Cum funcționează GM-urile Hy-wire

GM model sedan Hy-wire. Vedeți mai multe poze cu vehiculul cu combustibil alternativ. Foto cu amabilitate General Motors

Mașinile sunt mașini extrem de complicate, dar când coborâți la ea, fac o treabă incredibil de simplă. Cea mai mare parte a lucrurilor complexe dintr-o mașină este dedicată rotilor de rotire, care prind drum spre Trage caroseria mașinii și pasagerii de-a lungul. Sistemul de direcție înclină roțile una în alta pentru a întoarce mașina, iar sistemele de frânare și accelerație controlează viteza roților.

Având în vedere că funcția generală a unei mașini este atât de de bază (trebuie doar să ofere mișcare rotativă roților), pare puțin ciudat faptul că aproape toate mașinile au aceeași colecție de dispozitive complexe înghesuite sub capotă și aceeași masă generală mecanică. și legături hidraulice care circulă pe tot parcursul. De ce automobilele au neapărat nevoie de o coloană de direcție, pedale de frână și accelerație, un motor de ardere, un convertor catalitic și restul acestuia?

Potrivit mai multor ingineri auto de top, nu o fac; și mai mult până la punct, în viitorul apropiat, ei nu va. Cel mai probabil, mulți dintre noi vom conduce mașini radical diferite în decurs de 20 de ani. Și diferența nu va fi doar sub capotă - deținerea și conducerea mașinilor se va schimba semnificativ, de asemenea.

În acest articol, vom analiza o viziune interesantă asupra viitorului, conceptul remarcabil al General Motor Hy-wire. GM ar putea să nu vândă niciodată Hy-wire publicului, dar este cu siguranță o bună ilustrare a diferitelor moduri în care mașinile pot evolua în viitorul apropiat..

cuprins

1. Noțiuni de bază pentru hârtie
2. Puterea de hidrogen a lui Hy-Wire
3. Controlul computerului Hy-Wire

Conceptul original de AUTOnomy Mașina actualizată a AUTOnomiei, Hy-sâmbătă Foto cu amabilitatea General Motors Curtoazie foto General Motors Conceptul original de AUTOnomy Mașina actualizată a AUTOnomiei, Hy-sâmbătă Foto cu amabilitatea General Motors Curtoazie foto General Motors

Două elemente de bază dictează în mare parte designul auto astăzi: motor cu combustie interna și legături mecanice și hidraulice.

Dacă te-ai uitat vreodată sub capota unei mașini, știi că un motor cu ardere internă necesită o mulțime de echipamente suplimentare pentru a funcționa corect. Indiferent ce fac altceva cu o mașină, designerii trebuie să facă întotdeauna loc acestui echipament.

Același lucru este valabil și pentru legăturile mecanice și hidraulice. Ideea de bază a acestui sistem este că șoferul manevrează mai mult sau mai puțin direct diversele actuatoare din mașină (roțile, frânele etc.), prin manipularea comenzilor de conducere conectate la acei actuatori prin arbori, angrenaje și hidraulică. Într-un sistem de direcție cu cremalieră și cu pinioane, de exemplu, rotirea volanului se rotește un arbore conectat la o roată cu pinioane, care mișcă o roată de creștere conectată la roțile din față ale mașinii. Pe lângă faptul că restricționează modul în care este construită mașina, conceptul de legătură dictează și modul în care ne deplasăm: volanul, pedala și sistemul de schimbare a vitezei au fost toate concepute în jurul ideii de legătură.

Hy-wire are roți, scaune și ferestre ca o mașină convențională, dar asemănarea se termină destul de mult acolo. Nu există motor sub capotă și niciun volan sau pedale în interior. Foto cu amabilitate General Motors

Caracteristica definitorie a Hy-firului (și a predecesorului său conceptual, AUTOnomia) este că nu are niciunul dintre aceste două lucruri. În loc de un motor, are o pila de pile de combustibil, care alimentează un motor electric conectat la roți. În loc de legături mecanice și hidraulice, acesta are o conduce cu sârmă sistem - un computer operează de fapt componentele care mișcă roțile, activează frânele și așa mai departe, pe baza intrării de la un controler electronic. Acesta este același sistem de control folosit în avioane de vânătoare moderne, precum și în multe avioane comerciale.

Acest conținut nu este compatibil pe acest dispozitiv.

Foto cu amabilitate General Motors

Ilustrație a conceptului de atașare corporală a AUTOnomiei

Rezultatul acestor două înlocuiri este un tip de mașină foarte diferit - și o experiență de conducere foarte diferită. Nu există volan, nu există pedale și nu există compartiment pentru motor. De fapt, fiecare echipament care mișcă efectiv mașina de-a lungul drumului este găzduit într-un șasiu din aluminiu cu o grosime de 28 de centimetri (28 cm) - cunoscut și sub denumirea de skateboard -- la baza mașinii. Totul deasupra șasiului este dedicat exclusiv controlului șoferului și confortului pasagerilor.

Aceasta înseamnă că șoferul și pasagerii nu trebuie să stea în spatele unei masini de mașini. În schimb, Hy-wire are un parbriz frontal imens, care oferă tuturor o vedere clară asupra drumului. Pardoseala habitaclului din fibră de sticlă și oțel poate fi complet plată și este ușor să oferiți tuturor locurilor o cameră pentru picioare. Concentrarea cea mai mare parte a vehiculului în secțiunea de jos a mașinii îmbunătățește, de asemenea, siguranța, deoarece face mașina mult mai puțin predispusă.

Cel mai tare lucru despre acest design este că vă permite să scoateți întregul habitaclu și să îl înlocuiți cu unul diferit. Dacă doriți să treceți de la o autoutilitară la o mașină sport, nu aveți nevoie de o mașină complet nouă; ai nevoie doar de un corp nou (care este mult mai ieftin).

Puteți întoarce întotdeauna când aveți nevoie din nou de dubă. Logistica comutării nu este încă neclară - dacă ideea va continua, s-ar putea să existe stații de comutare speciale în care să vă păstrați diferitele caroserii auto sau ar putea exista o cale prin care șoferii să poată schimba singuri caroseria în garaj..

Urmeaza

GM inițial și-a poreclit conceptul de lucru pentru o mașină cu celule de combustibil cu acțiune Autonomie, pentru a evidenția flexibilitatea controlului computerului și a caroseriei comutabile. Când a venit vremea să numească versiunea efectivă drivable, echipa de proiectare a recrutat un grup de copii, cu vârste cuprinse între șase și 15 ani, pentru a veni cu posibilități interesante. Sesiunile de brainstorming alimentate cu bomboane au dat sute de nume, inclusiv wildcard, moonshot, Jetson și Volt. GM a mers în cele din urmă cu sugestia lui Aleksei Dachyshyn, în vârstă de 14 ani, Hy-wire, pentru că a rezumat frumos conceptele de hidrogen-celulă de combustibil și drive-by-wire la baza vehiculului..

Rezervoarele de hidrogen și stiva de celule de combustibil din Hy-wire Photo amabilitate General Motors

Într-o celulă de combustibil cu hidrogen, un catalizator rupe moleculele de hidrogen din anod în protoni și electroni. Protonii se deplasează prin membrana de schimb, spre oxigenul de pe partea catodului, iar electronii își fac drum printr-un fir între anod și catod. Pe partea catodului, hidrogenul și oxigenul se combină pentru a forma apă. Multe celule sunt conectate în serie pentru a muta o încărcare substanțială printr-un circuit.

„Hy” din Hy-wire înseamnă hidrogen, combustibilul standard pentru un sistem de celule cu combustibil. La fel ca bateriile, celulele cu combustibil au un terminal încărcat negativ și un terminal încărcat pozitiv care propulsează încărcarea electrică printr-un circuit conectat la fiecare capăt. De asemenea, sunt similare cu bateriile prin faptul că generează energie electrică de la a reactie chimica. Dar spre deosebire de o baterie, puteți reîncărca continuu o celulă de combustibil adăugând combustibil chimic - în acest caz, hidrogen dintr-un rezervor de depozitare la bord și oxigen din atmosferă.

Acest conținut nu este compatibil pe acest dispozitiv.

Ideea de bază este să folosiți un catalizator pentru a împărți o moleculă de hidrogen (H2) în doi protoni H (H +, atomi de hidrogen singuri încărcați pozitiv) și doi electroni (e-). Oxigen pe catod Partea (încărcată pozitiv) a pilei de combustie atrage ioni H + din partea anodului prin a membrana de schimb de protoni, ci blochează fluxul de electroni. Electronii (care au o sarcină negativă) sunt atrași de protoni (care au o sarcină pozitivă) pe partea cealaltă a membranei, dar trebuie să se deplaseze prin circuitul electric pentru a ajunge acolo. Electronii în mișcare alcătuiesc curentul electric care alimentează diversele sarcini din circuit, cum ar fi motoarele și sistemul informatic. Pe partea catodică a celulei, hidrogenul, oxigenul și electronii liberi se combină pentru a forma apă (H2O), singurul produs de emisie al sistemului. (Vezi cum funcționează celulele de combustibil pentru mai multe informații.)

O celulă de combustibil nu face decât să alimenteze un pic de energie, deci trebuie să combinați multe celule într-o stivă pentru a obține o mare utilizare din proces. Stiva de celule de combustibil din Hy-wire este alcătuită din 200 de celule individuale conectate serie, care asigură colectiv 94 de kilowati de putere continuă și 129 kilowati la puterea de vârf. Stiva de celule compacte (este aproximativ dimensiunea unui turn de PC) este păstrată la rece de un sistem de radiatoare convențional, alimentat de celulele de combustibil în sine.

O altă viziune a Hy-wire Photo amabilitate General Motors

Acest sistem oferă o tensiune continuă cuprinsă între 125 și 200 de volți, în funcție de sarcina din circuit. Controlerul motorului crește acest lucru până la 250 - 380 volți și îl transformă în curent alternativ pentru a conduce dispozitivul motor electric trifazat care roteste rotile (acesta este similar cu sistemul folosit in masinile electrice conventionale).

Sarcina motorului electric este de a aplica cuplul pe osia roții din față pentru a roti cele două roți din față. Unitatea de control variază viteza mașinii prin creșterea sau scăderea puterii aplicate motorului. Atunci când regulatorul aplică puterea maximă de la stiva celulelor de combustibil, rotorul motorului se învârte la 12.000 de rotații pe minut, oferind un cuplu de 159 de lire-metri. Un angrenaj planetar cu o singură etapă, cu un raport de 8,67: 1, mărește cuplul pentru a aplica un maxim de 1.375 de kilograme pe fiecare roată. Acesta este un cuplu suficient pentru a muta mașina de 4.200 de kilograme (1.905 kg) 100 mile pe oră (161 km / h) pe un drum plan. Motoare electrice mai mici manevrează roțile pentru a conduce mașina și sunt comandate electric etrier aduce mașina la oprire.

Combustibilul de hidrogen gazos necesar alimentării acestui sistem este depozitat în trei rezervoare cilindrice, cu o greutate de aproximativ 165 de kilograme (75 kilograme). Rezervoarele sunt realizate dintr-o specială material compozit de carbon cu rezistența structurală ridicată necesară pentru a conține gaz de hidrogen de înaltă presiune. Rezervoarele din modelul actual conțin aproximativ 4,5 kilograme (2 kg) de hidrogen la aproximativ 5.000 de kilograme pe inch (350 bar). În modelele viitoare, inginerii Hy-wire speră să crească pragul de presiune la 10.000 de lire sterline pe 700 cm, ceea ce ar spori capacitatea de combustibil a mașinii pentru a extinde domeniul de conducere.

În cele din urmă, GM speră să obțină stiva de celule de combustibil, motoare și rezervoare de stocare a hidrogenului suficient de mici încât să poată reduce grosimea șasiului de la 11 cm la 6 inci (15 cm). Acest „skateboard” mai compact ar permite o flexibilitate și mai mare în designul caroseriei.

Numere Hy-wire

• Viteza maximă: 100 mile pe oră (161 km / h)
• Greutate: 1.818 kg
• Lungimea șasiului: 14 metri, 3 inci (4,3 metri)
• Lățimea șasiului: 1,67 metri 5 metri și 5,7 inci
• Grosime șasiu: 11 cm (28 cm)
• Roți: roți din aliaj cu opt raze, din aliaj ușor.
• Anvelope: 20 inci (51 cm) în față și 22 inci (56 cm) în spate
• Puterea cu celule de combustibil: 94 kilowati continuu, 129 kilowati vârf
• Tensiunea stivei de celule de combustibil: 125 - 200 volți
• Motor: motor electric asincron trifazat de 250 până la 380 volți
• Protecție împotriva accidentelor: „zone zdrobitoare” din față și din spate (sau „cutii de prăbușire”) pentru a absorbi energia de impact
• Brevetele GM aferente în derulare: 30
• Membrii echipei GM implicate în proiectare: 500+

Diagrama GM a designului AUTOnomiei curtoazie General Motors

„Creierul” Hy-wire este un computer central găzduit în mijlocul șasiului. Acesta trimite semnale electronice către unitatea de control a motorului pentru a varia viteza, mecanismul de direcție pentru a manevra mașina și sistemul de frânare pentru a încetini mașina.

La nivel de șasiu, computerul controlează toate aspectele legate de conducere și de utilizare a puterii. Dar își ia comenzile de la o putere mai mare - și anume, șoferul din caroseria mașinii. Calculatorul se conectează la electronica corpului printr-un singur port universal de andocare. Acest port central funcționează în același mod de bază ca un port USB pe un computer personal: Acesta transmite un flux constant de semnale electronice de comandă de la controlorul auto către computerul central, precum și semnale de feedback de la computer la controler. În plus, furnizează energia electrică necesară pentru exploatarea tuturor echipamentelor electronice de bord ale corpului. Zece legături fizice blocați corpul la structura șasiului.

Unitatea X a firului Hy-Drive X-drive-ul poate aluneca în oricare parte a vehiculului. Foto curtoazie General Motors Fotografie curtoazie General Motors Unitatea X a firului Hy-Drive X-drive-ul poate aluneca în oricare parte a vehiculului. Foto curtoazie General Motors Fotografie curtoazie General Motors

Unitatea de control a șoferului, poreclită X-drive, este mult mai aproape de a joc video controlor decât un volan convențional și dispunerea pedalei. Regulatorul are două mânere ergonomice, poziționate la stânga și la dreapta unui mic monitor LCD. Pentru a conduce mașina, glisați mânerele în sus și în jos ușor - nu trebuie să continuați să rotiți o roată pentru a întoarce, trebuie doar să țineți prinderea în poziția de viraj. Pentru a accelera, întoarceți orice prindere, în același mod în care ați roti acceleratia pe o motocicletă; iar pentru a frâne, strângeți fie strângerea.

Senzorii de mișcare electronici, similari cu cei din joystick-urile de înaltă performanță, traduc această mișcare într-un semnal digital pe care computerul central îl poate recunoaște. Butoanele de pe controler vă permit să comutați ușor de la neutru la unitatea de mers înapoi și un buton de pornire pornește mașina. Întrucât absolut totul este controlat manual, puteți face tot ce doriți cu picioarele (imaginați-le să le lipiți într-un masaj în timpul conducerii către și de la serviciu în fiecare zi).

Monitorul color 5.8 inci (14.7 cm) din centrul controlerului afișează toate elementele pe care le găsești în mod normal pe tabloul de bord (viteză, kilometraj, nivel de combustibil). Vă oferă, de asemenea, imagini retrovizoare de pe camerele video din lateralele și spatele mașinii, în locul oglinzilor convenționale. Un al doilea monitor, pe o consolă de lângă driver, vă arată informații stereo, de climatizare și de navigație.

Deoarece nu conduce direct nicio parte a mașinii, unitatea X ar putea merge cu adevărat oriunde în habitaclu. În modelul actual sedan Hy-wire, unitatea X se învârte în oricare dintre cele două locuri din față, astfel încât să puteți comuta șoferii fără să vă ridicați. De asemenea, este ușor să reglați X-drive-ul în sus sau în jos pentru a îmbunătăți confortul șoferului sau a-l muta din drum complet atunci când nu conduci.

Conceptul GM al AUTOnomiei cu și fără un corp atașat Fotografie amabilitate General Motors Curtoazie foto General Motors Conceptul GM al AUTOnomiei cu și fără un corp atașat Fotografie amabilitate General Motors Curtoazie foto General Motors

Unul dintre cele mai tari lucruri despre sistemul drive-by-wire este acela că puteți regla perfect manevrarea vehiculului fără a schimba nimic în componentele mecanice ale mașinii - tot ce trebuie pentru a regla sensibilitatea la direcție, accelerație sau frână este un software nou. În viitoarele vehicule conduse cu fir, cel mai probabil veți putea configura controalele exact după bunul plac, apăsând câteva butoane, la fel cum ați putea regla poziția scaunului într-o mașină astăzi. De asemenea, în acest tip de sistem ar putea fi stocate preferințe de control distincte pentru fiecare șofer din familie.

Cea mai mare preocupare în ceea ce privește vehiculele conduse cu fir este Siguranță. Deoarece nu există nicio legătură fizică între șofer și elementele mecanice ale mașinii, o defecțiune electrică ar însemna pierderea totală a controlului. Pentru a face acest tip de sistem viabil în lumea reală, mașinile drive-by-wire vor avea nevoie de surse de alimentare și de legături electronice redundante. Cu măsuri de siguranță adecvate de genul acesta, nu există niciun motiv pentru care mașinile cu tracțiune să fie mai periculoase decât mașinile convenționale. De fapt, mulți designeri cred că vor fi mult mai siguri, deoarece computerul central va putea monitoriza intrarea șoferului. O altă problemă este adăugarea unei protecții adecvate împotriva accidentelor la mașină.

Celălalt obstacol principal pentru acest tip de mașină este să ne dăm seama metode eficiente din punct de vedere energetic pentru producerea, transportul și depozitarea hidrogenului pentru stivele cu celule de combustibil. Având în vedere starea tehnologiei actuale, producerea de combustibil a hidrogenului poate genera aproximativ poluare ca utilizarea motoarelor pe benzină, iar sistemele de stocare și distribuție mai au un drum lung de parcurs (consultați cum funcționează economia hidrogenului pentru mai multe informații).

Deci vom avea vreodată șansa de a cumpăra un Hy-wire? General Motors spune că intenționează pe deplin să elibereze o versiune de producție a mașinii în 2010, presupunând că poate rezolva problemele majore de combustibil și siguranță. Dar chiar dacă echipa Hy-wire nu îndeplinește acest obiectiv, GM și alți producători de automobile intenționează cu siguranță să se deplaseze dincolo de mașina convențională cândva în curând, spre o alternativă computerizată, ecologică. După toate probabilitățile, viața pe autostradă va vedea unele schimbări majore în următoarele câteva decenii.

Pentru mai multe informații despre Hy-wire și alte tehnologii auto emergente, consultați linkurile de pe pagina următoare.

Articole similare

• Colțul Quizului: Testul cu celule de combustibil
• Cum funcționează celulele de combustibil
• Cum funcționează mașinile electrice
• Cum funcționează economia de hidrogen
• Cum funcționează mașinile hibride
• Cum funcționează Toyota MTRC
• Cum funcționează calculatoarele auto
• Cum funcționează procesoarele de combustibil
• Cum vor funcționa mașinile cu motor
• Cum funcționează F-15s
• Cum funcționează joystick-urile
• Cum funcționează Segways
• Care sunt toate modalitățile de stocare a energiei pe lângă utilizarea bateriilor reîncărcabile?

Mai multe legături grozave

• TechTV: lovirea unui drum pe Hy-Wire
• TechTV: Croazieră în secolul XXI cu Hy-Wire
• CNN.com: Hy-wire conceput pentru rol verde
• PopularMechanics.com: Alimentarea viitorului
• PopularMechanics.com: Hy-Wire Act
• Directorul vehiculelor cu combustibil alternativ
• Grupul de vehicule cu combustibil alternativ
• FuelEconomy.gov