Prihodnost avtomobilov in avtomobilske tehnologije - hibridni, električni in brez voznikov

Avtomobili, ki so vedno bolj na voljo vsem, so zameglili razliko v družbenih razredih, razširili trge in spodbudili gospodarstvo. Ta industrija neposredno zaposluje več kot 2,6 milijona ljudi in po navedbah Auto Alliance predstavlja 3% do 3,5% bruto domačega proizvoda države (BDP).

Ameriška ljubezenska zveza z avtomobili se kaže v številu v lasti. Po podatkih Statističnega urada za promet je bilo leta 2012 v ZDA več kot 250 milijonov registriranih vozil ali po enega Američana, starejšega od 18 let. Povprečno gospodinjstvo ima 1,75 vozila. Vozniki so tisto leto prepotovali več kot 2,8 milijarde milj po 4,5 milijonih milj cest in avtocest ter 605 471 mostov v državi..

Potrošniki lahko izbirajo med številnimi proizvajalci avtomobilov, ki vse izdelujejo različne znamke, modele in oblike karoserije. Vozila lahko nato dodatno prilagodite glede na barvo, tip motorja, menjalnik, notranjo opremo in vrsto koles. Poleg tega je na tisoče avtomehaničnih servisov, visokozmogljivih mehanikov in prodajaln za prilagajanje karoserije, pripravljenih uresničiti sanje katerega koli avtomobilskega lastnika.

Negativni vpliv avtomobilov na sodobno življenje

Za vse svoje prispevke k sodobnemu življenju je avtomobil povzročil tudi precej negativnih posledic za posameznike in družbo kot celoto:

Odhodki. Nakup in tekoče delovanje avtomobila je eden največjih izdatkov, ki ga tipična oseba opravi v življenju. Avtomobili predstavljajo približno šestino družinskega proračuna, kar pomeni več kot hrana ali zdravstveno varstvo in zavarovanje skupaj, poroča Urad za statistiko dela. BLS poroča, da je bil leta 2010 povprečen osebni avtomobil v ZDA star 11,4 leta in je vozil 11,318 milj, medtem ko je na plin in nafto kuril 2132 dolarjev. Poleg tega so vozniki v povprečju porabili 787 dolarjev za popravila in vzdrževanje.
Smrti in poškodbe. Po podatkih ameriškega urada za popis prebivalstva se od leta 1990 vsako leto zgodi več kot 10 milijonov nesreč z avtomobili, ki na leto povzročijo več kot 30.000 smrti. Medtem ko se stopnja vsako leto znižuje - kar odraža izboljšave v oblikovanju in novi tehnologiji, Nacionalna uprava za varnost cestnega prometa ocenjuje, da so bili leta 2010 stroški nesreč 871 milijard dolarjev.
Urban Sprawl. Število prebivalcev ZDA se je več kot potrojilo s 76 milijonov ljudi leta 1900 na 281 milijonov v letu 2000. Vendar pa se je po raziskavi Združenih držav iz leta 2002 število ljudi, ki živijo na metropolitanskem območju, od leta 1950 bistveno zmanjšalo. Sredi stoletja več več kot 7000 ljudi je zasedlo kvadratno miljo površine; leta 2000 jih je bilo manj kot 3.000 na kvadratno miljo. Ta širitev zmanjšuje učinkovitost množičnega tranzita in povečuje pritisk za izgradnjo obsežnejših cestnih in avtocestnih omrežij.
Zastoji. Po študiji mobilnosti v Teksasu A&M iz leta 2012 povprečni avtomobilski prevoznik porabi več kot 50 ur na teden, ko sedi v svojem avtomobilu, obtičanem v prometu. V mestih, kot so Los Angeles, Boston in New York, so zastoji več kot 60 ur na leto, zaradi česar Američani potujejo v skupnih 5,5 milijarde ur več, kot je potrebno, in kupijo dodatnih 2,9 milijarde litrov goriva.
Onesnaženje. Medtem ko je onesnaževanje ozračja pred avtomobilom, se večina znanstvenikov strinja, da so naši osebni avtomobili glavni vzrok globalnega segrevanja. Po podatkih Zveze zaskrbljenih znanstvenikov avtomobili in tovornjaki predstavljajo skoraj petino vseh ameriških emisij - približno 24 kilogramov ogljikovega dioksida in drugih plinov za globalno segrevanje na vsak galon plina.

Prihodnost avtomobilov

Čeprav so se avtomobili od njihove uvedbe bistveno spremenili, se hitrost izboljšav avtomobilov povečuje, zlasti v zvezi z napredkom za boj proti negativnim vplivom. Nekateri futuristi napovedujejo pojav avtonomnih avtomobilov - samovozečih avtomobilov - v naslednjem desetletju.

ExtremeTech poroča, da je Mercedes-Benz razstavil svoj avtomobil brez voznikov na razstavi Consumer Electronics 2015, luksuzno vozilo F-105, ki je opremljeno s sprednjimi sedeži, ki se zasukajo, tako da lahko voznik in sovoznik na sedežih sedita iz oči v oči s hrbtom sedeči potniki. BMW je medtem pokazal svoj i3 EV, da se parkira in lahko išče parkirno garažo za odprte prostore.

Po poročanju CNBC nekateri analitiki napovedujejo, da bodo novi proizvajalci, kot sta Google in Apple, izpodrinili tradicionalne množične proizvajalce avtomobilov, kot so General Motors, Ford, Honda in Volkswagen, ki bodo začeli z novo tehnologijo. Druge napovedi vključujejo naslednje:

Manj avtomobilov bo v lasti družin, saj lahko en sam avtomobil zaporedno in istočasno poslužuje različne člane, ne da bi čakal na voznika. Na primer, avtomobil brez voznikov se lahko vrne v domačo bazo po dostavi delavca v pisarno in je na voljo za prevoz drugih družinskih članov čez dan, preden se vrnejo, da poberejo prevoz iz mesta pozneje zvečer.
Povečana mobilnost se bo povečala, če ljudje uporabljajo avtomobile, ne da bi jih imeli v lasti.

Elementi pomembnih sprememb

Pomembne izboljšave bodo v prihodnosti zmanjšale negativni vpliv avtomobilov. Sem spadajo naslednji vidiki in elementi.

Oblikovanje

Prvi avtomobili so spominjali na vprežne kočije, ki so jih zamenjali, preproste škatle na kolesih. Zgodnji proizvajalci so imeli malo znanja o aerodinamiki - odpornosti predmetov, ki se premikajo po zraku, ali "vlečenju". Povlecite sorazmerno s hitrostjo. Oblika avtomobila, zlasti prednji del, neposredno vpliva na porabljeno energijo, ko vozilo premika naprej.

Drug učinek povečane hitrosti je dodatno dviganje - nagnjenost karoserije avtomobila, da se dviga s cestišča - iz zraka, ki teče pod avtomobilom, zmanjšuje oprijem in stabilnost med zavoji. Uporaba vetrovnikov je inženirje avtomobilskega oblikovanja usmerila k zmanjšanju ostrih robov in izboljšanju racionalizacije, s čimer so zmanjšali povleke, dviganje in porabo energije.

Posledično so modeli in modeli videti podobni, saj vsak proizvajalec hitro izkoristi kakršno koli prednost, ki jo je dobil tekmec. Prihodnji avtomobili bodo verjetno krajši z več zavoji, hkrati pa ohranjajo ali povečujejo notranji prostor za potnike.

Materiali

Teža avtomobila neposredno vpliva na porabo goriva, ki se uporablja med obratovanjem. Univerza v Washingtonu poroča, da je široka uporaba konstrukcije enoprostorcev, lahkih materialov in manjših motorjev zmanjšala povprečno težo avtomobila za 1700 kilogramov med letoma 1975 in 2009. Kljub temu pa je velik del prednosti nadomestil povečanje velikosti vozila in dodana funkcionalnost.

Nenehni zvezni pritisk za povečanje porabe goriva bo omogočil večjo uporabo lahkih jekel, aluminija, kompozitnih materialov in plastike za zmanjšanje teže in izboljšanje zmogljivosti. Na primer, telo Tesla Roadster je izdelano iz lahkega kompozita iz ogljikovih vlaken / epoksi, ki je močan kot jeklo in tehta 30% manj. Ko se stroški izdelave materiala zmanjšujejo, se bo vse več proizvajalcev obrnilo na revolucionarno nove kompozitne materiale za svoja vozila.

Mehanska učinkovitost

Štiritaktni motor z notranjim zgorevanjem je bil desetletja glavni vir energije za avtomobile. Skozi leta so tehnološki napredek, kot so dvojni previsni odmični ventili s štirimi ventili s spremenljivim krmiljenjem ventila, prisilna indukcija zraka, vbrizgavanje goriva, računalniško prilagojeno vbrizgavanje goriva in spremenljivo krmiljenje ventilov, povečali učinkovitost in moč motorja.

Široka uporaba krmilne enote motorja - vgrajenega računalnika, ki uravnava čas vžiga, mešanico zrak / gorivo in hitrost v prostem teku - ustvarja večjo porabo goriva in stalno diagnozo motorja. Menjalniki so učinkovitejši, razvijajo se od ročnega prestavljanja treh prestav naprej in vzvratne vožnje do samodejnega prestavljanja od šest do osem prestav in vzvratne prestave. Izboljšana hidravlika omogoča krmiljenje brez napora, protiblokirne zavore pa drastično skrajšajo čas in prostor za ustavljanje..

Od leta 2015 hibridi - kombinacija bencinskega in elektromotorja - v nekaterih delih ZDA niso postali priljubljeni. Po podatkih Experian Automotive (prek Adama Goldfeina) so v Kaliforniji prodali enega od štirih hibridov, kar je več kot naslednjih pet zveznih držav (Florida, Texas, New York, Virginia in Washington)..

Čeprav večina večjih proizvajalcev avtomobilov trenutno ponuja hibridni model, Toyotini modeli Prius prevladujejo na trgu s približno 5 milijoni skupne prodaje od leta 2000, poroča 24/7 Wall St., Ker se letna prodaja avtomobilov v ZDA od leta 2000 giblje tako nizko kot 10,4 milijona (leto 2009) do 17,4 milijona (leto 2000), hibridi predstavljajo manj kot 3% celotne prodaje od leta 2000 in po podatkih Green Car Reports v povprečju predstavljajo približno 3% celotne letne prodaje.

Mnogi opazovalci verjamejo, da je kombinacija naslednjega omejila prodajo hibridov do danes:

Visoke potrošniške cene v primerjavi s tradicionalnimi modeli motorjev (5000 USD ali več za primerljiv avtomobil)
Manj neodvisnih servisnih zmogljivosti, ki so sposobne servisirati ali popravljati hibride ali električne avtomobile, za kar potrebuje vzdrževanje avtomobila prodajalec
Pomanjkanje poznavanja potrošnikov z novo tehnologijo
Povečana učinkovitost porabe goriva pri plinskih motorjih
Avtomobilska kultura, ki idealizira konjske moči in hitrost avtoceste

Medtem ko so čisto električna vozila, ki jih poganjajo gorivne celice (ne hibridi), navdušila javnost, izboljšave gorivnih celic niso napredovale tako hitro, kot je bilo predvideno. Povprečni električni avtomobil ima 150 kilometrov omejitev vožnje in za polnjenje potrebuje 20 do 30 minut.

Nasprotno, Fordov Focus iz leta 2015 s štirivaljnim motorjem s fleksibilnim gorivom (mešanice bencin ali bencin-etanol) in 12,4-litrskim rezervoarjem lahko brez ponovnega polnjenja prevozi več kot 360 milj. Medtem ko bodo električni avtomobili v prihodnosti nadomestili tradicionalne vire energije, je najverjetnejši izid povečana priljubljenost hibridnega motorja, logični prehod med plinskim in električnim motorjem.

Goriva

Za večino svojega obstoja se je avtomobil zanašal na bencin - rafiniran naftni proizvod. Tetraetil svinec je bil v preteklosti dodan za večjo odpornost na samovžig, pogoj, ki jih gonilniki imenujejo "trkanje", ko je bil kontakt izključen. Od sedemdesetih let prejšnjega stoletja je etanol - obnovljivo gorivo, pomešano z bencinom - zamenjal svinec, kombinacijo pa včasih imenujemo "fleksibilno gorivo".

Druga goriva vključujejo naslednje:

Stisnjen zemeljski plin. Nekatera vozila, zlasti veliki tovornjaki in avtobusi, so zasnovana tako, da delujejo s stisnjenim zemeljskim plinom, fosilnim gorivom, ki gori čistejše od nafte in proizvaja manj onesnaževal. Zagovorniki nafte T. Boone Pickens zagovarjajo CNG kot boljše okoljsko in cenejšo alternativo bencinu. Vendar infrastruktura, ki bi CNG zagotavljala kot izvedljivo alternativo avtomobilu, ne obstaja, kar omejuje njeno privlačnost za avtomobiliste.
Elektrika. Električna in hibridna vozila so vse pogostejša, poraba goriva je približno 33% večja od bencinskega motorja. Medtem ko se avtomobili na baterije lahko polnijo doma ali na javnih polnilnih postajah, je razpon vozil, ki so samo na električni pogon, bistveno manjši od avtomobila na bencinski pogon s prostornino za shranjevanje 12 ali več litrov. Izboljšave v tehnologiji baterij so bile počasnejše od prvotno predvidenih, vozila na električni pogon pa ostajajo dražja kot alternativa na bencinski pogon. Kljub temu bodo električni avtomobili še naprej zbirali večji tržni delež, saj se bodo stroški proizvodnje zmanjšali in njihove okoljske prednosti postale očitnejše. Hibridni modeli, ki se napolnijo z bencinskim motorjem za polnjenje baterij ali napajanje električnega motorja, se lahko vozijo dlje od bencinskih vozil in obdržijo tudi prednost pri ekonomičnosti porabe goriva.
Vodik. Nekateri znanstveniki in proizvajalci avtomobilov zagovarjajo vodik kot gorivo prihodnosti, predvsem za njegove okoljske koristi. Leta 2014 je Hyundai začel zakupiti prvo vozilo na vodik v Združenih državah Amerike, Toyota pa je napovedala, da bo svoj prvi avtomobil na vodikov pogon prodala leta 2015. Večina večjih proizvajalcev ima avtomobile na vodik v razvoju. Vendar infrastruktura za gorivo, ki je potrebna za podporo vodika kot primarnega goriva, še ne obstaja.

Malo je verjetno, da bi katero koli nadomestno gorivo izpuščalo bencin kot glavno gorivo v avtomobilu pred letom 2025. Električni avtomobili in hibridna vozila bodo še naprej zbirali pomemben tržni delež, saj se bo razdalja, prevožena na električni naboj, povečala. Svetovna cena nafte bo močno vplivala tudi na morebitno veleprodajno pretvorbo v alternativno gorivo. Če se cene nadaljujejo pri 4,00 dolarja za galon ali več, se bo spodbudilo prehod na alternativna goriva.

Komunikacije

Elektronska komunikacija med avtomobilom in okoljem, v katerem deluje, je doživela najbolj dramatične spremembe. Globalni sistemi za določanje položaja (GPS) so na voljo v večini novih avtomobilov, čeprav so številni dodatki. Ko bodo ti sistemi postali standardni za vse nove avtomobile, bo v porabi sledenje vozil v realnem času in tudi spremljanje motorjev zunaj kraja. Sistem GPS je ključnega pomena za vozila brez voznikov.

Komunikacije med vozilom in vozilom (V2V) ter med vozilom in infrastrukturo (V2I) bodo postale običajne, tako da bodo avtomobili poleg spremenjenih razmer na cesti samodejno seznanjeni s položajem in premikanjem drugih vozil. Interaktivni cestni znaki in prometni signali bodo vozilom zagotavljali avtomatsko in stalno komunikacijo, kar bo omogočalo popravljanje smeri vožnje in hitrosti brez posredovanja voznika. Ko bodo ti elementi - že tehnično na voljo - postavljeni, bo avtomobil brez voznikov postal resničnost.

Ceste in avtoceste

V prihodnjih desetletjih bo ZDA obnovil svojo starajočo se infrastrukturo in vključil novo tehnologijo komunikacij. Omejeni pasovi za velike tovornjake so danes pogosti na avtocestah. Planiranje na meddržavnih avtocestah - posamezni avtomobili, ki so medsebojno elektronsko povezani in potujejo skupaj kot enota - bo postalo običajno, ko bo država obnovila avtoceste, da bi prilagodila komunikacijske zmogljivosti..

Omejitve hitrosti v preteklosti so bile naslednje:

Varnost voznika. Vožnja z nižjimi hitrostmi voznikom omogoča več časa za prilagoditev, če je potrebno, in zmanjšuje udarne sile. Nesreče na avtocestah se bodo drastično zmanjšale, saj računalniki zamenjajo človeške voznike, pri čemer se prvi prilagodijo, ko se spremenijo razmere na cestah in v prometu. Bralci bi morali opozoriti, da Autobahn v Zahodni Nemčiji nima zgornjih omejitev hitrosti in je že leta doživel stopnjo smrtnosti v prometu daleč pod ameriškim meddržavnim avtocestnim sistemom..
Gospodarstvo z gorivom. Omejitev hitrosti 55 milj na uro je zvezna vlada leta 1974 uvedla z Zakonom o ohranjanju energije na hitrih cestah, da bi zmanjšala porabo bencina. Mejne vrednosti so bile leta 1987 dvignjene na 65 mph in razveljavljene leta 1995. Malo je dokazov, da so spodnje omejitve hitrosti povzročile znatne nacionalne prihranke goriva.

Ko se nadomešča infrastruktura avtocest in se sorazmerno poveča število robotskih avtomobilov, bodo na državni ravni izginile največje omejitve hitrosti.

Varnost

Varnost voznikov in potnikov se je v zadnjih letih močno povečala z boljšo zasnovo vozila in uporabo samodejno nameščenih zračnih blazin. Samodejno krmiljenje luči z dolgim snopom je trenutno standardno pri številnih avtomobilih, zmogljivosti nočnega vida s samodejnim zaznavanjem pešcev na luksuznih modelih pa bodo morda že standardne do leta 2025. Zadnje nameščene radarske in večsmerne večoznačne kamere se že pojavljajo v razkošju modele avtomobilov in bo verjetno postal standard v prihodnjih letih.

Samodejni krmilni sistemi v sili, ki kombinirajo zaviranje in evasivelno krmiljenje, bodo v prihodnosti zmanjšali ali preprečili nevarna trka. Nissan Motor Corporation je med podjetji, ki razvijajo naprave za zaznavanje voznikove nezmožnosti varnega upravljanja vozila - senzorji, ki zaznavajo alkohol, kamere za spremljanje izrazov obraza ali programska oprema za prepoznavanje napak vožnje - za morebitno uporabo.

Končna beseda

Avtomobili prihodnosti bodo tako drugačni kot danes, kot so se prvi avtomobili razlikovali od konjskih in hroščev. Avtomobili brez voznikov bodo bistveno bolj energetsko učinkoviti, varnejši, manj škodljivi za okolje in varčnejši kot kateri koli način prevoza v človeških izkušnjah.

Prehod v prihodnost avtomobilov ne bo hiter, potreben bo vsaj ducat ali več let za nadomestitev obstoječega voznega parka v državi. Obnova avtocest in cest države za prilagoditev novi tehnologiji bo verjetno trajala še dlje, ko se bodo voditelji države spopadali s konfliktnimi nacionalnimi prednostnimi nalogami. Hitrost tehnoloških izboljšav se bo še naprej povečevala, vendar koristi od teh izboljšav verjetno ne bodo v celoti uresničene do leta 2050 ali pozneje.

Kakšne napovedi imate glede prihodnosti avtomobilov?