eVTOL能否成就飛行汽車商業(yè)化？

文 / 本刊記者 趙子垚

智能電動汽車的發(fā)展又開拓出一個全新的交通領域方向——以eVTOL飛行器為代表的飛行汽車。傳統(tǒng)或新興車企均投入其中，拿出了哪些產(chǎn)品及相關技術(shù)概念？汽車“飛上天”又需先在哪些方面靴子落地？

時隔三年，當?shù)貢r間9月14日，北美國際車展終于回歸，不過論人氣，這個彼時的全球五大車展之一在展品規(guī)模上卻稍顯落寞。在展會空檔期，國際消費電子展（CES）正在逐漸蓋過該地區(qū)傳統(tǒng)車展的熱度，以至在本屆車展中并未有太多具有前瞻概念的汽車新品。

然而，總會有展品讓人耳目一新，一款來自日本初創(chuàng)企業(yè)的“飛行自行車”XTurismo亮相并宣布開啟預售。據(jù)稱，這輛“展車”采用混合動力，具有兩個主螺旋槳和四個輔助螺旋槳，可在100公里時速下，最大有效載荷100千克，續(xù)航40分鐘。盡管其公開的幾項評價指標參數(shù)并不突出，但該公司還是為這款產(chǎn)品開出了77.7萬美元的預售“天價”。當然，由于當前法律限制，“飛行自行車”既無路權(quán)也無適航許可，所以即便售出依然不過是大號“玩具”。

在近未來的科學幻想中，飛行汽車是一種有效解決城市擁堵、實現(xiàn)最小化交通流量的載具模式，可充分利用城市低空環(huán)境，在客運、貨運、個人飛行器、應急服務等多種場景“大有作為”。如今，將幻想落歸于現(xiàn)實，伴隨汽車電動化、智能化技術(shù)的發(fā)展，飛行汽車似乎已做好前序技術(shù)的鋪墊，基于電驅(qū)動的垂直起降飛行器（eVTOL）正在吸引包括汽車行業(yè)、航空航天企業(yè)、運輸行業(yè)等多方關注。同時，由于eVTOL采取分布式推進，其在更高安全性、更低碳排放及低噪聲等方面的可觀預期，也使得飛行駕駛規(guī)?；?、大眾化應用的瓶頸及障礙逐步降低。

據(jù)不完全統(tǒng)計，奔馳、豐田、通用、Stellantis等傳統(tǒng)跨國車企均已表露出著手研發(fā)飛行汽車的意愿。而在實際行動上，大眾、通用、吉利、小鵬等四家傳統(tǒng)或新興車企正在eVTOL產(chǎn)品進度、技術(shù)相關配套等方面走在前列。

大眾、通用特色不一

起初，大眾集團并未有與eVTOL產(chǎn)品直接相關的公開規(guī)劃，其電動化轉(zhuǎn)型的主要精力仍聚焦于地面出行工具。不過，大眾長期合作伙伴Italdesign與空客公司在2017年日內(nèi)瓦車展聯(lián)手發(fā)布的一款飛行汽車模型Pop.Up，卻為該集團提供了一個中途加入的契機。隨后，大眾旗下奧迪股份公司參與到這起合作之中，并在次年的同一車展上，與Italdesign、空客共同推出新版Pop.Up Next概念“車型”，并預計在2025年實現(xiàn)量產(chǎn)。

據(jù)悉，模塊化是Pop.Up Next這款產(chǎn)品的顯著特征，可分離的垂直起降旋翼飛行模塊、座艙模塊和汽車底盤三者結(jié)合，令其相比其他eVTOL飛行汽車，仍保留了不少傳統(tǒng)汽車設計元素。其中，飛行模塊擁有4個螺旋槳，由一臺160kW電動機驅(qū)動，在飛行狀態(tài)下，飛行及座艙模塊可在120公里時速下跨越50公里。座艙部分則由碳纖維制造，其內(nèi)部可容納兩名乘客，采用無方向盤設計，并聲稱具備自動駕駛功能。車輛模塊在單次充電情況下可續(xù)航130公里，最高時速100公里。目前，Pop.Up Next項目參與三方已進行1/4模型的公開模擬測試并取得成功，在此次測試中，飛行模塊將座艙準確地放置于車輛模塊上，隨后車輛模塊依靠自動駕駛平穩(wěn)開出試驗場。不過，其技術(shù)驗證機測試過程已表明飛行模塊和車輛模塊都需要專用充電站做配套支持，這無疑也對Pop.Up Next商業(yè)化開拓造成制約。

模塊化是Pop.Up Next這款產(chǎn)品的顯著特征，可分離的垂直起降旋翼飛行模塊、座艙模塊和汽車底盤三者結(jié)合，令其相比其他eVTOL飛行汽車，仍保留了不少傳統(tǒng)汽車設計元素。

因此，大眾集團層面也有一體化eVTOL合作產(chǎn)品在著手 推 進。7月28日，大 眾 汽車中國聯(lián)合英國設計咨詢公司 Tangerine 和中國航空制造商山河科技發(fā)布V.MO原型機。據(jù)稱，該原型機通過8個垂直起降旋翼以及2個航向水平推進螺旋槳，可在運載4名乘客以及行李物品的情況下飛行200公里。大眾汽車中國計劃于今年下半年通過數(shù)輪飛行試驗加快方案優(yōu)化，令改進后的原型機在2023年夏季進行更高標準的試飛測試，達到早期規(guī)劃的200公里時速以及單次充電60分鐘續(xù)航階段目標。

2021年CES展，通 用 汽車公布了凱迪拉克飛行汽車（VTOL）開發(fā)計劃。據(jù)了解，凱迪拉克VTOL是一款純電動的多功能飛行器，飛行器內(nèi)部僅設有單人座位，電池組容量為90kwh，能夠以最高時速90公里實現(xiàn)點對點出行。彼時，通用汽車CEO瑪麗·博拉聲稱：“我們堅信電動汽車的未來，將不限于道路上行駛的汽車。”并表示通用汽車的Ultium電池系統(tǒng)的強度和靈活性，足以為空中汽車提供動力。

四對旋翼、超輕型車身的凱迪拉克VTOL有些像科幻作品中“單人飛行器”概念，其載重能力未有過多體現(xiàn)。不過，得益于Ultium電池系統(tǒng)的靈活組合能力、成本及地面補能舉措的相對便利，通用汽車不必為凱迪拉克VTOL額外設計專用電池，只需在布置形式方面進行重量分布設計和重心調(diào)整。這使得凱迪拉克VTOL的開發(fā)過程也相較容易，可以更關注于飛控系統(tǒng)及適航標準方面的研發(fā)與匹配。

吉利、小鵬各有進展

2017年，吉利汽車斥資收購飛行汽車公司Terrafugia（后與無人機創(chuàng)業(yè)團隊AOSSCI合并為沃飛長空）。該集團的最初設想是依托飛行汽車與曹操專車等聯(lián)合打造立體的智能出行生態(tài)體系，完善其在大出行領域的產(chǎn)業(yè)鏈布局。如今，Terrafugia TF-1已取得美國聯(lián)邦航空局（FAA）適航證書，意味著其產(chǎn)品將能投入合法商業(yè)化運營，距離“上天”又近了一步。

隨后，沃飛長空結(jié)合Terrafugia TF-1技術(shù)驗證機的研發(fā)經(jīng)驗，在2022年8月首次公布TF-2飛行汽車全尺寸技術(shù)驗證機及研制進展。據(jù)了解，TF-2是一款純電垂直起降5座級飛行汽車（eVTOL），特點是能夠以直升機1/4～1/6的運營成本提供涵蓋城市圈的出行服務。當前TF-2全尺寸技術(shù)驗證機已完成總裝下線，預計于2022年底實現(xiàn)首飛。此外，沃飛長空方面聲稱已突破傾轉(zhuǎn)動態(tài)過程的關鍵技術(shù)，并同步完成TF-2縮比樣機傾轉(zhuǎn)動態(tài)的驗證過程，將發(fā)力低空出行、“亞支線”低空物流等市場領域，瞄準大規(guī)模商業(yè)運營。

小鵬汽車旗下小鵬匯天在飛行器方面確實已積累一定經(jīng)驗。不過，就其于2020年北京車展期間公布的旅航者T1來說，其嚴格意義上是具備VTOL屬性的低空“無人機”。當時，這款產(chǎn)品被表述為可在5-25米的低空飛行高度，配備自動駕駛系統(tǒng)，支持垂直車位起降，并支持智能交互和低空智能地圖導航。自2013 年涉足飛行器領域以來，小鵬匯天截至目前共研制五代智能電動載人飛行器，除兩代驗證機外，目前小鵬飛行家族共有旅航者 T1、X1、X2等三款實物產(chǎn)品。2021年10月，小鵬匯天又發(fā)布了第六代飛行汽車概念機型，根據(jù)官方透露，該飛行汽車計劃采用創(chuàng)新設計的機臂、槳葉折疊及鎖止結(jié)構(gòu)，以探索陸行、飛行兩種不同場景的自動切換。

當然，小鵬匯天并未被“低空”場景所局限，該公司已公開表示旅航者X2將前往迪拜開展符合性驗證飛行測試。據(jù)悉，旅航者X2是一款雙人智能電動飛行汽車，機身采用碳纖維結(jié)構(gòu)，空機含電池重量為560公斤，擁有最高35分鐘的續(xù)航時間，最高飛行高度為1000米，最大飛行時速130公里。小鵬匯天方面稱其擁有自主飛行路徑規(guī)劃能力，即通過多傳感器實現(xiàn)對地監(jiān)控、無死角環(huán)境感知、自助返航降落、百公里雙向?qū)崟r通信等功能。此外在安全方面，旅航者X2布置八組獨立電池以實現(xiàn)冗余供電，以及整機彈射降落傘、24小時監(jiān)控系統(tǒng)等配置來保障飛行安全。目前，該產(chǎn)品已累計進行15000次試飛。

截至目前，除了汽車企業(yè)在探索eVTOL方向的發(fā)展前景外，谷歌、英特爾、優(yōu)步等科技巨頭也躋身其間。部分公司也制定了相應量產(chǎn)時間表。據(jù)incoPat全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫檢索信息，目前公開有效的“飛行汽車”專利和申請數(shù)量已從200個（2010年）增長至600個（2020年）。截至2021年，全球據(jù)統(tǒng)計已有超過200家企業(yè)或機構(gòu)在研發(fā)約420種型號的飛行汽車產(chǎn)品。

政策、技術(shù)仍有制約

根據(jù)近來市場的可見預期，摩根士丹利根據(jù)技術(shù)發(fā)展情況和政策配套進度對2040年的全球eVTOL市場規(guī)模進行預估：技術(shù)發(fā)展最為樂觀，監(jiān)管政策也能夠及時放開的情況下，eVTOL市場規(guī)模可能達到29000億美元；當技術(shù)成熟程度和政策配套均為中等水平時，市場規(guī)模為15000億美元；而最不樂觀的情況，市場規(guī)模也會達到6150億美元。羅蘭·貝格方面也曾發(fā)布相似預測，“到2050年，全球范圍內(nèi)將有約10萬架eVTOL飛行器在運行，它們將用作空中出租車，機場班車和城際航班服務?！彼?，在eVTOL廣闊的發(fā)展?jié)摿χ?，哪些瓶頸及障礙在制約其規(guī)?；?、大眾化應用？從上述摩根士丹利觀點來看，還是政策和技術(shù)兩大方面。

先看迭代相對快速的技術(shù)。eVTOL的核心子系統(tǒng)主要包括電池、動力、飛控、航電、通訊、導航及整機結(jié)構(gòu)等，但在目前，其每個子系統(tǒng)都面臨著設計及適配開發(fā)的挑戰(zhàn)。

首先是電池系統(tǒng)。盡管電池技術(shù)在汽車電動化轉(zhuǎn)型的發(fā)展浪潮中取得很大突破，但eVTOL對電池的要求卻與電動汽車和小型無人機不同，其要求電池在較輕自重下既可以保證足夠長的續(xù)航，又可以滿足起降階段的高功率密度。與此同時，由于eVTOL無法同汽車剎車一般隨時制動，所以對電池可靠性的考量會更加嚴苛，確保在供電失效或故障等極端情況下實現(xiàn)安全降落。由此也不難理解，為何通用汽車選擇優(yōu)先在Ultium電池系統(tǒng)方面著手凱迪拉克VTOL的開發(fā)工作。

其次是飛控系統(tǒng)。在飛行過程中，eVTOL將完全依賴飛控系統(tǒng)實現(xiàn)飛行器的感知、控制和決策。但由于eVTOL將涉及到城市低空使用場景，意味著其無法將小型無人機、民航飛機的成熟飛控系統(tǒng)方案拿來應用，需要對飛控系統(tǒng)的自主性做有針對的優(yōu)化設計。而在整機結(jié)構(gòu)方面，在eVTOL供應鏈上，機體結(jié)構(gòu)從定制到低成本量產(chǎn)顯然還要經(jīng)過漫長的積累過程，其他的航電系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和導航系統(tǒng)成規(guī)模制造，顯然也需更多的產(chǎn)業(yè)布局及發(fā)展。

發(fā)展eVTOL在適航政策方面的難點，則在于現(xiàn)有飛行規(guī)則尚不明晰，甚至可以說，目前全球缺乏飛行汽車的統(tǒng)一認證標準以及空域管理規(guī)章體系。當eVTOL產(chǎn)品可以成規(guī)模下線后，這類飛行器的交通管理系統(tǒng)怎樣與現(xiàn)有的空中交通管理系統(tǒng)協(xié)同工作，顯然還需要eVTOL運營商、通信系統(tǒng)服務提供商、數(shù)據(jù)服務提供商和監(jiān)管機構(gòu)經(jīng)歷更多的協(xié)同挑戰(zhàn)。

不過盡管困難重重，相關政策也正在逐步推進。當前，中國民航局（CAAC）、美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）和歐洲航空安全局（EASA）都在制定相關的航空器適航標準。截至2021年，EASA已先后公布兩版eVTOL適航認證的擬議符合性評審方法。FAA方面也在加快制定更具體的eVTOL認證規(guī)則。目前，中國民航局雖然還沒有建立對eVTOL的適航認證，但大體政策向好。2022年8月22日，中國民航局就《民用無人駕駛航空發(fā)展路線圖V1.0（征求意見稿）》征求意見，提出了“先載貨，后載客；先通用，后運輸；先隔離，后融合”的發(fā)展路徑，設定出一系列無人駕駛航空產(chǎn)業(yè)運營和管理的發(fā)展目標。

亨利·福特在1940年提出“飛行汽車”的預言，認為飛機和汽車的混合體將成為現(xiàn)實。數(shù)十年來固定翼、旋翼式等各種汽車“飛上天”的構(gòu)想層出不窮，但都離商業(yè)化應用太過遙遠。如今，eVTOL的發(fā)展似乎又讓預言“成真”前行一步。