GM Precept: Un Amplio Sedán con una Aerodinámica que Bate Records del Mundo

  • Ligero, de alto rendimiento, máximo uso de la tecnología informática
  • Dos versiones: Tecnología de célula de combustible y propulsión híbrida en paralelo

París: El Precept, el vehículo de concepto de GM muy económico y de alto rendimiento, se presenta en Europa en el Salón Internacional del Automóvil de París 2000 (del 30 de septiembre al 15 de octubre). El GM Precept se caracteriza por el más bajo coeficiente aerodinámico (Cx = 0.163) registrado en un coche para cinco pasajeros con la carrocería de un Sedán de cuatro puertas. La versión del Precept que se exhibe en París está propulsada por célula de combustible que transforma hidrógeno puro en electricidad. GM también ha desarrollado una versión del Precept con un sistema de propulsión híbrido paralelo.

El Precept FCEV (la versión de célula de combustible) incorpora un sistema de almacenamiento de hidrógeno que le permite una autonomía de hasta 800 kilómetros. Para conseguir reducir al mínimo el peso de la carrocería del GM Precept, se ha utilizado abundantemente el aluminio. Otras características importantes son un sistema de cámaras para visualizar la parte de atrás del coche y un sofisticado sistema de control electrónico.

El Precept es el último ejemplo de la capacidad y el compromiso de GM para desarrollar vehículos eficientes, asequibles y respetuosos con el medio ambiente. El Precept evolucionó como consecuencia de la participación de GM en la Asociación para una Nueva Generación de Vehículos (PNGV) y un esfuerzo conjunto entre el Gobierno de EE UU y las industrias de automoción del país que comenzó en 1993. Los objetivos concretos de la Asociación son conseguir reducir las emisiones y obtener la máxima eficacia en la economía de combustible sin renunciar a la seguridad, al rendimiento, a un precio asequible o a la funcionalidad.

Mientras que los parámetros fijados por el PNGV sirvieron de catalizadores para el Precept, la estructura de máxima eficiencia y el sistema de propulsión, resultan una solución exclusiva creada por General Motors. Además, las mismas tecnologías desarrolladas en el programa Precept han sido aprovechadas por otros vehículos avanzados de GM, como el G90, de alto rendimiento y bajas emisiones, presentado en el Salón del Automóvil de Frankfurt en septiembre de 1999.

El sistema de pila de combustible del Precept se desarrolló en el Centro Global de Propulsiones Alternativas (GAPC). Este centro de investigación de GM cuenta con aproximadamente 250 especialistas en Estados Unidos (Rochester y Warren) y en Alemania (Mainz-Kastell). El GAPC es también el lugar de nacimiento del coche de concepto de pila de combustible HydroGen1 basado en el monovolumen compacto Opel Zafira. En los Juegos Olímpicos de Sydney 2000, el HydroGen1 fue el pace car para la maratón masculina y femenina.

La Arquitectura: Ligera y Ultra-Eficiente

El Precept utiliza una estructura de carrocería ligera construida con estampaciones de aluminio, extrusiones y piezas de fundición. Los paneles exteriores están fabricados en aluminio y composite. Los soportes del parachoques están fabricados en fibra de carbono.

Dado que el peso soportado por los neumáticos delanteros se ha reducido significativamente, no se precisa de dirección asistida. El sistema de suspensión controlado por computadora, mantiene un nivel de altura de marcha, independientemente del número de pasajeros y de las variaciones de la carga. La fuente de aire comprimido de los amortiguadores se puede conectar a los neumáticos radiales Michelin Proxima para hincharlos. Las llantas de aluminio del Precept pesan cada una sólo 3,8 kg, lo que las convierte en las ruedas de 16 pulgadas más ligeras del mundo. Los frenos de fricción del Precept ahorran aún más peso. Un avanzado sistema de frenos utiliza una pequeña bomba hidráulica de alimentación eléctrica situada muy cerca de cada pinza de freno.

Mejor Coeficiente Aerodinámico del Mundo con Carrocería de Cuatro Puertas

El mantenimiento de una distancia constante con el suelo, junto con el acabado liso de los bajos del vehículo, entradas y salidas traseras del aire refrigerante y otras características aerodinámicas –así como con una puesta a punto exhaustiva en el túnel de viento– han permitido conseguir el coeficiente de resistencia aerodinámica más bajo jamás registrado en un sedán familiar de cuatro puertas con capacidad para cinco pasajeros (Cx = 0.163). La eficiencia del diseño del Precept es tal que la adición de espejos retrovisores exteriores convencionales aumentaría la resistencia en más de un 17%. Por este motivo, el Precept emplea dos cámaras diminutas en vez de espejos retrovisores exteriores que, cuando se combinan con una tercera cámara retrovisora situada en el interior de la luna trasera, se consigue una visibilidad trasera panorámica en una pantalla de cristal líquido fácilmente reconfigurable por el conductor.

Interior: Atractivo, Funcional y Orientado a las Necesidades del Conductor

El interior del Precept es prácticamente tan futurista como su exterior y sus componentes mecánicos. Los materiales avanzados de la tapicería interior no sólo ahorran aún más peso, sino que también proporcionan comodidad añadida y un aspecto más atractivo. Los asientos delanteros constan de una estructura revestida de acero y aluminio, con una pequeña parte descubierta de relleno de gomaespuma y materiales embellecedores para los almohadones reforzados. Un Centro de Control para el Conductor ofrece un interface exclusivo entre el conductor y el vehículo que se utiliza para manejar el automóvil. Para poner en marcha y conducir el vehículo no se precisa de ninguna llave convencional; en lugar de esto, el conductor introduce un código de seguridad de cinco dígitos mediante el teclado situado debajo de la pantalla de visualización, oprime el botón RUN y cambia la marcha de estacionamiento del vehículo y alterna entre marcha adelante o atrás mediante otra serie de pulsadores.

Un commutador en el panel de control actúa como un ratón para la computadora oculta en el panel de instrumentos. La pantalla está situada delante, justo debajo de la base del parabrisas, de forma que es necesario desviar muy poco la vista para mirar y chequear los instrumentos. Hay tres categorías distintas de información: una visión de la parte trasera proporcionada por las 3 cámaras de vídeo, datos del vehículo – como la velocidad y el combustible -; y también entretenimiento y parámetros del sistema de climatización.

Mayor Autonomía: Innovador Sistema de Almacenamiento de Hidrógeno

La versión de pila de combustible del GM Precept cuenta con un sistema de almacenamiento de hidrógeno que le permite una autonomía de hasta 800 kilómetros. El Precept FCEV representa alta tecnología, una visión futurista de lo que General Motors cree que será el sistema de propulsión a largo plazo para los vehículos prácticos y de gran eficiencia del próximo milenio.

Las células de combustible utilizan reacciones electroquímicas continuamente para generar corriente eléctrica. En principio, operan como una batería en la que los componentes activos – en este caso hidrógeno y oxígeno – son suministrados continuamente a la célula en lugar de almacenarlos. Las células de combustible representan un sistema de conversión de energía ideal ya que no contienen partes móviles y los productos que producen – calor y vapor de agua – no suponen ningún perjuicio para el medio ambiente.

La electricidad del sistema eléctrico del vehículo se consigue mediante una pila de célula de combustible PEM (Electrolito de Membrana de Polímero) formada por 400 células y 100 kW que funciona de 260 a 340 voltios. La pila de célula de combustible diseñada y construida por GM entrega una potencia estándar con un diseño muy compacto, superando 1.0 kW por litro y 1.0 kW por kilogramo. La pila se desarrolló para funcionar con bajas presiones de hidrógeno y aire, lo que permite la utilización de un compresor de aire de baja potencia. La pila puede arrancar y funcionar a cualquiera de las temperaturas que se necesitan en los vehículos modernos.

El oxígeno que se necesita para que la pila de la célula de combustible funcione proviene del aire. El hidrógeno se almacena a bordo en “estado sólido” a relativamente baja temperatura y presión. El tanque de hidrógeno de GM contiene material de “hidruro químico” especialmente formulado. El hidruro químico se ideó para liberar el hidrógeno almacenado con muy buen rendimiento y a la misma temperatura a la que funciona la pila de célula de combustible, consiguiendo casi doblar la autonomía de combustible de un depósito de gasolina del mismo tamaño. La batería eléctrica proporciona calor a una pequeña sección del depósito, consiguiendo que los arranques sean más rápidos. La combinación de un arranque instantáneo y la liberación del hidrógeno del hidruro químico de una forma más rápida son las claves para alcanzar una buena aceleración del vehículo.

El hidrógeno se produce fuera del vehículo mediante una variedad de recursos que son los más acordes con las fuentes de energía primaria disponibles en cada zona del mercado. El hidrógeno se reposta mediante una boquilla y una apertura especiales. La boquilla y la apertura del vehículo funcionan como un sistema con engranajes de seguridad mecánicos, eléctricos y electrónicos que generalmente permite un repostaje rápido en cinco minutos.

“El Precept FCEV es un concepto de sedán familiar con capacidad para cinco pasajeros que reduce el consumo de combustible a 2.94 litros a los 100 kilómetros (equivalente al consumo de gasolina), acelera de 0 a 100 k/h en nueve segundos y cuenta con una autonomía de combustible de 800 kilómetros”, afirmó Byrond McCormick, Co-Director Ejecutivo del Centro Global de Propulsiones Alternativas de GM. “Se trata de un vehículo “sin inconvenientes” que destaca por sus excelentes prestaciones, por el confort y por no producir emisiones. Y todo ello sin comprometer la seguridad en la conducción, la resistencia a los impactos y un repostaje seguro.

Las células de combustible al principio fueron desarrolladas para el Programa Espacial de Estados Unidos, y actualmente proporcionan energía a los transbordadores espaciales. Sin embargo, esta tecnología no es nueva para General Motors. Primero GM condujo las pruebas de célula de combustible en 1964 y después produjo el primer vehículo de la industria del automóvil propulsado por un motor eléctrico de célula de combustible en 1968. McCormick dijo que hay que reconocerle el mérito al gobierno de Estados Unidos por muchos de los avances conseguidos en la tecnología de célula de combustible.

“Apreciamos los esfuerzos del Departamento de Energía de Estados Unidos y del PNGV para ayudarnos a trasladar la tecnología de célula de combustible desde el sector aeroespacial al sector industrial”, afirmó. “En GM hemos acelerado el ritmo de la investigación y el desarrollo de la tecnología de célula de combustible hasta tal punto, que tenemos la misma sensación que en la industria de la informática, en la que los nuevos productos y sus accesorios llegan a estar obsoletos antes de ponerse a la venta. Por ejemplo, actualmente estamos desarrollando nuestra 10ª generación de pila de célula de combustible, incorporando mejoras en el diseño casi cada dos meses.”

General Motors ha conseguido grandes mejoras en las prestaciones de su tecnología de célula de combustible. Los esfuerzos más recientes se han concentrado en resolver problemas prácticos asociados con la utilización de la célula de combustible en los automóviles en la vida diaria tales como las temperaturas inferiores a 0º C. Científicos e ingenieros del Centro Global de Propulsiones Alternativas demostraron recientemente que con las pilas de célula de combustible de GM se puede conseguir un arranque rápido por debajo de -40º C. Existen otros retos que superar en nuestro camino hacia delante. Junto con la reducción de costes, los especialistas del Centro Global de Propulsiones Alternativas se ocupan actualmente de desarrollar sistemas de alimentación de hidrógeno más ligeros y compactos. McCormick dijo al respecto: “El GM Precept FCEV y el HidroGen1 basado en el Zafira da muestra de nuestra capacidad para construir vehículos de célula de combustible. Ahora la tecnología y la infraestructura se tienen que desarrollar hasta el punto de conseguir que sea fácilmente accesible a los clientes.”

“Creemos que el hidrógeno será el combustible del futuro”, afirmo Larry Burns, Vice-Presidente de GM, responsable de investigación y desarrollo y de la gama global de productos. “La tecnología de pila de combustible cuenta con el potencial de poder utilizar hidrógeno como combustible. Nuestro objetivo es dedicarnos a la investigación de este combustible como parte de la gama de opciones de GM y distanciarnos finalmente de las polémicas medioambientales concernientes a las emisiones de los automóviles y la economía de combustible.”

Alternativa Interesante: Precept HEV con Sistema de Propulsión Híbrido Paralelo

La versión híbrida del GM Precept está propulsada por un motor eléctrico que acciona las ruedas delanteras y un motor turbodiesel con inyección directa common-rail que propulsa las ruedas traseras. El sistema de propulsión híbrido paralelo, dirigido por sofisticados controles electrónicos, ayuda al Precept a aproximarse a su objetivo de consumir 2,94 litros a los 100 km.

El sistema de propulsión híbrido paralelo, con un mecanismo de doble eje, incorpora un motor eléctrico trifásico de 48 CV/35 kW que propulsa las ruedas delanteras y un motor de tres cilindros y 1.3 litros turbodiesel (54 CV/40 kW) con inyección directa common-rail que acciona las ruedas traseras. Los dispositivos de conversión múltiple de energía se utilizan para la propulsión porque facilitan el funcionamiento de cada zona de manera óptima. Los sofisticados controles electrónicos interpretan las órdenes del conductor y gestionan todos los aspectos del funcionamiento del sistema de propulsión.

El cerebro de todo el sistema de propulsión híbrida es un controlador que se basa en un procesador de PC. Este dispositivo de 32-bit, con procesador a 266MHz, lleva a cabo un diálogo en dos sentidos con los siguientes dispositivos: pedal del acelerador, pedal del freno, cambio de marchas, sistema de gestión de energía, sistema de tracción eléctrica, unidad multiusos, controlador del motor diesel, controlador del diferencial, controlador del sistema térmico y controlador de frenos. Se adoptan decisiones sencillas para optimizar todas las operaciones, como en el caso del sistema inteligente de calefacción y refrigeración. Concretamente, el sistema desplaza automáticamente la energía térmica que, de otro modo gastaría inútilmente, a donde sea preciso; incluso prevé cuando podría formarse vaho en el parabrisas y toma medidas para evitarlo. En el Precept, cuarenta y siete módulos de computadora distribuidos proporcionan un control inteligente para convertir a este modelo en el vehículo más computerizado del mundo.

Componente Clave: Cambio de Marchas Controlado Automáticamente por Ordenador

Un componente clave del sistema de transmisión híbrido es su exclusiva caja de cambios, de alta eficiencia, que permite el cambio automático de marchas. Se eliminaron la quinta marcha y la marcha atrás (la marcha atrás se consigue mediante el sistema eléctrico de tracción situado en la parte delantera del vehículo). El cambio de marchas mediante el embrague se convirtió en una operación automática controlada por ordenador.

Como resultado, el motor turbodiesel puede arrancarse con cualquier marcha y es posible el intercambio entre cualquiera de las marchas. Además, el tiempo requerido para un cambio de marchas o para arrancar el motor es de aproximadamente 0,7 segundos. Y lo que es más importante, las pérdidas de rendimiento gracias a este diferencial son significativamente menores.

Otra ventaja fundamental del planteamiento paralelo-híbrido, de doble eje, es que ofrece el uso máximo de un sistema de frenado mejorado en las cuatro ruedas. Cuando el conductor quita el pie del acelerador o pisa el pedal del freno, automáticamente la energía se convierte en energía eléctrica y se utiliza para recargar la batería, situada bajo el asiento delantero. Sólo esto supone un ahorro de más 0,5 l./100 km en modo combinado urbano-carretera, lo que ayuda al Precept a aproximarse al objetivo de 2.94 l./100 km. Una ingeniosa unidad multifunción gestiona un sistema regenerativo de frenos a través de las ruedas traseras, además de llevar a cabo otras cinco funciones: aporta 14 CV de potencia cuando se desea la aceleración máxima, arranca el motor trasero, acciona el compresor de aire acondicionado cuando el motor está parado, el motor puede utilizarlo como un generador para recargar la batería y se usa para sincronizar las marchas del cambio sin embrague.

Se han examinado dos de los sistemas de batería más avanzados del mundo para incorporarlos al Precept: la primera aplicación en el mundo de baterías de polímeros de litio para la propulsión de vehículos híbridos y una nueva generación de baterías de níquel-hidruro. Se ha utilizado abundantemente el aluminio en el chasis y en la carrocería para conseguir reducir al máximo el peso.

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