ACC等高空革新技術“落入凡間”
http://www.moduwu.com 2011-02-16 10:24 來源：《科技日報》
現在，航空航天領域許多“高高在上”的革新技術已化身“落入凡間的精靈”，飛進我們的汽車中，最典型的例子是汽車剎車防抱死系統（ABS）和全球定位導航系統（GPS）。另外，因為航天航空領域技術的不斷進步，與航空航天領域內能源生產、導航和安全方面相關的其他幾項方興未艾的技術也即將應用于汽車中。
美國趣味科學網站近日對應用于汽車中的太空技術進行了盤點。
熱電發電機
顧名思義，熱電發電機能將熱能轉化為電。自從上世紀60年代開始，這項技術就已經為太空探索提供了源源不斷的動力，不過，“喂飽”熱電發電機的熱能并不來自于化石燃料的燃燒而來自于放射性元素的衰變。
據英國媒體報道，早在2009年，德國寶馬汽車公司就希望借助美國航空航天局（NASA）的技術，改進其車輛的燃料利用率，并減少溫室氣體排放。寶馬負責車輛集成的主管漢斯·里森博格表示，寶馬在加州帕洛阿爾托高科技實驗室的工程師正試圖在其汽車上采用NASA用來驅動太空探測器的熱電系統。
NASA探測器利用“放射性同位素熱電發電機”(RTG)將钚自然衰變產生的熱能轉為電。寶馬希望利用該技術，將引擎燃燒過程中釋放出的熱能回收。
汽車要對這些熱能進行回收再利用，需要用無危險的材料替代钚，這種材料必須能導電且能抗熱，這絕非易事，因為大多數金屬在導電后會變熱。寶馬鎖定了一種名為碲化鉍的半導體材料，用來連接汽車的引擎冷卻系統與尾氣管線，促成熱電循環。
里森博格稱，像530i型號這樣的全尺寸寶馬車，如果裝上熱電發電機，油耗就可減少13%，換句話說，100公里可以節省1升汽油。
美國通用公司等汽車制造商也不甘落后，也正在考慮重新回收并利用汽車廢棄的熱能，他們的解決方案是將熱電發電機作為汽車排氣系統的一部分，希望借此將汽車消耗的所有能量削減5%到10%。
有些公司已經研發出了捕熱設備的模型，并對其進行了測試，這些設備可能在今后10年內“遍地開花”。
燃料電池——從氣體而不是汽油中獲取清潔能源
另一個可能很快在汽車領域找到用武之地的太空技術是為阿波羅宇宙飛船的分離艙提供動力的氫燃料電池，氫燃料電池讓氫氣和氧氣混合在一起產生有用的電、熱能和水。
依靠氫氣和空氣中氧氣運行的燃料電池來驅動，汽車排放出來的將只有水蒸氣。然而，氫燃料電池在研制成本和耐久性方面依然面臨著嚴峻的挑戰，更別說加氫站少得可憐。
不過，在公共汽車上使用燃料電池比較靠譜。2010年1月份，美國聯合技術動力公司宣布，該公司研發出的新一代混合動力公交車專用型發電機已在真實環境中連續運轉超過5000小時，并且在這一過程中沒有更換蓄電池組。目前，裝有這種蓄電池的公交車已在美國加州的奧克蘭運行。
聯合技術動力公司是阿波羅11號宇宙飛船所用燃料電池的唯一供貨商。該公司運輸副總裁肯·斯圖爾特表示，蓄電池的耐久性很重要。業內普遍認為，這是限制燃料電池車輛在全球范圍內商業化的主要障礙，聯合技術動力公司已經大幅度提高了燃料電池的耐久性。今年年底會有12輛裝有燃料電池的公交車行駛在加州的大街小巷。
該公司表示，燃料電池公交車能顯著降低溫室氣體排放量。如果氫來自天然氣，可以少排放34%；如果氫來自太陽能和風能，就能減少排放43%。聯合技術動力公司從1998年就開始為運輸車提供燃料電池，其燃料電池產品遍及美國、西班牙、意大利、比利時等國。
該公司受到聯邦資金資助的新一代質子交換膜（PEM）燃料電池也已經累計為公交車提供了超過35萬英里的商業服務。該公司運輸部門經理丹納·卡琳斯基表示：“燃料電池汽車研制領域面臨的只是時間和投入等可以解決的問題。隨著成本的降低和技術的改進，配備了PEM技術的客車也將在10年內‘飛入尋常百姓家’”。
更可靠的鋰離子電池
另外一個在汽車領域應用廣泛的技術——鋰離子電池也從航空航天技術中獲益良多。
鋰離子電池的出現使純電動汽車（EVs）比如日產公司的LEAF（聆風）成為可能。2009年，日產汽車公司首次公開展示了全球第一款經濟型零排放汽車LEAF。LEAF是一款中等大小的5座掀背兩廂純電動汽車，配備了先進的由鋰離子電池驅動的車輛底盤，其巡航里程達到160公里以上，可以充分滿足消費者在實際生活中的駕駛需求。
然而，美國國家可再生能源實驗室能源存儲小組組長艾哈邁德·裴沙連表示：“所有鋰離子電池存在的一個問題是，電池內部的缺陷可能導致電池內發生短路”。
裴沙連和NASA的同事正在攜手研制一種更可靠地鋰離子電池，為在太空行走的宇航員提供電力，EVs可能也因此受益，獲得更加安全的鋰離子電池。
裴沙連表示，電池失效的幾率微乎其微，EVs中還沒有出現類似的情況，但目前上路的純電動汽車非常少，隨著路上奔跑的純電動汽車越來越多，電池出現事故的例子未來可能會更多。
讓你安全無恙地到達
其他意義非凡的應用于汽車領域的航空航天技術集中在導航和乘員安全領域。
所謂的電子線控系統已大大地取代了汽車和駕駛員直接的機械連接。油門控制改成電子線控之后，當駕駛員踩下油門踏板時，他就傳送了一個油門踩踏深淺與快慢的訊號，引擎監理系統會接收和解讀這個訊號，然后再發出控制指令要求節流閥依指令快速或緩和開啟它應當張開的角度。電子線控的好處，除了精準與快速之外，還有不會有機械磨耗的問題。除此之外，有了電子線控之后，汽車上許多現有的配備皆可簡化，重量可以減輕，對汽車設計和油耗都會有正面的功效。
自適應巡航控制系統（ACC）和預碰撞安全系統以及車道分離警告系統也源于宇宙飛船（或飛機）中飛行員借用電腦控制飛行的技術。早在上世紀50年代，工程師們就開始使用計算機來控制宇航員的飛行，現在，這些技術也廣泛地應用于汽車領域。
ACC是一種智能化自動控制系統，它是在早已存在的巡航控制技術的基礎上發展而來的。在車輛行駛過程中，安裝在車輛前部的車距傳感器（雷達）持續掃描車輛前方道路，同時輪速傳感器采集車速信號。當與前車之間的距離過小時，ACC控制單元可以通過與制動防抱死系統、發動機控制系統協調動作，使車輪適當制動，并使發動機的輸出功率下降，以使車輛與前方車輛始終保持安全距離。自適應巡航控制系統在控制車輛制動時，通常會將制動減速度限制在不影響舒適的程度，當需要更大的減速時，ACC控制單元會發出聲光信號通知駕駛員主動采取制動操作。當與前車之間的距離增加到安全距離時，ACC控制單元控制車輛按照設定的車速行駛。
在現代汽車上，還有很多其他避免碰撞的系統，比如車道分離警告系統和盲區傳感器等。這些技術預示著一個更加安全和精準的駕駛時代的到來，在這個時代，駕駛員可有可無。
自動駕駛汽車
從總體上來說，隨著技術的進步，駕駛汽車變得日益簡單方便。但是，無人駕駛汽車的出現可能還需要若干年，屆時，我們只需向汽車發布命令，然后就可以安然地坐在駕駛座上享受旅程的樂趣了。
不過，就這一點而言，美國聯邦航空管理局監管規定，在接近或在地面上，飛機不能只依靠自動駕駛儀來飛行。美國汽車研究理事會信息系統物理行動小組的研究人員、福特汽車公司嵌入式系統方面的技術專家比爾·米蘭表示：“我們曾經見過飛機自動在機場航行的畫面嗎？”
我們現在正在協調道路障礙和駕駛方便之間的關系，盡管當我們做出決定時，我們從計算和傳感器上獲得的信息非常驚人，但米蘭表示：“在路上，沒有許多時間來讓汽車做出反應，因此，駕駛員的作用非同小可。”
然而，無人駕駛汽車是科學家研究的重要目標，谷歌公司是這方面的先驅，去年10月份，谷歌在其官方博客中宣布，該公司正在研發一種全新的無人駕駛汽車，可防止交通事故并減少碳排放。據稱，谷歌共制造了7輛“無人駕駛汽車”前往加利福尼亞州各地的公路上進行實測。不過，谷歌表示，有意購買“無人駕駛汽車”的人恐怕還要等上至少8年時間。現在，該公司已經研發出了幾個有人監護的實驗性無人駕駛汽車。
當然，某一天，更接近自動駕駛儀模式的汽車將利用全球定位系統（GPS）這個導航。這套內置于汽車的導航控制臺現在非常流行，主要用于汽車與汽車之間的通信和協調系統，確保汽車的行駛更加安全快捷。不過現在，GPS系統的精確度并不足以讓汽車自動運行，但隨著越來越多來自于航空航天領域和諸如自動駕駛儀等技術的問世，未來，我們能讓自己的雙手離開方向盤，讓我們的眼睛更好地欣賞沿途的風景。
英國消費電子想象技術公司副總裁托尼·金·史密斯表示，GPS這項技術的出現將“讓汽車能始終如一地精準工作”，這意味著人們在改進汽車的技術和安全性方面還能做得更多。（劉霞）
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