硅太阳能电池有圆形的、半圆形的和长方形的等几种。在电池上有像纸一样薄的小硅片。在硅片的一面均匀地掺进一些硼,另一面掺入一些磷,并在硅片的两面装上电极,它就能将光能变成电能。
在“利比特布利克”Ⅱ号太阳能汽车顶上,有一个圆弧形的太阳能电池板,板上整齐地排列着许多太阳能电池。这些太阳能电池在阳光的照射下,电极之间产生电动势,然后通过连接两个电极的导线,就会有电流输出。
通常,硅太阳能电池能把10%~15%的太阳能转变成电能。它既使用方便,经久耐用,又很干净,不污染环境,是比较理想的一种电源。只是光电转换的比率小了一些。近年来,美国已研制成光电转换率达35%的高性能太阳能电池。澳大利亚用激光技术制成的太阳能电池,其光电转换率达24.2%,而且成本与柴油发电相当。这些都为光电池在汽车上的应用开辟了广阔的前景。
早期的太阳能汽车是在墨西哥制成的。这种汽车,外形像一辆三轮摩托车,在车顶上架有一个装太阳能电池的大棚。在阳光照射下,太阳能电池供给汽车电能,使汽车的速度达到每小时40公里,由于这辆汽车每天所获得的电能只能行40分钟,所以它还不能跑远路。
1984年9月,我国首次研制的“太阳号”太阳能汽车试验成功,并开进了北京中南海的勤政殿,向中央领导报喜。这也表明了我国在研制新型汽车方面已达到世界先进水平。
现在世界上很多国家都在研制太阳能汽车,并进行交流和比赛。1987年11月,在澳大利亚举行了一次世界太阳能汽车拉力大赛。有7个国家的25辆太阳能汽车参加了比赛。赛程全长3200公里,几乎纵贯整个澳大利亚国土。
在这次大赛中,美国“圣雷易莎”号太阳能赛车以44小时54分的成绩跑完全程,夺得了冠军。
“圣雷易莎”号太阳能赛车,虽然使用的是普通的硅太阳能电池,但它的设计独特新颖,采用了像飞机一样的外形,可以利用行驶时机翼产生的升力来抵消车身的重量,而且安装了最新研制成功的超导磁性材料制成的电机,因此使这辆赛车在大赛中创造了时速100公里的最高记录。
太阳能汽车不仅节省能源,消除了燃料废气的污染,而且即使在高速行驶时噪音也很小。因此,太阳能汽车已引起人们的极大兴趣,并将在今后得到迅速的发展。
电动汽车
电动汽车,就是以蓄电池作能源驱动的汽车。它和现在所使用的电瓶车在原理上相似。
从汽车的家谱来看,电动汽车与内燃机汽车可说是同时出世的。早在1830年就有人开始研究电动汽车。30年以后,由于铅蓄电池的大量生产,就为电动汽车的问世创造了有利条件。
1873年,英国制成了世界上第一辆电动汽车。后来到1892年,美国在芝加哥展出了本国研制的电动汽车。此后,电动汽车便在世界各国得到了不断的发展。
1898年,美国人冉尼和杰纳齐驾驶的电动汽车,在法国举行的爬山竞赛中把参赛的蒸汽汽车和内燃汽车都抛在后面,一举夺冠,从而引起了人们对电动汽车的注意。
电动汽车在汽车大家族中,不仅是世界上首先达到时速100公里的汽车,而且也第一个成为四轮全驱动汽车。那是英国人哈托在其制成的电动汽车上,对每个车轮各装一台电动机,从而造出了这种新型电动汽车。
到了20世纪初期,随着蒸汽汽车的日趋衰落,电动汽车便开始显身手了。这时,在伦敦和巴黎市区相继出现了电动出租汽车。从1912~1920年,电动汽车的发展达到了高潮。在这一期间,仅美国经营的电动汽车制造工厂就达20家,年产汽车约5000多辆,全国拥有的电动汽车接近3.4万辆。
20世纪20年代以后,由于内燃机性能的改进和蓄电池不能适应汽车发展的需要,电动汽车的发展逐渐停滞下来,由内燃机汽车取而代之。但是,在邮件传送、游览、送奶以及零星送货等方面,鉴于电动汽车还有一定的优越性,因而在一些国家一直保留下来。
英国是世界上大量、长期使用电动汽车的唯一的国家。目前,英国拥有电动汽车5万余辆,但绝大多数是用来送奶的速度较低的车。英国订购新鲜牛奶的人较多,要求每天将鲜奶在清晨人们尚未起床时送到每个订户。这就需要用噪音低、无污染、能频繁起动和车速不高的电动汽车来完成。因此,英国有3家公司联合生产这种送奶专用汽车,并有配套的服务设施。
电动汽车虽然一度发展很快,而且已广泛使用起来,可是它早期使用的铅蓄电池容量小,性能差,使用寿命短,使它无法与内燃机汽车相竞争,所以电动汽车后来就衰落了。
世界上的事物总是不断发展的。近10多年来,人们日益感到曾经使用了一个多世纪的内燃机汽车有着难以克服的严重缺点:它排放的废气污染环境,危害人体健康,破坏自然界的生态平衡,加之石油将面临着供应危机,所以人们在积极寻求以新的能源驱动的汽车。
与内燃机汽车正好相反,电动汽车在这些方面却有着突出的优点。电动汽车使用的是电能,很干净,不排放废气。这种汽车乘坐舒适安全,操纵方便,噪音小,使用寿命长等。特别是蓄电池经过不断改进后,性能大为提高,使电动汽车处于与内燃机汽车再次竞争的有利地位。在这种情况下,人们把注意力又转向电动汽车。在一些汽车制造业比较发达的国家,电动汽车已经“东山再起”了,成为汽车大家族中的一位“后起”之秀。
今日的电动汽车与昔日的形象相比,已大有改观。这主要是因为采用了先进的蓄电池,使电动汽车的行驶速度和行驶距离都大为提高。例如,前联邦德国制造的一种采用钠硫蓄电池的小型电动汽车,充电一次可连续行驶180公里,时速最高可达125公里。芬兰最近研制成一种采用新式大功率蓄电池的电动汽车,充电后按时速90公里可在市区连续行驶150公里,最高时速可达120公里。
电动汽车现在已进入销售市场。法国标致汽车公司从1990年起已成为世界上出售电动汽车的首家公司。美国通用汽车公司最近研制成了世界上能迅速加速和高速行驶的电动汽车,使这种汽车在性能上日趋完善,具有越来越强的竞争力。
目前,电动汽车主要作为城市的交通工具使用,这样可减少市区空气的污染。对于大多数开车上下班的人来说,电动汽车一次充电所能行驶的距离,已完全能够满足需要。但是,对于行驶距离较远的假日外出旅行或者业务出差,就要采用别的补救办法。例如,有的国家在沿途设立类似汽车加油站那样的服务机构,车主可以使用完的蓄电池换取重新充过电的蓄电池,就能使汽车继续行驶,完成长距离的旅行任务。
当前,世界各国都很重视电动汽车的研究和使用。据有关专家预言,在未来的汽车中,75%左右的燃油汽车将被电动汽车取代。
电动汽车有着美好的发展前景。在不久的将来,它将在汽车的新潮流中独领风骚。
智能汽车
一辆呈流线型的新式小轿车在马路上快速行驶着,突然一个行人从路边横穿过来,汽车先鸣喇叭,然后立即将车刹住。而当行人穿过马路后,汽车又徐徐开动,向前驶去。这时,在街道上行走的一些人透过车窗看到驾驶员的席位上空空无人,而后面的座位上坐着乘客。人们感到奇怪,怎么没有司机竟能将车开得这样熟练自如呢?这是什么样的新潮车?!
原来,这是国外最近研制成功的一种无人驾驶汽车,它由电脑代替人进行自动操纵,所以也叫做智能汽车。
前联邦德国研制成的智能汽车,行驶速度可达每小时100公里。在车上装有电子照相机和电子计算机等装置,它们接收并判断路上随时出现的各种情况,同时作出相应的选择。不仅如此,这种汽车还具有巧妙地超车和临时改变行车路线等能力。
从汽车出世以来,一直是由人来驾驶的。汽车在行驶过程中会遇到许多复杂和难以预料的情况,司机要不时地刹车、启动、加速和转弯,同时还要密切注视着前方,随时进行处理。从保证行车安全考虑,不仅要求汽车具有良好的性能,而且要求司机有熟练的驾车技术。
以前,也曾经出现过无人驾驶汽车。但这种汽车多是采用无线电遥控技术操纵的。它只能在一定的条件下,执行某些简单的预先安排好的动作。也就是说,这种无人驾驶汽车只能机械地执行人的命令,离开人是不行的。而现在利用电脑自动操作的智能汽车就不同了。在汽车的行驶中,它可以自动启动、加速,可以自动刹车,还可以自动地绕开路上的障碍物,甚至在复杂多变的情况下,能自动地选择最佳方案,指挥汽车正常顺利地行驶。
少年朋友,你可能会惊叹智能汽车为何有这种超群的本领?!
其实,这也不奇怪,因为智能汽车和人一样,有着敏锐的“眼睛”,聪明的“头脑”和灵活自如的“脚”。
我们先来看看它的“眼睛”。在智能汽车的右前方,装有两部电视摄像机。这就是它的一双“眼睛”。与人的眼睛不同,它的两眼是上下排列的,相距50厘米。这两部电视摄像机在汽车行驶时,不断地扫描车前方的道路景物,形成实物的影像。
有人也许会提出,为什么要用两部电视摄像机呢?这和人的眼睛看东西的道理是一样的。你可以用手捂住一只眼睛试试,往往难以分清景物的远近,或者区别不了平面和立体的情况。如果用一部电视摄像机,有时就会把树木、建筑物的阴影当成障碍物。而以两部电视摄像机配合使用,就能在前后和上下两个方向上识别阴影的变化,从而准确地分清是阴影还是障碍物。由此可以知道,它的“眼睛”是很敏锐的。
智能汽车的“眼睛”,通常能看清前方5米至20米范围内的景物。一般是把高度在10厘米以上的物体作为障碍物来处理。在它的“眼睛”扫描中,如果前面有障碍物,就发出电信号。这样,通过扫描,汽车前进方向上的障碍物就可以清楚地识别了。
下面来了解智能汽车的“大脑”是如何思维和作出决定的。
智能汽车的“眼睛”获得了有关障碍物等的情况后,就要传送给它的“大脑”——微型计算机进行判断,即决定汽车是继续开下去呢,还是停下来?
是后退或者减速?这就要根据当时当地的实际情况进行正确的处理,并选择出最好的实施方案。
为了使微型计算机能在复杂的情况下应付自如,人们采用了一个巧妙的办法:预先估计到各种各样的情况,将解决不同情况的最佳方案的数据一一输入微型计算机中。在汽车行驶过程中,微型计算机就可根据实际情况相应地从所储存的方案中选择合适的方案。这种办法比较简单,和我们到电影院看电影的“对号入座”的办法一样,能使智能汽车迅速及时地得到操纵汽车行驶的数据。
智能汽车的“脚”,就是控制它行驶的转向器、制动器等等。它的“脚”
是根据微型计算机下的命令来控制操纵汽车的。
汽车在地面上行驶,所遇到情况要比飞机和轮船在空中、海上复杂得多,所以汽车实现无人驾驶比较晚。
智能汽车,实际上就是可行走的机器人,目前还正处在成长的幼年时期。
在电子计算机日益发展的今天,智能汽车将会适应时代的需要,迅速地成熟起来。
人们期待着更先进的智能汽车出现。
汽车新动力
20世纪70年代末期的一天,前联邦德国著名的奔驰汽车公司的几辆新型小轿车,在高速公路上飞快地奔驰着。它们既不带汽油箱,也不用蓄电池,而是给汽车“吃”一种新的“食粮”——氢气。
这些汽车仅用了5千克氢,就行驶了100多公里,可见氢燃烧时所产生的能量比汽油还高。更使人感兴趣的是,只要在汽油中加入4%的氢气,用这种混合“食粮”来“喂”汽车,不仅能使汽油充分燃烧,节油40%,而且不需要对汽油内燃机作多大的改进。
用氢气作汽车的燃料,与汽油等相比有很多优点:一是它重量轻。它在沸点(-252.8℃)时,液体的密度只有0.07克/毫升,比汽油、天然气等燃料都轻多了,因而携带、运送方便;二是它无污染,是一种很干净的燃料。
氢燃烧后生成水蒸汽,因而不会像石油、煤那样产生烟尘、二氧化硫和二氧化碳等污染环境;三是燃烧热值高。燃烧1克氢能释放出0.142兆焦(34千卡)的热量,是汽油发热量的3倍;四是氢的储量非常丰富。氢可由水中制取,而地球表面约71%为水所覆盖。如果能用合适的方法从水中制取氢,那么氢将是一种取之不尽、价格相当便宜的燃料;五是它可用储氢金属方便地储存和使用。氢被人们认为是21世纪的理想能源之一,它也是未来汽车的一种最好的“食粮”。
制氢的方法,通常有光电化学电池分解水制氢和以生物制氢等。用光电化学电池分解水制氢,是日本科学家于1972年创造的。这种方法是用氧化钛制成光电化学电池。当太阳光照射到半导体材料氧化钛的表面时,由于光电效应产生的电流就将水分解,从而释放出氢气。它的制氢效率已达到12%。
生物制氢是模仿植物叶绿素的光合作用,并使这种作用只分解水来制取氢气的。美国、英国等一些国家已研制成了用叶绿素制造氢的装置。这种装置在1小时内用1克叶绿素,可产生1公斤的氢气,转化效率可达75%。
目前,已有人利用阳光分解水,制成作为燃料的氢。这种制氢方法是,在水中放入催化剂,在阳光照射下催化剂能激发光化学反应,把水分解成氢。
可以预料,一旦更有效的催化剂问世,人们只要在汽车的油箱中装满水,再加入催化剂,在阳光照射下,就能源源不断地分解出氢,使各种汽车在宽阔的路面上迅速奔驰。
用酒精作为汽车燃料已有20多年的历史了。酒精具有易于制取,来源广泛而可靠,成本低,污染小,可在各种电火花点火的发动机中使用等优点。
然而,在目前来说它还存在着发热值低,酒精耗量比汽油大,排气有臭味等缺点,所以酒精汽车还只是在巴西、德国等少数国家使用。
人们正在对酒精进行研究和改进,使它扬长避短,适合汽车发动机使用。
酒精耗量高主要是因为它的发热值比汽油低,而发热值低是由于酒精在发动机中没有得到充分的燃烧。因此,设计发动机时应能考虑酒精燃料的这一特点,就能减少酒精的耗量,弥补其热值低的不足。如果在酒精中加入某些成分,使不完全燃烧时产生的乙醛得以氧化,就可消除酒精发动机排出气体中的臭味。
未来的酒精汽车的发动机采用陶瓷材料制成。陶瓷不仅绝热性好、耐高温,而且比钢和金属材料轻。这样,既可减轻汽车发动机的重量,又提高了发动机转速(例如碳化硅陶瓷发动机的转速在1300℃时可达每分钟11万转),从而使汽车跑得更快。