Hy-wire概念車是在通用汽車於2002年北美國際車展上首次推出的“自主魔力”(AUTOnomy) 概念車基礎上開發的，融合了“自主魔力”的各項主要技術創新。
基本介紹
- 中文名：Hy-wire
- 類別：概念車
- 公司：通用汽車
- 時間：2002年
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Hy-wire介紹
Hy-wire 為Hydrogen 與by-wire 的合成詞，意為氫燃料驅動-線傳操控。
Hy-wire設計
通用汽車研發的Hy-wire 氫燃料電池線傳操控車是一款功能完善，並已可駕駛的概念車，通用汽車還宣布將在2010年之前實現這款車的商業化生產。很多汽車廠商如豐田，本田，福特都致力於替代燃料車的研發，但只有通用汽車在這一領域取得實質進展，套用了一系列通用汽車及其合作夥伴研發的先進技術。舉例來說，Hy-wire徹底摒棄了傳統內燃發動機，由燃料電池提供動力，就像目前在宇宙空間站上所套用的燃料電池一樣。氫和氧通過電化學反應產生動力，而此過程中排放物中沒有難聞的氣體，沒有煙塵，沒有造成溫室效應的二氧化碳，只有無污染的水和熱量。
Hy-wire外觀
這款車也摒棄了一個世紀前自汽車發明之初就延續至今的傳統機械連線裝置。該車的轉向、制動系統完全由電子操控，採用了飛機駕駛中的線傳操控技術。傳統汽車上的轉向柱與方向盤，由一個彩色的小螢幕和兩個手柄代替。加速時，司機只需轉動手柄，減速時則只需壓迫位於同一手柄上的剎車制動器；而轉向時，只需上下滑動手柄即可。
這款車的後視鏡由一台攝像機代替，它會將車後的情況反應到電子監控器上。同時，一些重要數據，如車速和燃料電池狀態也顯示在螢幕上。因為這款車可以完全由電子系統進行控制，駕駛者完全可以根據自己的喜好實現個性設定。比如制動系統可以設定得柔軟一些或者硬一些，動力性能可以設定成運動模式或者普通模式。
由於徹底摒棄了傳統的機械控制裝置，沒有了傳統的發動機艙，使得Hy-wire的車內空間從頭到尾非常開闊。取消了轉向柱，使得設計者可以從舒適和安全的角度出發，將操控系統設定在車的任何部位。比如，甚至可以將操控系統設定在車的後排座位上。
Hy-wire配置
Hy-wire最突出之處即沒有發動機間隔間。由玻璃纖維和玻璃製成的車身與鋁底盤只是用10個電子和軟體系統簡單地連線，並不是一體式的。由於此車使用了大量的玻璃，因此觀賞者可以將其從頭至尾看得十分清楚，同時也為駕駛者提供了一個清晰的視野。
Hy-wire使用了X－drive系統，此系統的功能是使轉向、制動和其它一些系統通過電子控制即可工作，此系統的優點還有減輕了車的重量，且操作簡單。Hy-wire的燃料電池驅動系統能夠持續供應94千瓦的動力；電子馬達用來驅動前輪；線傳操控轉向和剎車；三個緊湊的燃料氫儲存罐可承受每平方英寸5000磅的壓力；沒有發動機、變速器、排氣系統和機械連線裝置。
Hy-wire的核心部分就是和車身等長，鋁製滑雪板狀的底盤。底盤中安置了燃料電池，電子馬達，壓縮氫氣罐和所有的電子設備。由於玻璃纖維的車身只是個外殼，車主可以根據個人的喜好自由更換車身，就像更換手機外殼一樣方便。所以，理論上你可以在周末讓它成為一輛旅行車，而在平時又可以改為一輛微型車來接送孩子上下學。
當然，Hy-wire目前只是一輛概念車，等到2010年第一輛車正式上路，還需要一向以行動緩慢著稱的汽車工業加速更新。很多基礎設施，如以前的加油站和汽車服務中心將要改為氫氣存儲站及調試電子系統的服務站。如果我們努力的結果可以普及安全、經濟、無污染的交通工具，從而減少甚至消除我們對於傳統燃料的依賴，那我們的努力是完全值得的。
全球性協作的結晶
通用汽車公司(GM)的Hy-wire概念車是二十一世紀全球性公司協作的顯著標誌。
該款創新且功能強大的概念驗證型車是跨大西洋協作的成果，合作各方包括通用在美國和歐洲的工程及設計部門，義大利的設計機構Stile Bertone，以及位於瑞典的線控技術開發商SKF Group。來自四個國家的工程師、設計師和技術人員克服了場地、時區和語言障礙，在八個月內完成了這項工程。
通用公司的設計和技術融合部總監兼Hy-wire概念車的項目經理Chris Borroni-Bird說：“我們在很短的時間內就克服眾多文化差異，並在所有人員之間建立起一種和諧、跨大陸的合作模式。”
通用公司在美國紐約州Honeoye Falls和密西根州Warren的工程師和設計師開發了汽車底盤和車身設計、工程規格以及電氣系統整合。通用公司位於德國Mainz-Kastel的研究部門的工程師則負責整合燃料電池驅動系統，該系統同樣套用於HydroGen3概念車。
通用公司的團隊與車身製造專業公司Stile Bertone也緊密合作，Stile Bertone在其靠近義大利Turin的Caprie車間製造了該款轎車。SKF Group在其位於荷蘭和義大利的實驗室開發了該車的線控技術。
通用及其夥伴是如何合作的？
通用公司在Mainz-Kastel研究部門的燃料電池系統整合經理Christof Scherl說：“除了對激動人心的合作項目充滿熱情外，通用在美國和德國燃料電池中心安裝的高科技衛星和虛擬現實設施令順利的合作更加容易。”
三個研究部門的五百名工作人員可以利用視頻會議設施討論技術問題。
Borroni-Bird表示：“通過這種方式，就有可能在大西洋的兩邊同時觀看概念車的三維視圖。特殊的軟體能讓我們觀看並討論製造細節，如有需要，可立刻作出改動。”
通用公司設計部門的造型經理Alan Rhodes表示，在將汽車的數字資料傳遞至Bertone，以便把車身內外結合成美國設計師所期待的結果時遇到了一些挑戰。
Rhodes說：“一旦我們開發出Hy-wire的外型，我們就必須確保數字資料能與Bertone的系統間進行迅速、兼容的傳遞。我們現已擁有一個能與Bertone通訊良好的系統。”
使Hy-wire得以迅速開發的跨大陸合作，源自通用公司在九十年代擴展其燃料電池研究和開發項目的不懈努力。現已取得的成果包括開發出HydroGen1（氫動1號）燃料電池車，該車創下了十五項速度和行程記錄；用於分散式發電的固定燃料電池；以及對燃料電池堆和燃料處理器作出的無數改進。
通用公司負責研究、開發和規劃的副總裁Larry Burns說：“我們在燃料電池技術方面正取得重大進展。在過去的四年中，我們已將特定功率的燃料電池堆的尺寸和重量減少了十倍，同時也將成本降低了十倍。”
通用公司最新一代的燃料電池堆具有每升1.75千瓦的功率密度，這是迄今任何燃料電池開發商所推出的最高的功率輸出。此外，對汽車在低於零度情況下的啟動也作了重大改進。
為滿足這項新技術的要求，通用公司的燃料電池團隊匯聚了各種學科的眾多專家，其背景已超出了汽車行業本身。例如，化學家、物理學家、軟體專家和電氣工程師均從事燃料電池和貯氫技術的開發。
通用公司在德國的燃料電池開發中心總裁Erhard Schubert說：“智慧財產權對這項關鍵技術而言至關重要。我們的研究專家具備的多方面知識為我們取得成功提供了最佳條件，同時這將令通用獲得重要的市場先機。”
通用公司預計到2010年會有大量燃料電池汽車上路行使。Burns說：“Hy-wire增強了我們對獲得生產型燃料汽車市場認可的信心。”
Burns表示：“我們將利用在世界各地的人才和專長，以在十年後提供類似Hy-wire的汽車。”
Hy-wire基本知識
目前轎車設計主要有兩大基本要素：內燃機和機械與液壓連桿。 如果您曾經觀察過轎車發動機罩下的裝置，那您就會知道內燃機需要很多附加裝置才能正常運行。因此，不管設計師要對轎車進行哪些其他設計，總要為內燃機留出空間。
Hy-Wire
Hy-Wire對於機械和液壓連桿來說，情況同樣如此。此系統的基本理念是，駕駛員直接地或多或少操縱轎車內的各種傳動裝置（方向盤、制動器等），方法是操縱通過軸、齒輪和液壓裝置連線到這些傳動裝置的駕駛控制裝置。例如，在齒條和小齒輪轉向系統中，轉動方向盤，會轉動連線到小齒輪的軸，小齒輪又使連線到轎車前輪的齒條運動。除了限制轎車的構建方式外，連桿概念還限制了我們的駕駛方式：方向盤、踏板和換擋系統都是圍繞連桿理念來設計的。
Hy-wire（以及它的前任概念車AUTOnomy）的顯著特徵是，它既沒有發動機，也沒有連桿。代替發動機的是一個燃料電池­堆，它為連線到車輪的電動機提供動力。代替機械和液壓連桿的是線控驅動系統，這是一個計算機，實際由它來操控車輪和制動器等裝置，其輸入信號來自一個電子控制器。現代戰鬥機和很多商用飛機中採用的也是這種控制系統。
這兩種替換的結果是，我們看到一種完全不同的轎車，同時獲得完全不同的駕駛體驗。沒有方向盤，沒有踏板，沒有發動機室。實際上，真正推動轎車沿著路面運動的所有裝置都容納在一個28厘米的位於轎車底部的鋁製底盤（也稱為滑板）中。底盤以上的所有裝置的設計目的只有一個，那就是駕駛員操作的方便和乘客的舒適。
這意味著，駕駛員和乘客無需坐在一大堆機械裝置後面。此外，Hy-wire有一大塊前擋風玻璃，這讓每個人對路面都有清晰的視野。纖維玻璃和鋼製乘客艙地板完全是平的，這很容易就為每個座位留出大量放置雙腿的空間。將車輛的大量裝置都集中在車輛底部也增強了安全性，因為它使轎車發生傾倒的可能性大大降低。
但這種設計最酷的地方是，它允許您完全將乘客艙去掉，換成不同的艙。如果想要從大篷車變成運動型轎車，無需買一輛新車，只要一個新的車身即可——車身要便宜得多。
如果還需要大篷車，很容易就可以換回去。這種換車身的後勤服務方式尚不明晰——如果這個理念受歡迎，可能會設立專門的換車身服務站，您可以在那裡換上各種不同的車身。當然自助方式也行，那么駕駛員可以在車庫裡自己換車身。
動力
Hy-wire中的“Hy”代表“氫”，也就是燃料電池系統的標準燃料。與電池一樣，燃料電池具有帶正負電的兩端，驅使電荷流過與兩端連線的迴路。與電池的另一個相似點是，它們也是通過化學反應產生電量的。但與電池不同，您可以通過補充化學燃料持續地為燃料電池充電——本例中，是從車載存儲罐中補充氫，從大氣中補充氧。
其基本理念是，使用催化劑將氫分子（H2）分解成兩個H質子（H+，帶正電的單個氫原子）和兩個電子（e-）。燃料電池陰極（帶負電）上的氧通過一個質子交換膜，將陽極的H+離子吸收過來，但阻止電子流。電子（帶負電）被吸收到位於膜另一側的質子（帶正電）處，但電子必須通過電路，才能到達。運動的電子形成了電流，驅動迴路上的各個負載（例如電動機和計算機系統）。在燃料電池的陰極，氫、氧和自由電子化合，形成水（H2O），它是系統的唯一排放物。
在氫燃料電池中，催化劑將陽極的氫分子分解成質子和電子。質子經過交換膜，朝陰極的氧運動，電子在陽極和陰極之間的電線運動。在陰極，氫和氧化合生成水。許多燃料電池串聯，通過電路提供足夠的電量。
一個燃料電池只能產出少量的動力，因此您需要將許多燃料電池組合成一個堆，產生夠用的動力。Hy-wire中的燃料電池堆由200個獨立的燃料電池串聯而成，它們加在一起，可以提供94千瓦的持續功率和129千瓦的峰值功率。通過傳統的散熱器系統，冷卻緊湊的燃料電池堆（大約與PC塔一般大小），該散熱器系統由燃料電池本身提供動力。
此系統可提供從125到200伏的直流電壓，具體取決於迴路中的負載。電動機控制器將該電壓升壓至250到380伏，並轉換成交流電，驅動三相電動機，使車輪轉動（類似於傳統電動轎車中所用的系統）。
電動機的任務是為前輪軸提供扭矩，使兩個前輪轉動。控制單元通過增加或減小施加到電動機的電流，來改變車速。當控制器將燃料電池堆的最大功率施加到電動機時，電動機的轉子以12,000轉/分的轉速旋轉，產生215.4牛米的扭矩。一個傳動比為8.67:1的單級行星齒輪將該扭矩提高到最大1867.5牛米，施加給每個車輪。此扭矩足夠使1,905千克的轎車以161公里/小時的速度在水平路面行駛。較小的電動機操縱方向盤，讓轎車轉向，電控制動卡鉗讓車制動。
驅動此系統所需的氣態氫燃料存儲在三個圓柱罐中，總重大約75千克。圓柱罐由特殊的碳合成材料製成，具有容納高壓氫氣所需的高結構強度。當前模型中的圓柱罐可容納大約2千克氫，壓力大約為350兆帕。在將來的模型中，Hy-wire工程師希望將壓力閾值提高到70兆帕，這可以提高轎車的燃料容量，從而延長行駛距離。
最終，通用汽車公司希望縮小燃料電池堆、電動機和儲氫罐，以便將底盤厚度從28厘米減小到15厘米。這個更緊湊的“滑板”會讓車身設計更有靈活性。
控制
Hy-wire的“大腦”是位於底盤中間的中央計算機。它將電子信號傳送到電動機控制單元以改變車速，傳送到轉向機構以使車轉向，傳送到制動系統以制動。
在底盤級別，計算機控制駕駛和動力使用的各個方面。但它是從更高級別——也就是車身內的駕駛員——獲得命令的。計算機通過單個通用引入連線埠連線到車身的電子裝置。這箇中央連線埠的基本工作方式與個人電腦上的USB連線埠相同：它將持續的電子命令信號流從轎車控制器傳送到中央計算機，將反饋信號從中央計算機傳送到轎車控制器。另外，它為所有車身電子裝置提供運行所需的電能。十個物理連桿將車身鎖定到底盤結構。
駕駛員的控制單元被稱為X-drive，類似於視頻遊戲操縱桿，而不像傳統的方向盤和踏板。該控制器有兩個符合人機工程學的把手，位於一個小型LCD監視器的左右兩側。要讓車轉向，只需輕輕上下滑動把手——無需向傳統轎車那樣一直轉動方向盤，只需將把手保持在轉向位置。要加速，可轉動其中一個把手，就像在機車上轉動節氣門一樣；要制動，可捏其中一個把手。 電子運動感測器，與高端計算機遊戲操縱桿上的類似，將運動轉換成中央計算機能識別的電子信號。控制器上的按鈕使您可以輕鬆地從空擋換到前進擋或倒擋，起動機按鈕使汽車起步。由於所有裝置都是手控的，腳可以解放出來，想乾什麼都行（構想一下，在每天上下班途中，在車上用按摩器給腳按摩）。
控制器中央的5.8英寸（14.7厘米）彩色監視器顯示傳統轎車儀錶板上的一切內容（車速、里程、剩餘燃料量）。它還顯示從轎車兩側和尾部上的攝像機獲取的後視圖像，代替傳統的後視鏡。第二個監視器位於駕駛員旁邊的控制台，向您顯示音響、氣候控制和導航信息。
由於X-drive不直接驅動轎車的任何部位，它實際上可以放在乘客艙中的任何位置。在當前的Hy-wire轎車模型中，X-drive可擺到前面兩個座位任意一個，因此，甚至無需起身就能切換駕駛員。還能方便地將X-drive上下移動，以提高駕駛員舒適性，當您不駕駛時，甚至可以將它完全取出。
線控驅動系統最酷的一點是，您可以不更改車內的任何機械部件，就能對車輛操作進行微調——只需要通過某個新的計算機軟體就能調節轉向系統、加速器或制動器靈敏度。在未來的線控駕駛汽車中，您將很可能只需按幾個按鈕，即可根據自己的喜好來配置控制裝置，就像您現在可以調整汽車座位一樣。在這種系統中，也許還可以為家庭中的每個駕駛員存儲各自不同的控制首選設定。
人們關注線控驅動車輛的一個大問題是安全性。 由於駕駛員和轎車機械部件之間沒有物理連線，因此一個電氣故障可能意味著完全失去對車輛的控制。為了使這種系統切實可行，線控驅動轎車需要備用電源和冗餘電子連線。通過採取足夠的此類安全措施，沒有理由認為線控驅動轎車比傳統的轎車危險。實際上，很多設計師認為它們要安全得多，因為中央處理器能監視駕駛員的輸入。另一個問題是為轎車增加足夠的碰撞保護。
推廣此類轎車的另一個主要障礙是，要找到能量效率高的方法，來產生、運輸和存儲車載燃料電池堆所用的氫。以現有技術，實際氫燃料的生產會得到與使用汽油機幾乎一樣的污染，而且存儲和配送系統也有很長的路要走（欲了解更多信息，請參見氫經濟的工作原理）。
我們是否會有機會買到Hy-wire？通用汽車公司宣稱，如果能解決主要的燃料和安全性問題，完全可以在2010年推出量產版。但即使Hy-wire團隊無法完成這個目標，通用汽車公司和其他汽車製造商也一定會計畫在不久的將來對傳統轎車進行重大變革，向計算機控制和環保的方向發展。在未來一二十年內，公路上的活動十有八九將出現一些重大變革。
Hy-wire數據
最大速度：161公里/小時 重量：1,898千克
底盤長度：4.3米
底盤寬度：1.67米
底盤厚度：28厘米
車輪：八輻輕合金車輪
輪胎：前輪胎51厘米，後輪胎56厘米
燃料電池功率：94千瓦持續功率，129千瓦峰值功率
燃料電池堆電壓：125到200伏
電動機：250到380伏三相異步電動機
碰撞保護：前後“碰撞區”（或稱為“碰撞箱”）可吸收衝擊能量
通用汽車公司正在申請的相關專利：30
通用汽車公司設計團隊成員：500+
Hy-wire試車
2003年11月18–19日，在通用汽車2003能源動力高新科技北京巡展中，通用汽車將以一系列在中國從未展出和試駕過的“未來汽車”充分展示其在實現氫經濟道路上近、中、長期的不同發展階段和不同技術特點。這些車型包括：線傳操控Hy-wire燃料電池車，“氫動三號”(HydroGen3)燃料電池汽車，“輪轂電機”S-10混合動力型貨車,別克液化石油氣實驗車以及通用汽車與上汽集團聯合研發的中國首輛燃料電池車“鳳凰”燃料電池車等。
