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飞行汽车不再是梦

来源:李忠东 编辑:李忠东 发布时间:2018-05-09 10:42:45 评论:0

当前城市拥堵愈发严重,每天全世界的人们将数百万小时的时间浪费在路上。而飞行汽车将成为破解交通困局的关键之一。随着无人驾驶技术与电池技术的发展,未来的飞行汽车有望实现纯电动无人驾驶。配合地面的无人驾驶,它将成为未来交通系统的重要组成部分。

当前城市拥堵愈发严重,每天全世界的人们将数百万小时的时间浪费在路上。2015年,旧金山每位居民往返于公司和家庭之间的平均通勤时间高达230 h。在洛杉矶和悉尼,居民每年花费在通勤上的时间长达7周,其中有2周浪费在堵车上。而飞行汽车将成为破解交通困局的关键之一。例如,从旧金山前往圣何塞的路程约91.6 km,开车通常需要100 min,而如果使用垂直起降的飞行汽车,那么飞行里程约69.7 km,用时只有15 min。

飞行汽车要突破三大技术门槛的限制:一是人工智能,对旅行的复杂性进行管控,确保旅行体验流畅无缝;二是旅行模块和空中及地面的附属装置;三是用户界面,要在完全虚拟的环境中与用户“对话”。与此同时,需要面对当地法律法规的支持、通用航空空域的开放和驾驶人员的培训等一系列问题。虽然障碍重重,但飞行汽车还是给解决拥堵的地面交通提供了多一种可能性。

随着无人驾驶技术与电池技术的发展,未来的飞行汽车有望实现纯电动无人驾驶。配合地面的无人驾驶,它将成为未来交通系统的重要组成部分。近10年来,全球已经有几十家汽车企业和科技公司积极投身到这项工作中,提出了以飞行汽车为蓝图的未来交通出行方案。目前研发的有涵道风扇类、固定机翼类和直升机旋翼类三大类,其中垂直起降的旋翼类飞行汽车最容易实现陆空立体交通。

在2018日内瓦车展上,Liberty和Pop.Up Next 2款飞行汽车的登场带来了希望,也许将来的某一天人们便能惬意地开着汽车穿行在大地和天空之间。


Liberty:第一款量产商用的飞行汽车

飞行汽车不再是梦

在开发飞行汽车的热潮中,荷兰PAL-V公司捷足先登,开发的Liberty飞行汽车有望是世界上第一款可以商业销售的产品。

经过5年的试飞后演示之后,Liberty先锋版在2018日内瓦车展公开亮相,接受预定,售价为49.9万欧元(约合385.7万元人民币),其中包括飞行教学、个性化服务等费用。该车限量出售90辆,将于2019年正式交付。Liberty运动版售价为29.9万欧元(约合231万元人民币),也包括飞行教学等费用,但其个性化服务内容与先锋版有所区别。PAL-V官方在对其产品偏高的价格进行解释时表示,Liberty的定价并不比超级跑车贵太多。考虑到还有一些飞行许可之类的文件需要经办,而且超级跑车并不能飞行,所以目前的价格实际上物有所值。

Liberty飞行汽车结合了汽车、摩托车和旋翼机的特征,可以像汽车一样在地面上行驶,也能够像直升机一样在天上飞行。该车采用双发动机、三车轮、两旋翼设计,放开螺旋桨和尾桨就可变身旋翼飞机。而且配置双推进动力系统,路面驾驶与飞行双管齐下,设计符合欧洲和美国的道路和航空管理规定。

这款飞行汽车达664 kg,由一对73.5 kW的Rotax飞机发动机驱动,使用正常无铅汽油,在3500 m的飞行高度上能够飞行400 ~ 500 km。陆上最高车速约为170 km/h。Liberty上也搭载了陀螺仪与HEPC电子主动介入系统,能有效避免因人为操控疏失而发生的危险。它最高搭载重量246 kg,满载的情形下最大空速可达180 km/h。若以140 km/h的空速巡航(不含备用燃油)可连续飞行4.3 h,大约是400 km的距离,而备用燃油则能再提供0.5 h的动力。

PAL-V首席工程师迈克·斯特克伦博格表示,为了提早上市,Liberty的设计理念遵循当前道路和空中法规,明确选择利用经过验证的技术进行设计和制造,为其上市省去了数年时间。虽然Liberty完全符合全球安全管理法规,量产而且可以商用,但是显然象征性的意义更大一些。由于世界各地对于路面行驶和空中航行的规定不太一样,这辆飞行汽车大规模布局的可能性不太大,只能将北美视为其主要市场。因为车主既需要具备驾驶执照,也需要具备飞行驾驶执照,所以PAL-V 2016年在罗斯福市设立了北美第一个飞行驾校。


Pop.Up Next:体现电动化和智能化特点

飞行汽车不再是梦

在2018日内瓦车展上,另一款名为Pop.Up Next的飞行汽车也很引人注目。它由奥迪公司、空客公司和意大利设计和工程公司合作设计制造,更多体现了电动化和智能化的特点,符合飞行汽车强设计、电动化、智能化的发展趋势。或许6年之内,这款汽车和无人机融为一体的飞行汽车可以在任何地方起飞降落,帮助解决交通堵塞的问题。

Pop.Up Next的碳纤维地面模块整体造型非常前卫,由座舱及下部4个车轮和底盘组成,其中车轮由深色护板包裹,设计风格有着明显的奥迪家族化风格。飞行模块同样由碳纤维材料制成,配备有4个螺旋桨,由电能驱动。

Pop.Up Next像一颗胶囊,由1个两座乘员舱模块和1个垂直起降的无人机模块组成,可以与地面模块(四轮行驶机构)或飞行模块(螺旋桨)分别适配,从而变身为汽车或飞机。乘员舱模块长2.6 m,高1.4 m,宽4.8 m,通过与地面模块联动,可以转变为一辆以电池提供动力的汽车,一次充电行驶130 km,最高车速为100 km/h。乘员舱内未配备转向盘,仅配有一块49″的曲面屏,乘客可以通过语音、面部识别、眼球追踪和触摸按键等功能与系统互动。乘员舱不但可以像汽车一样用车轮行驶,而且能扫描乘客的人脸特征,以确定信息的真实性,同时在行驶过程中还会在屏幕上显示用户所需要的信息。

无人机模块长4.4 m,高0.8 m,宽5.1 m,直径1.8 m的旋翼推进器配有160 kW的电力发动机。如果交通变得拥堵,用户可以打个电话召唤无人机模块,将汽车模块吊起垂直起飞,将乘客送到目的地。在空中飞行时,Pop.Up Next最高车速能达到120 km/h,一次充电可以飞行50 km的距离。


Cora:在新西兰试飞

飞行汽车不再是梦

近日,美国基蒂霍克初创公司正式公布了无人驾驶电动飞行出租车Cora的原型机和首飞视频。该公司研发的初衷是为了解决目前的交通拥堵问题,因此Cora将用于公共运输当中,不会出售给个人用户。它以电能作为动力,符合环保概念,能减少交通对环境的影响。Cora采用大量轻量化组件,组装基本全部由人工完成。机舱可容纳2名乘客,机舱后部为电池组件。

全自动的Cora不需要飞行驾照即可驾驶,采用“直升机式”的起飞方式。它不用跑道,借助12个旋翼叶片垂直起降。飞行器升空后利用尾部的单个螺旋桨提供前进动力,车速可达180 km/h,飞行高度150~900 m左右,最大飞行距离约100 km。这款飞行出租车采用冗余式设计,当系统发生故障时,冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作,由此减少系统的故障时间。它安装自动飞行软件,搭载3台独立的飞行控制电脑,配备2台独立运行的发动机。即便3台电脑和2台发动机都发生故障,也能借助装备的降落伞紧急降落。

基蒂霍克公司的创始人兼首席执行官塞巴斯蒂安·史朗被称为谷歌“无人车之父”,还是谷歌最具创新精神的Google X 实验室的联合创始人。2017年10月,基蒂霍克公司把Cora飞行出租车运到了新西兰,开始试飞。史朗之所以选择这里,是因为美国不允许试飞。新西兰政府对基蒂霍克公司构建的便捷且环保的出行方式高度重视,总理辛达·阿德恩指出,该公司的无人驾驶电动飞行出租车能帮助新西兰实现2050年净零排放的目标。

基蒂霍克公司希望将新西兰作为测试并完善这款无人驾驶电动飞行出租车的基地,至于何时运营服务,没有给出具体时间表,但表示5年内将在新西兰实现该飞行汽车的商业化。


Joby S2:消耗能源仅传统汽车的1/5

飞行汽车不再是梦

美国乔比飞机制造公司开发的纯电动飞行出租车原型机名叫Joby S2,似无人机和微型飞机的组合体,能够垂直起飞,起落完全不需要跑道。这款由电动发动机和复杂操控软件提供动力的飞行出租车拥有16个电动螺旋桨,其中12个设计用于垂直起飞和降落,会在飞机飞行过程中向前倾斜为其提供平衡。

Joby S2升空达到巡航速度后,会将这12个螺旋桨折叠起来,由四旋翼代替。它完全由氧化镍钴锰锂电池提供能源,车速321 km/h,能够达到直升机的2倍。整个飞行过程近乎静音,起降过程也要比一般飞机安静100倍。由于Joby S2使用的是电机,降落地面后能够利用环境中的风为其电池充电。此外,它只需消耗相当于传统汽车运输所消耗能源的1/5,因此在速度上比传统汽车运输快5倍的同时更加环保。

乔比飞机制造公司获得来自丰田汽车和因特尔公司为首的投资团队总计1亿美元(约合6.30亿元人民币)的资金,招聘120名工程师、电池专家、软件开发人员和飞行控制专家,在美国圣克鲁兹的一座机场中秘密设计和建造这款未来版的空中“的士”原型机。

该公司创始人兼首席执行官乔本·别福特表示,Joby S2的制造成本大约为20万美元(约合125.89万元人民币),由于是纯电动的,运行成本只有传统直升机的一小部分。它已在加州北部的私人机场进行了测试飞行,研发团队目前仍在改进这一产品。如果要真正上天,需要获得美国联邦航空管理局的飞行认证。


eVTOL:直接停在家门口

飞行汽车不再是梦

近期,空客公司研制的Vahana电动飞行出租车eVTOL首次安全试飞。飞机在安全降落前飞行高度达到了5 m,自动驾驶持续了53 s。

eVTOL宽6.2 m,长5.7 m,高0.23 m,重750 kg。外观结构类似直升机,能够垂直起飞和降落,拥有2组旋转机翼,每组机翼上装载有4个电动发动机,客舱能够容纳1名乘客。它最初将由一名驾驶员负责操控,当相关技术发展成熟以后将转为全自动驾驶。一旦发生意外,“飞的”配有弹道降落伞,可以在低空使用。

“Vahana是一个相当现实的项目,计划在2020年推出量产版,以解决人口密集城市地区日益严重的交通拥堵问题。”空客首席执行官托马斯·恩德斯强调道,“除了开发交通工具,我们还在努力推动关键技术向前发展,协助制定自动飞行器认证和运营管理制度,建立一个生态系统,协助建设面向未来的垂直城市。”

2017年5月9日,空客位于硅谷的A3先进技术实验室自动驾驶系统负责人雅恩·斯托谢克透露,空客于2016年初启动了代号为Vahana的项目,推出eVTOL自动飞行电动出租车,最终目标是建立一个自主客运无人机系统,类似于无人驾驶汽车车队,可用于在城市中从屋顶飞到屋顶。

Vahana自动飞行汽车平台既能够载人也能运货,还可以为亚马逊这类公司充当最后一公里配送服务的提供者。空客研发团队乐观地展望,市场对自动化客运及货运交通工具的需求最终可能让数百万辆eVTOL遍布全球。就目前而言,产品的实地测试中面临着巨大障碍,迄今为止没有任何国家允许这种飞行测试。虽然无法验证在城市地区运营这类交通工具的可行性,但是空客已与新加坡民用航空局签订了一个备忘录,允许空客的直升机子公司在新加坡国立大学的校园里测试无人机送货服务。


Uber Elevate:预计1~3年实现首飞

飞行汽车不再是梦

2016年10月,优步发布的“Uber Elevate飞行出租车服务白皮书”称,Uber Elevate是经过特别设计的垂直起降直升机,采用多旋翼和固定翼,配有可充电电池,拥有零排放的优点,单次充电可行驶160 km,能搭载数名乘客,发出的声音比一般的直升机要小。这款飞行出租车将给通勤带来彻底变化,72 min的汽车行程仅需15 min,最高车速可达到240 km/h。按需订制的飞行汽车服务将潜在改善城市机动性,使人们在一定程度上缩短日常通勤时间。

摩尔目前担任优步公司飞行工程部主管,致力于研制Uber Elevate飞行出租车。他预测,这款飞行汽车全新的VTOL飞行器未来将穿梭于各个城市和郊区之间,就像是航空枢纽,只是相较于后者能在人口更加稠密的地区展开运行。未来优步客户能乘坐传统汽车到达离其最近的“垂直升降机机场”,然后再搭乘Uber Elevate到达目的地。这款飞行出租车可能在1~3年内投入运营,不过他对飞行汽车的自动驾驶则持相对保守的态度。这位航空工程师建议,为了预防一些突发状况,仍然需要人类驾驶员,“垂直升降机机场”之间的距离则需要被控制在80.47~160.94 km之间。

2017年4月,优步首席产品官杰夫·霍尔登宣布,优步将于2020年开始测试Uber Elevate,并在2023年全面运营。先在德克萨斯州达拉斯-沃思堡和阿联酋迪拜两地部署飞行出租车,并由此组建Uber Air飞行出租车网络。收费标准为每乘客每英里1.32美元(约合8.3元人民币),略高于Uber X(优选轿车)服务费用。但从长远来看,飞行出租车的经济开销和时间成本将低于买车。

优步将与美国宇航局合作,2023年在洛杉矶正式推出Uber Elevate飞行出租车服务。到那时,人们只需要拿出手机在APP上输入自己所在地和目的地,就能一键呼叫一架共享飞行出租车,和当前的网约车预约方式并无太大区别,但是能够大大缩短乘搭时间。洛杉矶是继德克萨斯州达拉斯-沃思堡和阿联酋迪拜后的第三个空中出租车测试地点,期望能于2028年洛杉矶奥运会前投入服务。优步还计划不久的将来在悉尼和墨尔本推出Uber Elevate飞行汽车服务,目前正在评估将此项服务推向澳洲两大城市的可能性。

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