最新低能耗汽車(chē)技術(shù)：流線(xiàn)型設計可降11%能耗

　　1. 流線(xiàn)型設計測試環(huán)境

　　在全世界最大的汽車(chē)制造廠(chǎng)房中，巨大的風(fēng)扇橫跨在位于密歇根的通用汽車(chē)沃倫研究中心內，這里進(jìn)行的研究項目旨在滿(mǎn)足全世界對高能效汽車(chē)的需求。在美國，奧巴馬政府即將對汽車(chē)的能效出臺官方標準，到2025年，汽車(chē)單升汽油的行駛里程要達到23千米。而歐盟的標準比這個(gè)更為苛刻，到2020年，為了達到減少碳排放的標準，汽車(chē)單升汽油行駛里程要求達到24.4公里。加拿大、日本、中國和韓國在2015年也將會(huì )開(kāi)始制定相關(guān)的標準。

為了達到這個(gè)全球性的新能效標準，全世界像沃倫研究中心這樣的研究機構都在進(jìn)行著(zhù)艱苦的創(chuàng )新。這些研究中心正未雨綢繆地為了幾十年之后的能效標準而進(jìn)行著(zhù)各種各樣的研發(fā)工作。新一代的汽車(chē)看起來(lái)和當前的汽車(chē)樣式?jīng)]有什么區別，但是重量會(huì )更輕、會(huì )更加符合流體力學(xué)原理、會(huì )擁有更加智能的系統可以根據需要調節功率。

研究公司LMC Automotive的高級工程師米歇爾-奧莫托索說(shuō)，“其實(shí)到2025年為止我們需要用在汽車(chē)上的技術(shù)基本上已經(jīng)實(shí)現了。還需要完善之處是減少這些新技術(shù)實(shí)現的成本?！边@個(gè)直徑12米的巨大風(fēng)扇在這個(gè)研究中心里面扮演著(zhù)重要的角色，它可以提供時(shí)速達222公里每小時(shí)的大風(fēng)，以便讓工程師對汽車(chē)的流線(xiàn)型設計進(jìn)行不斷改善，毫不夸張地說(shuō)，后視鏡和轉向燈的形狀設計都會(huì )對能效有著(zhù)1%-2%的影響。在未來(lái)的幾年，任何一個(gè)會(huì )影響能效的地方都會(huì )被砍掉。

　　2. 改善阻力系數

　　高級工程師約翰-貝納奇科正在對2013款的雪佛蘭美宜堡車(chē)型進(jìn)行流線(xiàn)型測試工作，這個(gè)場(chǎng)景就像拿著(zhù)一根魔杖在對著(zhù)汽車(chē)施法一樣。當初他在聽(tīng)到要求將雪佛蘭美宜堡車(chē)型的阻力系數改善為0.29的時(shí)候，他覺(jué)得這個(gè)確實(shí)太有挑戰性了。不過(guò)，到最后模型測出的阻力系數為0.35。作為對比，日本豐田汽車(chē)公司油電混合動(dòng)力驅動(dòng)汽車(chē)普銳斯的阻力系數是0.25，而2012款福特漫游者的系數為0.40。(阻力系數越小意味著(zhù)越節能。)

貝納奇科說(shuō)，“僅僅在幾年前，流體力學(xué)家覺(jué)得如果要讓轎車(chē)的阻力系數達到0.29就必須徹底改變汽車(chē)的形狀。不過(guò)工程師們也學(xué)會(huì )了如何通過(guò)改善車(chē)輛的設計或者通過(guò)增加一些附件來(lái)改善阻力系數。還有一種設計是減少汽車(chē)行駛過(guò)程中進(jìn)入發(fā)動(dòng)機的空氣量來(lái)減少空氣阻力?！蓖ㄟ^(guò)完善車(chē)型流線(xiàn)型設計可以減少3-11%的能耗。工程師通過(guò)改變車(chē)輪的位置來(lái)找到風(fēng)阻最小的方式。當巨型風(fēng)扇吹出的風(fēng)通過(guò)車(chē)身周?chē)臅r(shí)候，車(chē)身的平衡將會(huì )改變，工程師們也可以對各種情況下的數據進(jìn)行測試。流體力學(xué)工程師們知道他們是一個(gè)整體，每一個(gè)人的工作在減少汽車(chē)能耗方面都是不可或缺的。

貝納奇科說(shuō)，“在對雪佛蘭美宜堡進(jìn)行測試的時(shí)候，目前最好成績(jì)是單升汽油行駛里程12.32千米。對普通消費者來(lái)說(shuō)，這樣的提升可以省下不少錢(qián)?！钡?025年，新技術(shù)的運用會(huì )讓每輛車(chē)的造價(jià)提高2000美元，但是在汽車(chē)的整個(gè)使用年限中，卻可以節省5200美元到6600美元的汽油。

　　3. 電池系統

　　通用汽車(chē)工程師道格拉斯-道奇與混合動(dòng)力汽車(chē)雪佛蘭伏特電池系統的合影。道奇是通用汽車(chē)電池系統實(shí)驗室的首席工程師，這個(gè)實(shí)驗室在4年之前只有3個(gè)員工。而現在，這個(gè)實(shí)驗室有多達40名員工，其中大多數都是剛出校園的大學(xué)畢業(yè)生。而這個(gè)實(shí)驗室的地盤(pán)也擴大到了6039平方米。道奇手中拿著(zhù)的部件是一個(gè)電池組，這個(gè)電池組包含溫控器與冷卻系統。這些電池組的表現將決定這輛混合動(dòng)力車(chē)的能效表現。

據估計，到2025年純電動(dòng)汽車(chē)的銷(xiāo)售可能占到全球汽車(chē)銷(xiāo)售的15%左右。但是技術(shù)依舊在不斷進(jìn)步，最新的電池技術(shù)已經(jīng)可以讓2013款雪佛蘭伏特汽車(chē)在一次充電下可以完成61公里的行駛里程，同時(shí)讓單升汽油行駛里程達到42公里。雖然這種汽車(chē)被指出有較高的電池起火隱患，但是美國汽車(chē)監管機構表示，沒(méi)有比汽油動(dòng)力汽車(chē)有更大起火隱患的汽車(chē)了。在2012年，雪佛蘭伏特汽車(chē)是美國最暢銷(xiāo)的可充電汽車(chē)。2013款雪佛蘭伏特有了多處改進(jìn)，但是價(jià)格依舊穩定在四萬(wàn)美元左右。不過(guò)政府補貼、充電站的密度與汽油的價(jià)格才會(huì )決定消費者的購買(mǎi)意愿。通用汽車(chē)電池系統實(shí)驗室的一部分工作就是降低汽車(chē)的能耗。

勒克斯研究公司高級分析師柯文-西說(shuō)，“消費者在選購節能汽車(chē)的時(shí)候，會(huì )有那么一小部分因素為了環(huán)境考慮，可是更多的還是考慮經(jīng)濟因素。不過(guò)到目前為止，這個(gè)市場(chǎng)最大的贏(yíng)家是那些不需要消費者改變駕駛體驗的節能汽車(chē)。盡管如此，更好的電池技術(shù)和更便宜的電池價(jià)格會(huì )為這個(gè)市場(chǎng)所有種類(lèi)的汽車(chē)帶來(lái)更多價(jià)值，不論是混合動(dòng)力汽車(chē)還是純電力汽車(chē)?！?/P>

4. 神奇的發(fā)動(dòng)機

　　這個(gè)電力發(fā)動(dòng)機正在汽車(chē)動(dòng)力測試中心接受測試。這個(gè)部件是將來(lái)達到能效標準的核心部件之一。在普通汽車(chē)中，油箱中的汽油大約只有15-20%的能量會(huì )被用來(lái)驅動(dòng)發(fā)動(dòng)機。剩下的都以廢氣或者熱量的形式被浪費掉了。但是電力發(fā)動(dòng)機會(huì )比汽油或者柴油發(fā)動(dòng)機簡(jiǎn)單得多。電動(dòng)引擎可以將60%的電能用來(lái)驅動(dòng)車(chē)輪，這也是為什么提高電動(dòng)引擎的效率可以降低溫室氣體排放的原因，即使電力的大部分來(lái)源依然是依靠燃燒化石燃料的火電廠(chǎng)。與汽油發(fā)動(dòng)機不同，電動(dòng)引擎可以讓汽車(chē)在行駛的過(guò)程中大大減少氣體排放量。美國共和黨候選人羅姆尼在總統競選中表示，人們不可能開(kāi)著(zhù)一輛帶著(zhù)風(fēng)車(chē)的汽車(chē)。確實(shí)是這樣，但是人們可以利用來(lái)自風(fēng)能、太陽(yáng)能、氫能源或者核能的電力來(lái)給汽車(chē)充電以減少溫室氣體的排放。但是在電力依舊主要依靠燃燒化石燃料的今天，電力引擎的角色略顯尷尬。但是通過(guò)幫助汽車(chē)在特定時(shí)候提供額外動(dòng)力來(lái)提高汽車(chē)能效的方式也能幫助混合動(dòng)力汽車(chē)達到單升行駛里程21.3公里的好成績(jì)。

　　5. 歐洲的柴油發(fā)動(dòng)機

　　大眾汽車(chē)的渦輪增壓引擎讓歐洲在燃料效率領(lǐng)域處于全球領(lǐng)先地位。聯(lián)合國全球經(jīng)濟燃料計劃機構表示，“歐洲至少在2015年之前都會(huì )在該領(lǐng)域處于全球領(lǐng)先位置?！弊?893年德國人魯道夫-狄塞爾發(fā)明的壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機以來(lái)，這種發(fā)動(dòng)機一直比汽油發(fā)動(dòng)機的效率要高。因為火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機在運行過(guò)程中會(huì )損失掉大約80%的能量。而柴油發(fā)動(dòng)機的這個(gè)數值僅為40%左右。但是在過(guò)去，柴油發(fā)動(dòng)機會(huì )比汽油發(fā)動(dòng)機制造更多的空氣污染。不過(guò)美洲國家與歐洲國家政府都要求工程師們制造出更加潔凈、低硫化物排放的柴油發(fā)動(dòng)機，而且汽車(chē)制造廠(chǎng)商也會(huì )增加過(guò)濾系統來(lái)減少廢氣排放。大眾汽車(chē)表示，他們研發(fā)的更省油、更為潔凈的柴油動(dòng)力科技可以通過(guò)將霧狀燃料直接注入發(fā)動(dòng)機等方式來(lái)大幅度提高能效和清潔度。歐盟國家已經(jīng)通過(guò)對汽油征收更高稅額來(lái)鼓勵人們更多使用柴油動(dòng)力汽車(chē)，導致現在柴油在歐洲比無(wú)鉛汽油的價(jià)格便宜6%。在美國，使用柴油比使用汽油的成本要高7%。不過(guò)柴油動(dòng)力汽車(chē)的高能效會(huì )讓使用柴油動(dòng)力汽車(chē)更為劃算，可是美國的汽車(chē)制造商似乎對這個(gè)技術(shù)并不太感冒。通用汽車(chē)替代能源研究中心的高管羅杰-克拉克說(shuō)，“柴油會(huì )被一直使用下去，但是如果我們一直使用柴油發(fā)動(dòng)機技術(shù)制造汽車(chē)的話(huà)，我們的市場(chǎng)份額會(huì )變得很難看?！睘榱搜兄聘碌钠?chē)，阿貢國家實(shí)驗室正在柴油發(fā)動(dòng)機中使用汽油為燃料進(jìn)行試驗，而與之做對比的則是柴油-電力混合動(dòng)力汽車(chē)。

　　6. 渦輪增壓的高效率

　　這個(gè)結構復雜的金屬部件看起來(lái)就像是在電影《摩登時(shí)代》中吞掉卓別林的奇怪機器的小號版本。實(shí)際上這個(gè)部件是通用汽車(chē)研制的“Ecotec”發(fā)動(dòng)機。這個(gè)發(fā)動(dòng)機運用在凱迪拉克ATS和雪佛蘭美宜堡車(chē)型上。奧莫托索說(shuō)，“人們對大功率引擎的需求從未間斷，但是在未來(lái)我們也許會(huì )較少碰到這樣的情況了。而且那些一定要購買(mǎi)大功率引擎的人會(huì )為之付更多的錢(qián)?！睖u輪增壓發(fā)動(dòng)機被認為是具有更加強勁動(dòng)力的引擎。這種發(fā)動(dòng)機通過(guò)將壓縮后的空氣注入汽缸中使每一次燃料爆炸都會(huì )產(chǎn)生額外的動(dòng)力。美國能源部稱(chēng)，渦輪增壓技術(shù)可以讓燃料燃燒效率增加高達7.5%。和直接燃油噴射技術(shù)搭配使用的話(huà)，甚至可以讓這個(gè)數字提高到12%。通用汽車(chē)動(dòng)力研究中心的大衛-蘭卡斯特說(shuō)，“工程師們一直追求的目標是確保讓發(fā)動(dòng)機以最高效的方式運轉。我們也許會(huì )事先確定一個(gè)目標，但是我們并不能直接達到那個(gè)數字。實(shí)現目標的過(guò)程一般都是迂回曲折的?！?/P>

7. 低滾輪阻力輪胎技術(shù)

　　低滾輪阻力輪胎在通用汽車(chē)的底特律哈姆川克組裝廠(chǎng)上替換掉了雪佛蘭原來(lái)的輪胎。每一個(gè)騎過(guò)輪胎漏氣自行車(chē)的人都清楚地知道滾輪阻力的感受。充氣不足的輪胎會(huì )有嚴重的變形從而要求騎車(chē)人用更大的力氣。同理，在汽車(chē)上，由于充氣不足而產(chǎn)生的額外摩擦力消耗額外8%的能量。降低5-7%的滾輪阻力可以讓能效提高1%。降低滾輪阻力不僅僅是簡(jiǎn)單地通過(guò)為輪胎加足氣能夠實(shí)現，先進(jìn)的材料和設計才是王道。而且這也是最快、最便捷提高能效的方式。有很多廠(chǎng)商已經(jīng)在輪胎上使用了硅填料技術(shù)，而且這個(gè)技術(shù)還有可提升的空間。到2017年，美國環(huán)境保護署和國家公路交通安全管理局(負責制定和起草汽車(chē)能效標準)希望超過(guò)85%的汽車(chē)會(huì )使用到比2008年車(chē)輛滾輪阻力降低10%的新輪胎技術(shù)。

　　8. 輕質(zhì)材料的強度

　　德國寶馬公司2010年生產(chǎn)的碳纖維汽車(chē)底盤(pán)也為汽車(chē)降低能耗開(kāi)辟了一個(gè)新路徑。寶馬公司希望建立起第一條批量生產(chǎn)基于輕質(zhì)超強碳纖維技術(shù)車(chē)輛的生產(chǎn)線(xiàn)。技術(shù)人員通過(guò)使用塑料來(lái)加大碳纖維的強度。2013年開(kāi)始生產(chǎn)的“Megacity”車(chē)型就使用了該技術(shù)。似乎沒(méi)有比減輕汽車(chē)本身的重量更好的方法來(lái)減少車(chē)輛對燃料的“胃口”了。這也就是一些輕質(zhì)高強度材料諸如碳纖維、特殊鋁合金等材料大行其道的原因。通用汽車(chē)研發(fā)部高管丹-佛洛斯說(shuō)，“其實(shí)在工業(yè)領(lǐng)域，碳纖維的應用不是新鮮事，但是碳纖維材料的產(chǎn)量卻一直不多，而且其成本長(cháng)期居高不下?！毖┓鹛m伏特車(chē)身主要材料是高強度鋼材，因為先進(jìn)的技術(shù)原因并沒(méi)有給車(chē)身增加很多重量，不過(guò)輪胎還是使用了鋁合金材料讓它看起來(lái)更奢華。降低車(chē)身10%的重量可以提高6-8%的能效。當然，最簡(jiǎn)單的方式是制造更小型的汽車(chē)。就如奧莫托索說(shuō)的一樣，“歐洲由于其高達1.8美元一升的汽油價(jià)格讓人們開(kāi)始使用小型汽車(chē)了。在美國，我們也得慢慢習慣于開(kāi)小型的汽車(chē)和卡車(chē)了，而且所用的能源也要從汽油變?yōu)椴裼突蛘唠娏α??！辈贿^(guò)，小型的汽車(chē)一般都會(huì )比最符合流體力學(xué)設計汽車(chē)的能效要低得多，特別是在高速公路上行駛的時(shí)候?！跋M者一般都只在油價(jià)高的時(shí)候才會(huì )比較關(guān)注經(jīng)濟因素，不然他們一般都會(huì )選擇購買(mǎi)他們能負擔的起的最大最舒適的汽車(chē)?！?/P>

　　9. 電力方向盤(pán)系統

　　雪佛蘭伏特扁平的腹部?jì)H僅只安裝了T形電池組。將車(chē)身其他部分的重量減少可以在整體重量不變的情況下為更多電池騰出空間。在這輛混合動(dòng)力汽車(chē)中，電池組重量大約為198千克，整車(chē)重量大約為1715千克。設計人員不僅僅降低了整個(gè)車(chē)身重量，他們還盡可能地減少寄生能量損失，寄生能量大約“吃掉”了汽車(chē)6%的能耗。動(dòng)力方向盤(pán)系統一直是這樣一種蛀蟲(chóng)，但是新車(chē)中的動(dòng)力方向盤(pán)系統卻可以有效減少能耗?？死苏f(shuō)，“電力方向盤(pán)在最初的時(shí)候看起來(lái)并不怎么樣，不過(guò)在5到6年的完善之后，通用汽車(chē)的電力方向盤(pán)系統已經(jīng)很棒了。這個(gè)系統會(huì )持續地從引擎中抽取電力來(lái)讓動(dòng)力泵維持運轉?！倍译娏Ψ较虮P(pán)系統通過(guò)從發(fā)動(dòng)機抽取能量帶動(dòng)方向盤(pán)還能讓柴油發(fā)動(dòng)機的福特嘉年華車(chē)型降低3%的能耗。

10. 新型啟動(dòng)-熄火技術(shù)

　　這個(gè)單一內燃機汽缸讓降低汽車(chē)能耗成為了可能。這種新型汽缸技術(shù)可以幫助傳統內燃機減少能量浪費。這種浪費大多數時(shí)候發(fā)生在發(fā)動(dòng)機空轉的時(shí)候，比如汽車(chē)在等待紅燈或者塞車(chē)的情況下。事實(shí)上，這種毫無(wú)意義的空轉消耗了大約3%的能量，還有在車(chē)輛靜止的時(shí)候，水泵和方向盤(pán)助力系統也會(huì )消耗大量能量。蘭卡斯特說(shuō)，“為了研究這個(gè)過(guò)程，我們希望去掉一切多余的硬件從而單純地研究單一內燃機汽缸系統。我們在努力尋找任何一點(diǎn)可以減少消耗的地方?！币环N名為“start-stop”的技術(shù)提供了一個(gè)解決方案。這是一種混合動(dòng)力汽車(chē)的標配系統，在歐洲的汽車(chē)上都有普遍的運用。這個(gè)技術(shù)會(huì )在汽車(chē)停下來(lái)的時(shí)候關(guān)掉發(fā)動(dòng)機，當加速器啟動(dòng)的時(shí)候發(fā)動(dòng)機才開(kāi)始重新運轉。勒克斯研究研究公司專(zhuān)家預測，混合動(dòng)力汽車(chē)在歐洲碳排放監管日益嚴格的政策環(huán)境下受益最大，預計到2017年，全球銷(xiāo)量會(huì )達到3900萬(wàn)輛?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)在價(jià)格略高前提下可以節省5-15%的能耗，這比純電力汽車(chē)要有吸引力得多。到2017年，北美洲的汽車(chē)中將有800萬(wàn)輛用上“start-stop”技術(shù)。而到2015年，將有40%新出產(chǎn)的車(chē)輛會(huì )用上該技術(shù)。

　　11. 再生制動(dòng)技術(shù)

　　這個(gè)灰色光滑的圓盤(pán)會(huì )積攢能量。這是一種再生制動(dòng)技術(shù)，在底特律的生產(chǎn)線(xiàn)上，這種技術(shù)已經(jīng)被用在新生產(chǎn)的車(chē)輛上。傳統汽車(chē)系統在減速與制動(dòng)的時(shí)候，有很多能量都被浪費掉了。再生制動(dòng)技術(shù)能用這些能量對電池進(jìn)行再充能，在經(jīng)常停車(chē)減速的城市中，這種技術(shù)可以有效減少能耗。因為在混合動(dòng)力汽車(chē)中，電力大部分用來(lái)啟動(dòng)汽車(chē)而不是維持汽車(chē)前進(jìn)，因此這個(gè)系統可以被特別設計區別于那些全電力動(dòng)力汽車(chē)。

　　12. 尋找電池的極限

　　通用汽車(chē)首席測試工程師阿蘭-馬丁看著(zhù)天氣測試室的大門(mén)。在這個(gè)測試室內，新車(chē)的電池系統會(huì )經(jīng)歷零下45攝氏度的考驗。這種在極端環(huán)境中進(jìn)行的耐久性測試可以幫助通用汽車(chē)的電池系統實(shí)驗室的工程師找到電池的極限，以便達到每一次充電能夠完成更多里程的目標。對于插電式混合動(dòng)力汽車(chē)來(lái)說(shuō)，單次充電使用的里程越多意味著(zhù)對汽車(chē)對內燃機的依賴(lài)越小。道奇說(shuō)，“在未來(lái)的幾年，找到電池組在環(huán)境中的極限狀態(tài)是提高汽車(chē)能效的最重要的因素。電池實(shí)驗室的兩個(gè)房間為工程師測試電池組在不同環(huán)境下能夠提供多少電量創(chuàng )造了條件。人們既不愿意看到汽車(chē)半途沒(méi)電，也不愿意帶著(zhù)備用電池到處跑。將電池的電量徹底耗光會(huì )對電池壽命有所損傷，所以我們在對其進(jìn)行測試的時(shí)候必須保證電池里還有適合的剩余電量。在兩年之后，汽車(chē)制造商們都會(huì )通過(guò)我們的試驗得知電池的工作極限數據，到時(shí)候他們只需要花點(diǎn)精力更新電池管理數據庫就行了。所以我們還是得做好一定保密工作。不過(guò)有一件事已經(jīng)確定了，那就是，目前只是我們達到單升汽油行駛里程23千米目標的一個(gè)開(kāi)端而已，后面的路還長(cháng)著(zhù)呢，說(shuō)不定哪天就會(huì )蹦出一個(gè)‘外星人科技’出來(lái)?！?/P>