「X挑戰賽」揭示未來汽車面貌
一群工程系的學生即將進入「X挑戰賽」(Challenge X：Crossover to Sustainable Mobility)的最終階段。這項為期三年的競賽主要目標提提升混合引擎動力車的效能，消除有害物排放並降低成本。
這項競賽預計2006年中結束，美國黑堡的維吉尼亞理工學院(Virginia Tech)憑藉其分階並聯式(split parallel)混合動力設計佔據領先地位。威斯康辛大學(麥迪遜)以全新混合動力技術(through-the-road)的並聯式混合動力(parallel hybrid)汽車位居第二。第三名為密西西比州立大學的through-the-road並聯式混合動力車。
競賽的最終目標是提升消費者對混合動力車的接受度。「現在，已經有兩種人會購買混合動力車。工程師們購買混合動力車的原因是他們對這種科技著迷，而環保人士購買的理由是他們認為此舉可節省化石燃料。但對多數消費者來說，除非價格下降，否則他們不會購買混合動力車，」參與X挑戰賽的威斯康辛大學團隊總監Glenn Bower說。「我們所做的改良將為消費者提供更多節能優勢，因為它將僅花費約4,000~5,000美元的貼水，在一輛汽車約5~6年的生命週期中，大約可節省1,000~1,500美元的汽油費。」
這17個團隊是由第一年(2005)參賽的60隊中脫穎而出，今年他們將針對汽車做出改良；明年則將進一步完善其設計。X挑戰賽是由美國能源部(U.S. Department of Energy)、通用汽車(General Motors)、飛思卡爾半導體(Freescale)、美商國家儀器(National Instruments，NI)等單位及公司贊助。
「我們正進入這個為期三年競賽的第二年，」Bower說，「你所有的主要零件──如引擎、馬達與電池──都已經無法改變了。因此，最後一年我們將專注在調整控制系統與軟體上。」
目前市面上最成功的燃油替代汽車是結合了汽油引擎與電子馬達的Toyota Prius與Honda混合動力車。而今年度的X挑戰賽前三名團隊也採用了相同的方法。
今年度的贏家：維吉尼亞的油電動力混合車(Hybrid Electric Vehicle，HEV)小組正試圖理解如何在節省30%燃料的同時，維持較佳的汽車效能與低排放量，維吉尼亞理工學院參賽小組的領導者Steven Boyd說。與所有的17個團隊相同，維吉尼亞理工學院也是以通用汽車捐贈的一台2005年份Chevrolet Equinox轎車展開研究。該小組增加了兩個電子馬達，並改良汽油引擎以便能使用E85燃料，E85燃料中有85%的乙醇，僅有15%是汽油。這種燃料「將使汽油使用量的降低程度達到驚人的80%，」Boyd說。
維吉尼亞理工學院的分階並聯式混合方法採用了裝有渦輪增壓器的2公升Saab引擎、兩個電子馬達與一個用來儲存電能的鎳氫混合(NiMH)電池包。在所有的並聯式設計中，電子馬達與汽油引擎都會同時使用。相較之下，串聯式混合設計的內燃機則不會連接到傳動系統。相反地，其引擎會驅動一個電子發電機；這個發電機可為電池充電，並為馬達提供電力，然後再讓傳動系統運作。
克服並聯式設計的最大問題是如何結合來自引擎與馬達的動力。維吉尼亞理工學院透過在前輪部份採用Equinox內建之標準引擎/傳動裝置，並在後輪部份採用大型電子馬達來解決這個問題。另外，較小的電子馬達可裝配在引擎中以作為對電池充電的發電機，同時可快速啟動引擎，因此可縮短引擎的閒置時間。鎳氫電池包為一高電壓的336V裝置，因為12V的裝置無法無法為馬達提供驅動後輪所需的足夠扭矩。
然而，儘管今年仍屈居第二，但Bower表示，威斯康辛大學小組的through-the-road並聯式混合動力車Moovada仍可望贏得這項競賽。
威斯康辛大學的Moovada結合了具有渦輪增壓器的1.9公升Opel生物柴油(biodiesel)引擎與一個電子馬達。就像維吉尼亞理工學院，這輛汽車也使用引擎驅動前輪時，利用電子馬達來驅動後輪。其後軸是由一個Ballard感應馬達/變速箱所驅動，由一個317V的鎳氫電池包提供執行所需電能。
「我們採用了Johnson Controls公司的VARTA鎳氫電池包，這是一種具有44個鎳氫電池的陣列，每一個均為7.2V，總共可為馬達提供317V，」Bower說。「我們的控制系統軟體可監控電池容量，並在電流傳送到馬達之間進行調整，因此不會對電池造成太大負擔。」
然而，不像維吉尼亞理工學院的汽車，威斯康辛大學的Moovada採用了相同馬達對電池供電以及驅動前輪。這種配置稱為「charge-sustaining」架構，意指能讓混合動力車持續行駛而不會耗盡電池能量。
「charge-sustaining架構能將動力從電子馬達推動到後輪。而當電池能量降低時，將透過從輪胎處將能量回送到電池來進行充電。」
Moovada引擎使用B20生物柴油，每加侖大約可行駛35英里，較Equinox原先每加侖可行駛18~22英里的燃料效能提高了約50%，並降低了排放量。
「我們以一個在排氣管注射了尿素(最基本的氨水)的觸媒排放系統來降低排放量，可降低一氧化碳的排放，」Bower說。
Moovada小組計劃在下一年修改幾個較小的架構。「為了在明年獲得勝利，我們必須專注於引力控制，並針對通用汽車在美國亞利桑那州的120°熱試車改良排放控制系統，」Bower表示。「最後，我們還將移除引擎的交流發電機並安裝更小的馬達以實現空調運作，因此，當我們停下時，將能同時關掉引擎。」
位居第三的密西西比州立大學小組也使用了through-the-road並聯式設計。該小組選擇了B-20生物柴油的19公升Fiat引擎，並使用傳統的鉛酸電池取代鎳氫電池。
在17個參賽團隊中，有12個選擇了類似威斯康辛大學Moovada的through-the-road並聯式架構，有3個團隊選擇了類似維吉尼亞理工學院的分階並聯式架構；另外兩隊則選擇了一種引擎僅會對馬達及電池產生電的串聯式配置架構。在所有團隊中，有11隊選擇用馬達驅動由電池供電的前輪，有4隊選擇用燃料電池驅動馬達。
這17個參賽團隊包含了100名來自美國各地的工程系學生。
除了通用汽車捐贈的汽車外，飛思卡爾與美商國家儀器也捐贈了價值100萬美元的工具，包括飛思卡爾子公司Metrowerks的免授權Code Warrior軟體開發套件在內。NI則提供了免費的LabView圖形軟體開發環境。
(R. Colin Johnson)
一群工程系的學生即將進入「X挑戰賽」(Challenge X：Crossover to Sustainable Mobility)的最終階段。這項為期三年的競賽主要目標提提升混合引擎動力車的效能，消除有害物排放並降低成本。
這項競賽預計2006年中結束，美國黑堡的維吉尼亞理工學院(Virginia Tech)憑藉其分階並聯式(split parallel)混合動力設計佔據領先地位。威斯康辛大學(麥迪遜)以全新混合動力技術(through-the-road)的並聯式混合動力(parallel hybrid)汽車位居第二。第三名為密西西比州立大學的through-the-road並聯式混合動力車。
競賽的最終目標是提升消費者對混合動力車的接受度。「現在，已經有兩種人會購買混合動力車。工程師們購買混合動力車的原因是他們對這種科技著迷，而環保人士購買的理由是他們認為此舉可節省化石燃料。但對多數消費者來說，除非價格下降，否則他們不會購買混合動力車，」參與X挑戰賽的威斯康辛大學團隊總監Glenn Bower說。「我們所做的改良將為消費者提供更多節能優勢，因為它將僅花費約4,000~5,000美元的貼水，在一輛汽車約5~6年的生命週期中，大約可節省1,000~1,500美元的汽油費。」
這17個團隊是由第一年(2005)參賽的60隊中脫穎而出，今年他們將針對汽車做出改良；明年則將進一步完善其設計。X挑戰賽是由美國能源部(U.S. Department of Energy)、通用汽車(General Motors)、飛思卡爾半導體(Freescale)、美商國家儀器(National Instruments，NI)等單位及公司贊助。
「我們正進入這個為期三年競賽的第二年，」Bower說，「你所有的主要零件──如引擎、馬達與電池──都已經無法改變了。因此，最後一年我們將專注在調整控制系統與軟體上。」
目前市面上最成功的燃油替代汽車是結合了汽油引擎與電子馬達的Toyota Prius與Honda混合動力車。而今年度的X挑戰賽前三名團隊也採用了相同的方法。
今年度的贏家：維吉尼亞的油電動力混合車(Hybrid Electric Vehicle，HEV)小組正試圖理解如何在節省30%燃料的同時，維持較佳的汽車效能與低排放量，維吉尼亞理工學院參賽小組的領導者Steven Boyd說。與所有的17個團隊相同，維吉尼亞理工學院也是以通用汽車捐贈的一台2005年份Chevrolet Equinox轎車展開研究。該小組增加了兩個電子馬達，並改良汽油引擎以便能使用E85燃料，E85燃料中有85%的乙醇，僅有15%是汽油。這種燃料「將使汽油使用量的降低程度達到驚人的80%，」Boyd說。
維吉尼亞理工學院的分階並聯式混合方法採用了裝有渦輪增壓器的2公升Saab引擎、兩個電子馬達與一個用來儲存電能的鎳氫混合(NiMH)電池包。在所有的並聯式設計中，電子馬達與汽油引擎都會同時使用。相較之下，串聯式混合設計的內燃機則不會連接到傳動系統。相反地，其引擎會驅動一個電子發電機；這個發電機可為電池充電，並為馬達提供電力，然後再讓傳動系統運作。
克服並聯式設計的最大問題是如何結合來自引擎與馬達的動力。維吉尼亞理工學院透過在前輪部份採用Equinox內建之標準引擎/傳動裝置，並在後輪部份採用大型電子馬達來解決這個問題。另外，較小的電子馬達可裝配在引擎中以作為對電池充電的發電機，同時可快速啟動引擎，因此可縮短引擎的閒置時間。鎳氫電池包為一高電壓的336V裝置，因為12V的裝置無法無法為馬達提供驅動後輪所需的足夠扭矩。
然而，儘管今年仍屈居第二，但Bower表示，威斯康辛大學小組的through-the-road並聯式混合動力車Moovada仍可望贏得這項競賽。
威斯康辛大學的Moovada結合了具有渦輪增壓器的1.9公升Opel生物柴油(biodiesel)引擎與一個電子馬達。就像維吉尼亞理工學院，這輛汽車也使用引擎驅動前輪時，利用電子馬達來驅動後輪。其後軸是由一個Ballard感應馬達/變速箱所驅動，由一個317V的鎳氫電池包提供執行所需電能。
「我們採用了Johnson Controls公司的VARTA鎳氫電池包，這是一種具有44個鎳氫電池的陣列，每一個均為7.2V，總共可為馬達提供317V，」Bower說。「我們的控制系統軟體可監控電池容量，並在電流傳送到馬達之間進行調整，因此不會對電池造成太大負擔。」
然而，不像維吉尼亞理工學院的汽車，威斯康辛大學的Moovada採用了相同馬達對電池供電以及驅動前輪。這種配置稱為「charge-sustaining」架構，意指能讓混合動力車持續行駛而不會耗盡電池能量。
「charge-sustaining架構能將動力從電子馬達推動到後輪。而當電池能量降低時，將透過從輪胎處將能量回送到電池來進行充電。」
Moovada引擎使用B20生物柴油，每加侖大約可行駛35英里，較Equinox原先每加侖可行駛18~22英里的燃料效能提高了約50%，並降低了排放量。
「我們以一個在排氣管注射了尿素(最基本的氨水)的觸媒排放系統來降低排放量，可降低一氧化碳的排放，」Bower說。
Moovada小組計劃在下一年修改幾個較小的架構。「為了在明年獲得勝利，我們必須專注於引力控制，並針對通用汽車在美國亞利桑那州的120°熱試車改良排放控制系統，」Bower表示。「最後，我們還將移除引擎的交流發電機並安裝更小的馬達以實現空調運作，因此，當我們停下時，將能同時關掉引擎。」
位居第三的密西西比州立大學小組也使用了through-the-road並聯式設計。該小組選擇了B-20生物柴油的19公升Fiat引擎，並使用傳統的鉛酸電池取代鎳氫電池。
在17個參賽團隊中，有12個選擇了類似威斯康辛大學Moovada的through-the-road並聯式架構，有3個團隊選擇了類似維吉尼亞理工學院的分階並聯式架構；另外兩隊則選擇了一種引擎僅會對馬達及電池產生電的串聯式配置架構。在所有團隊中，有11隊選擇用馬達驅動由電池供電的前輪，有4隊選擇用燃料電池驅動馬達。
這17個參賽團隊包含了100名來自美國各地的工程系學生。
除了通用汽車捐贈的汽車外，飛思卡爾與美商國家儀器也捐贈了價值100萬美元的工具，包括飛思卡爾子公司Metrowerks的免授權Code Warrior軟體開發套件在內。NI則提供了免費的LabView圖形軟體開發環境。
(R. Colin Johnson)
全站熱搜
留言列表