点是，要想达到最好的经济性，必须尽可能地减轻重量并减小包括风阻(它是高速行驶时最大的汽油杀手)在内的各种阻力。这是不少高校组织的学生节能汽车设计比赛的不二法门。在这些比赛中，拥有水滴状外形并使用自行车一样窄窄车轮的苗条车辆只需1升燃料就能跑上上千千米。但是这些原型车个个成本高昂，也不具备汽车的基本实用要求。现在的挑战是，我们需要研制一种轻量化流线型汽车，而且必须可靠、安全、坚固，最重要的是要便宜得可以大规模生产。

　　史蒂夫·范姆伯或许可以通过改进他的技术来解决这个问题。Aptera，这辆在他位于加利福尼亚州卡尔斯巴德的车间制作的双座三轮汽车拥有风阻系数极小的子弹状外形，以及385千克的超轻车身(丰田复合动力汽车普锐斯的净重是1310千克)。他从赛车技术里获得了启发，用碳纤维车身取代了笨重的金属骨架，在保证车身强度的同时有效控制了车重和体积。

　　范姆伯的Composites Accelerated公司现在已经引起了数家风险投资商的关注，他希望能在两年之内让Aptera正式上市销售。“我所做每一步都考虑到了以后大规模生产的成本。”他说。通过运用新的复合制造技术—包括低成本的模具和自动化的生产工艺。范姆伯宣称他可以把每辆车的最终成本控制在两万美元之内。而且在使用柴油复合动力发动机时，Aptera的油耗将低至0.8升/百千米。

　　无需电池的“复合动力”

　　汽油动力和电力结合的复合动力技术在提高了目前汽车燃油经济性方面无疑取得了巨大的成功。像丰田普锐斯这类的复合动力汽车，等量燃料大都可以比它们目前的同类燃油车型多跑几乎一倍的路程。而这里面的主要原因，就是复合动力汽车可以把原本刹车时在刹车盘上转变成热量白白损失掉的机械能转变为电能存储在电池中，并在之后的行驶中再次利用。不过，即使是现在最有效率的复合动力系统，也只能回收刹车时动能的30%。

　　目前美国国家环保局(EPA)下属的先进技术部正在开发的一种技术有望让复合动力系统摆脱笨重的电池，并彻底解决能量回收效率低下的问题。EPA改装了一辆复合动力汽车，用一套可以存储刹车能量的液压系统取代了原有的电池。当你驾驶这辆复合动力汽车并踩下刹车时，车轮就会驱动一个液压泵通过压缩氮气把能量储存起来，而且这个泵是个成本低廉的无源解决方案。一旦你重新开始加速，压缩氮气就会通过液压泵反过来推动车辆加速前进(参看52页的原理图)。

　　根据计划，这种液压复合动力系统今年8月开始在两辆UPS快递公司的卡车上进行测试，并计划在明年进行更大规模的测试。这种液压系统承诺可以回收刹车时超过70%的动能损失，这意味着可以提高车辆燃油经济性60～70%，并减少40%的污染物排放。或许这就是为什么美国EPA先进技术部的主管，同时也是液压复合动力系统的开发者之一的查尔斯·格雷无法抑制他兴奋之情的原因。“这将是汽车工业最伟大的革命。”他大声说，“比流水线的出现还要重要。”

　　最终的结果还有待检验，但毫无疑问，液压复合动力系统比传统的复合动力系统重量更轻而且成本更低。“我能够一手掌控一个500马力的液压马达，而我并不是什么了不起的大人物。”格雷说。这是因为，技术的改良让我们不再需要那些传统的传动系统和其他的一些机械机构—发动机只需要驱动液压泵，就可以把动力输送到各个车轮上，保证了这套液压系统可以安装在一辆小型汽车上，而且不会额外增加成本。福特公司、美国军方和其他一些关注者都还在对这项技术进行论证调查。不过UPS公司例外，由于短途车辆饱受频繁起步停车的折磨，该公司是此项技术目前惟一的委托客户。

　　来自喷气式发动机的灵感

　　StarRotor系统是另外一个汽车X大奖的潜在竞争者，而它的前身居然是得克萨斯A&M大学研制的一种空调压缩机。化学工程博士马克·霍尔特萨普尔和他的同事安德鲁·雷布罗克在尝试设计一个更好的空调用压缩机时得到的灵感决定了StarRotor的基本结构。当他们联想到汽车发动机时，“我们立刻就把空调抛到了脑后。”雷布罗克说。随即他们成立了一家公司(与StarRotor同名)，以期能够把这项技术商业化。

　　StarRotor利用了和喷气发动机从废气热能中回收部分能量相同的热力学原理，这是活塞结构的发动机所无法实现的。高温废气在燃料注入前预先加热进入发动机的空气，而加热后的空气可以带来更加彻底有力的燃烧。这意味着使用等量的燃料时，StarRotor可以比传统的发动机获得更多的动力。

　　根据从空气压缩机原型中得到的数据，雷布罗克认为StarRotor可以把燃料燃烧释放的45～65%的化学能转变为机械能，而且不受发动机转速和负荷的影响。与此相对，一台传统的汽油发动机在节气门接近全开时拥有约30%的最高效率，而在我们日常的驾驶条件下，这个效率还要打上一个大大的折扣。“两倍的效率简直就是儿戏。”雷布罗克谈到StarRotor的潜力时说到，“我认为我们最终可以将目前的燃油效率提高3倍。”

　　无论是两倍还是3倍，重要的是这些积极为我们目前面临的石油困境寻找出路的技术开发者，必须在第一代复合动力汽车退役前取得重大的突破。

　　本文作者比利·贝克在为汽车工业撰文之外的空余时间，正在为他的一本关于juggling subculture的书努力着。

　　退出竞争的种子选手

　　大众公司于去年4月正式宣布终止开发的“1-liter Car”，这是迄今为止最接近汽车X大奖目标的“产品”。

　　2002年4月的一天,细雨蒙蒙,大众前总裁裴迪南皮曲亲自驾驶一辆特殊的汽车从工厂所在地Wolfburg开到了股东大会会场所在的

　　与其他节能概念车不同，1-Liter在工程上的完整度已经非常接近量产车—大灯、空调、安全装置等行驶装备配置齐全—ABS刹车防抱死系统、前座气囊都没有被简化掉，甚至还有氙气大灯这种先进设备(当然这也可能是为了省电)。前后座椅在轻量化的同时并没有牺牲应有的功能—不仅包覆良好舒适，而且在车身受撞击时也能起到一定的保护作用。问题是大众公司的20名研究人员在3年中仅仅制作了一台原型车，而且还外观“丑陋”。

　　尽管研发计划已经被取消，但1-Liter还是为我们展示了一种全新的车型—流线外观、前后双座的布局，不仅适合日常代步，也能设计成高性能的

　　超前的设计

　　大众公司最好的节能车并不是你在路上可以看 到的3升/百千米的柴油路波,而是下面这辆独一无二的“1-liter Car”。

　　为了要减少正面面积将风阻系数降到最(仅0.159)，乘员的座位采用了直列式，从而造就了1-Liter宛如战斗机座舱般的流线外观。降低风阻的手段还有：将后轮隐藏于车身钣件之内、供发动机散热用的通风孔只有再需要时才会打开、前轮轮圈为碳纤维材质全包覆型式、取消后视镜使用小型摄影机将后方影像显示于仪表板上的LCD显示器。

　　尽管体积小巧，但由于采用了前后双座的布局,1-Liter的座舱并不显得局促,而且空调、收音机等舒适装备一应俱全,除了没有副驾驶在一旁陪你谈天,还真的没有什么好抱怨的。