通用HY-WIRE概念车探秘

　　引言

　　轿车是非常复杂的机器，但如果您深入了解，就会发现其实它完成的工作简单得让人难以置信。轿车中大多数复杂的设备都是用来转动车轮的——车轮紧贴路面，拉动车身和乘客前进。转向系统使车轮向一侧倾斜转弯，制动和加速系统则控制车轮的速度。通用汽车公司的hy-wire轿车模型轿车的功能全是基本功能——它只需要让车轮转动起来。人们不禁会感到有点奇怪，为什么几乎所有轿车的发动机罩下都塞入了同样复杂的一套设备，而且还有很重的机械和液压连杆机构。为什么轿车必须要有转向柱、制动和加速踏板、内燃机、催化转化器以及其他装置？
 
　　根据许多思想超前的汽车工程师的观点，汽车其实不需要这些装置；至少在不远的将来，它们将不需要这些装置。可能在20年后，很多人将会驾驶与现在完全不同的轿车。不只是发动机罩内的装置会不同，拥有和驾驶轿车的方式也将发生显著变化。本文中，我们将展望未来，介绍通用汽车公司一款有趣的、非凡的概念车hy-wire。通用汽车公司可能永远不会真正向公众出售hy-wire，但它至少为不远将来轿车的演变样式作了一个大胆的设想。

　　hy-wire基本知识
 
　　目前轿车设计主要有两大基本要素：内燃机和机械与液压连杆。如果您曾经观察过轿车发动机罩下的装置，那您就会知道内燃机需要很多附加装置才能正常运行。因此，不管设计师要对轿车进行哪些其他设计，总要为内燃机留出空间。

　　最初的autonomy概念车 autonomy的可驾驶更新hy-wire对于机械和液压连杆来说，情况同样如此。此系统的基本理念是，驾驶员直接地或多或少操纵轿车内的各种传动装置（方向盘、制动器等），方法是操纵通过轴、齿轮和液压装置连接到这些传动装置的驾驶控制装置。例如，在齿条和小齿轮转向系统中，转动方向盘，会转动连接到小齿轮的轴，小齿轮又使连接到轿车前轮的齿条运动。除了限制轿车的构建方式外，连杆概念还限制了我们的驾驶方式：方向盘、踏板和换挡系统都是围绕连杆理念来设计的。hy-wire（以及它的前任概念车autonomy）的显著特征是，它既没有发动机，也没有连杆。

　　代替发动机的是一个燃料电池-堆，它为连接到车轮的电动机提供动力。代替机械和液压连杆的是线控驱动系统，这是一个计算机，实际由它来操控车轮和制动器等装置，其输入信号来自一个电子控制器。现代战斗机和很多商用飞机中采用的也是这种控制系统。 hy-wire与传统轿车一样有车轮、座位和车窗，但它们间的相似性也仅限于此。前者机罩下没有发动机，车内既没有方向盘，也没有踏板。这两种替换的结果是，我们看到一种完全不同的轿车，同时获得完全不同的驾驶体验。没有方向盘，没有踏板，没有发动机室。实际上，真正推动轿车沿着路面运动的所有装置都容纳在一个28厘米的位于轿车底部的铝制底盘（也称为滑板）中。底盘以上的所有装置的设计目的只有一个，那就是驾驶员操作的方便和乘客的舒适。

　　这意味着，驾驶员和乘客无需坐在一大堆机械装置后面。此外，hy-wire有一大块前挡风玻璃，这让每个人对路面都有清晰的视野。纤维玻璃和钢制乘客舱地板完全是平的，这很容易就为每个座位留出大量放置双腿的空间。将车辆的大量装置都集中在车辆底部也增强了安全性，因为它使轿车发生倾倒的可能性大大降低。但这种设计最酷的地方是，它允许您完全将乘客舱去掉，换成不同的舱。如果想要从大篷车变成运动型轿车，无需买一辆新车，只要一个新的车身即可—车身要便宜得多。 autonomy车身附件概念示例如果还需要大篷车，很容易就可以换回去。这种换车身的后勤服务方式尚不明晰—如果这个理念受欢迎，可能会设立专门的换车身服务站，您可以在那里换上各种不同的车身。当然自助方式也行，那么驾驶员可以在车库里自己换车身。

　　命名游戏
 
　　通用汽车公司最初将线控驱动燃料电池轿车的工作概念命名为autonomy，以突出计算机控制以及可换车身的灵活性。当进入为实际可驱动版本命名的阶段后，设计团队召集了一组从6岁到15岁的少年，向他们征集有趣的名字。这群小孩一边吃着糖果，一边讨论，想出了数百个名字，包括wildcard、moonshot、jetson和volt。通用汽车公司最终采用了14岁的aleksei dachyshyn的建议hy-wire，因为这个名字很好地概括了车的核心理念：氢燃料电池和线控驱动。动力hy-wire中的“hy”代表“氢”，也就是燃料电池系统的标准燃料。与电池一样，燃料电池具有带正负电的两端，驱使电荷流过与两端连接的回路。

　　与电池的另一个相似点是，它们也是通过化学反应产生电量的。但与电池不同，您可以通过补充化学燃料持续地为燃料电池充电——本例中，是从车载存储罐中补充氢，从大气中补充氧。其基本理念是，使用催化剂将氢分子（h2）分解成两个h质子（h，带正电的单个氢原子）和两个电子（e-）。燃料电池阴极（带负电）上的氧通过一个质子交换膜，将阳极的h离子吸收过来，但阻止电子流。电子（带负电）被吸收到位于膜另一侧的质子（带正电）处，但电子必须通过电路，才能到达。运动的电子形成了电流，驱动回路上的各个负载（例如电动机和计算机系统）。

　　在燃料电池的阴极，氢、氧和自由电子化合，形成水（h2o），它是系统的唯一排放物。在氢燃料电池中，催化剂将阳极的氢分子分解成质子和电子。质子经过交换膜，朝阴极的氧运动，电子在阳极和阴极之间的电线运动。在阴极，氢和氧化合生成水。许多燃料电池串联，通过电路提供足够的电量。一个燃料电池只能产出少量的动力，因此您需要将许多燃料电池组合成一个堆，产生够用的动力。hy-wire中的燃料电池堆由200个独立的燃料电池串联而成，它们加在一起，可以提供94千瓦的持续功率和129千瓦的峰值功率。通过传统的散热器系统，冷却紧凑的燃料电池堆（大约与pc塔一般大小），该散热器系统由燃料电池本身提供动力。 

　　hy-wire中的储氢罐和燃料电池堆
 
　　此系统可提供从125到200伏的直流电压，具体取决于回路中的负载。电动机控制器将该电压升压至250到380伏，并转换成交流电，驱动三相电动机，使车轮转动（类似于传统电动轿车中所用的系统）。电动机的任务是为前轮轴提供扭矩，使两个前轮转动。控制单元通过增加或减小施加到电动机的电流，来改变车速。当控制器将燃料电池堆的最大功率施加到电动机时，电动机的转子以12,000转/分的转速旋转，产生215.4牛米的扭矩。

　　一个传动比为8.67:1的单级行星齿轮将该扭矩提高到最大1867.5牛米，施加给每个车轮。此扭矩足够使1,905千克的轿车以161公里/小时的速度在水平路面行驶。较小的电动机操纵方向盘，让轿车转向，电控制动卡钳让车制动。 hy-wire的另一面驱动此系统所需的气态氢燃料存储在三个圆柱罐中，总重大约75千克。

　　圆柱罐由特殊的碳合成材料制成，具有容纳高压氢气所需的高结构强度。当前模型中的圆柱罐可容纳大约2千克氢，压力大约为350兆帕。在将来的模型中，hy-wire工程师希望将压力阈值提高到70兆帕，这可以提高轿车的燃料容量，从而延长行驶距离。最终，通用汽车公司希望缩小燃料电池堆、电动机和储氢罐，以便将底盘厚度从28厘米减小到15厘米。这个更紧凑的“滑板”会让车身设计更有灵活性。

 

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