“新知邦你读” 科学脱口秀 第三期 明天的汽车驶向何方

(主持人:瘦驼 果壳网主笔)

从人类祖先的钻木取火,到可穿戴设备的大面积普及,科技的发展在刷新我们认知的同时,也真切的改变着我们的生活。高深莫测的科研成果暗含着何种原理,你想不到的材料科学如何在身边守护,新知邦你读。

新知邦你读,我是果壳网主笔瘦驼。今天,咱们要读一读汽车。

不过才过了一代人的时间,汽车现在已经是我们生活中必不可少的元素了。驾车养车,相信各位一定都有自己的心得。而我今天要跟大家分享的这个养车小贴士,可能还真没多少人考虑过。那就是,养车你得防狗。

可别小看家里的这四条腿的成员,它能给你的爱车带来的破坏,可真是唉,不说了,大家自己看。

这是一辆 Aston Martin DB9 Volante,好车啊,在英国也得花20多万英镑。这是一只边境牧羊犬,好狗啊,世界上最聪明的狗。这好车碰上好狗,就不一定是好事了。话说有位英国的老哥,有天回家,发现自己的四岁边牧蹲在门口,身上地上全是白色的东西。这哥们心想,肯定是小家伙淘气撕纸啊、沙发垫子啊之类的东西了。走近一看,不对,追着犯罪痕迹,他就看见了自己的db9,翼子板已经被狗啃烂了。换个翼子板,几千镑就没啦。

幸灾乐祸完了没?咱们该新知帮你读了。仔细观察那片可怜的翼子板,发现什么没有?对了,那根本不是钢板,而是纤维复合材料。可别说人家db9不安全,拿钢板厚度来评价车企是否厚道本身是不厚道的。

为什么db9这样的豪华跑车要用纤维复合材料?为的是汽车减重。Volante的百公里加速成绩是4.9秒,而采用了同样动力系统的db9 coupe,仅仅是因为轻了59千克,百公里加速成绩就提高到了4.1秒。纤维复合材料之类的非金属材料比钢铁、铝等传统技术材料在同等强度下要轻得多,好东西啊。

减肥不光是豪车的专利,对于路上跑的每一辆车而言,减轻重量都十分重要。倒不是为了体验什么推背感,自家汽车减掉的每斤肉,那都是白花花的银子啊。有科学家计算过,如果每辆车减重50千克,燃油经济性能回提高2%。别小看这2%,我们来算个大账。2014年全球生产的汽车数量超过8000万辆,如果每辆车减重10千克,全年世界会少消费10亿升油。虽说油价暂时降了点,这10亿升也够惊人的吧。

那为什么我家车的翼子板还是钢板,而不是纤维复合材料呢。复合材料虽好,还不是完美的,它的成本、加工工艺、可维修性能都还不够理想。如果是我家车被狗啃了,顶多在钢板上留排牙印,我只需要去钣个金,喷个漆,就完好如初了。不过,汽车设计师从未停止使用新型非金属材料替换金属材料。只不过它们大部分都藏在车主不太注意得到的部分。比如杜邦公司的Zytel®尼龙材料,虽然听上去只是塑料,但是却耐热耐腐蚀,传统非金属材料望之却步的油性环境它也毫不畏惧。像汽车的油底壳、气门室罩盖、进气管路之类的部件,如果全用Zytel替换传统金属部件,每辆车减重效果就不止10千克。

减少汽车能耗,减重是一方面,另一个更直接的办法就是提高能量转换效率。内燃机的能量转换效率只有不到30%,这太不能令人满意了。那怎么办?换电动车!

这两年,如果不说两句电动车,都不好意思说自己懂车。电动车太火啦。从能源的角度来说这绝对是个好事,电动机的效率能达到90%以上,如果能解决电池的能量密度问题,汽车的未来肯定能更阳光灿烂。关键就是能量密度,现在最好的锂聚合物电池的能量密度还不及汽油的几十分之一,所以这续航能力,说多了都是泪啊。研究电池的科学家并没有闲着,能从根本上提高能量密度最好,当然这很难,可能需要很多个诺贝尔奖级别的大突破。退而求其次就是缩短电池的充电时间,比如时下很火的碳纳米管电池,它的基本结构并没有脱离锂离子聚合物电池的框架,但是使用了碳纳米管作为阴极材料,理论上可以让电池充满电的速度提高好多倍。如果能用加满油箱的速度充满电池,我是不会太在意多进几次充电站的。

其实,电动车并不是什么新鲜的玩意儿,它的历史比内燃机汽车还要早。1834年,美国发明家托马斯达文波特发明了世界上第一辆电动汽车,而卡尔奔驰老爷爷的第一辆内燃机汽车还要等半个世纪才出现呢。制约电动车发展的,正是电池技术。

真要说汽车界的小鲜肉,那非自动驾驶汽车莫属。虽然三十多年前,人们就在电视上制造出了霹雳游侠中的Kitt这样的高级自动驾驶汽车,然而直到最近,你才会在现实世界,比如美国的内华达州、加州、佛罗里达或者密歇根州的大街上看到真正的自动驾驶汽车。

什么?把身家性命交给机器你不放心?但是想想我们的驾驶习惯,自己有多少次在一边开车一边打电话,人类大脑的多任务处理能力连一手画圆一手画方都处理不好。同样,人类的生理限制也给交通带来了很多麻烦。比如,晚高峰的北京西二环,一辆车的轻微事故造成的庸常的大塞车。事故车被拖走了,并不代表道路可以立即恢复通畅了呢。驾驶员需要等前车开出一段距离,自己才能跟进。这种缓慢的疏散速度往往远比不上不明情况的后车塞进来的速度。然而,到了自动驾驶时代,当事故车移开,后方堵住的车可以同时启动,以相同的步调向前开进。其实,自动驾驶汽车也根本不会“傻”到把自己堵进拥堵路段的地步。通过智能化的交通信息系统,车辆完全可以自主判断,确定最佳的行驶路线和行驶速度,这也会极大的节省能源。

这一天我们并不需要等太久,世界最大的学术组织电子电气工程师协会(ieee)预测到2040年,自动驾驶汽车的数量将超过总数的75%。设想到那时候,人还没退休,我们的驾照就要退休了呢。

 

明天的灯因何点亮