Przyszłość samochodów i technologii samochodowej - samochody hybrydowe, elektryczne i bez kierowcy

Samochody, które są coraz bardziej dostępne dla każdego, zatarły różnice społeczne, rozszerzyły rynki i pobudziły gospodarkę. Przemysł zatrudnia bezpośrednio ponad 2,6 miliona osób i według Auto Alliance stanowi 3–3,5% produktu krajowego brutto (PKB).

Amerykański romans z samochodami jest widoczny w liczbie posiadanych. Według Bureau of Transportation Statistics w USA zarejestrowano ponad 250 milionów pojazdów w 2012 r., Lub jeden na każdego Amerykanina w wieku powyżej 18 lat. Przeciętne gospodarstwo domowe posiada 1,75 pojazdów. Kierowcy pokonali ponad 2,8 miliarda mil ponad 4,5 miliona mil dróg i autostrad oraz 605 471 mostów w tym kraju.

Konsumenci mogą wybierać spośród wielu producentów samochodów, z których wszyscy produkują różne marki, modele i style nadwozia. Pojazdy można następnie dalej dostosowywać pod względem koloru, typu silnika, skrzyni biegów, wystroju wnętrza i typu kół. Ponadto istnieją tysiące warsztatów samochodowych, wysokowydajnych mechaników i warsztatów personalizujących nadwozia, gotowych spełnić marzenia każdego właściciela samochodu.

Negatywny wpływ samochodów na współczesne życie

Pomimo całego swojego wkładu we współczesne życie, samochód wywarł również znaczące negatywne konsekwencje dla jednostek i całego społeczeństwa:

• Koszt. Zakup i bieżąca eksploatacja samochodu to jeden z największych wydatków, jaki typowa osoba ponosi w życiu. Według Bureau of Labor Statistics samochody stanowią około jednej szóstej rodzinnego budżetu, więcej niż żywność lub opieka zdrowotna i ubezpieczenie łącznie. BLS podaje, że w 2010 r. Przeciętny samochód osobowy w USA miał 11,4 lat i przejechał 11 318 mil, spalając 2 132 USD na gaz i olej. Ponadto kierowcy wydali średnio 787 USD na naprawy i konserwację.
• Zgony i urazy. Według United States Census Bureau, od 1990 roku każdego roku dochodzi do ponad 10 milionów wypadków z udziałem samochodów, powodując ponad 30 000 zgonów rocznie. Podczas gdy wskaźnik zmniejsza się każdego roku - odzwierciedlając ulepszenia w zakresie projektowania i nowych technologii - Krajowa Administracja Bezpieczeństwa Ruchu Drogowego szacuje, że koszt wypadków w 2010 roku wyniósł 871 miliardów dolarów.
• Urban Sprawl. Populacja w USA wzrosła ponad trzykrotnie z 76 milionów w 1900 r. Do 281 milionów w 2000 r. Jednak według badania przeprowadzonego w USA w 2002 r. Liczba ludności zamieszkałej w obszarze metropolitalnym znacznie spadła od 1950 r. W połowie wieku więcej ponad 7 000 osób zajmowało milę kwadratową powierzchni ziemi; w 2000 r. było mniej niż 3000 na milę kwadratową. Ten rozkład zmniejsza efektywność transportu zbiorowego i zwiększa presję na budowanie bardziej rozbudowanych sieci dróg i autostrad.
• Przekrwienie. Według badania mobilności przeprowadzonego w Teksasie w 2012 roku przez A&M, przeciętny dojeżdżający samochodem spędza ponad 50 godzin tygodniowo, siedząc w swoim samochodzie utkniętym w korku. W miastach takich jak Los Angeles, Boston i Nowy Jork zatłoczenie trwa ponad 60 godzin rocznie, co powoduje, że Amerykanie podróżują łącznie o 5,5 miliarda godzin więcej niż to konieczne i kupują dodatkowe 2,9 miliarda galonów paliwa.
• Zanieczyszczenie. Podczas gdy zanieczyszczenie atmosfery występuje przed samochodem, większość naukowców zgadza się, że nasze samochody osobowe są główną przyczyną globalnego ocieplenia. Według Związku Zaniepokojonych Naukowców samochody i ciężarówki odpowiadają za prawie jedną piątą wszystkich emisji w USA - około 24 funtów dwutlenku węgla i innych gazów o globalnym ociepleniu na każdy galon spalonego gazu.

Przyszłość samochodów

Mimo że samochody znacznie się zmieniły od czasu ich wprowadzenia, tempo ulepszeń w samochodach rośnie - szczególnie w związku z postępami w walce z ich negatywnymi skutkami. Niektórzy futuryści przewidują pojawienie się autonomicznych samochodów - samochodów samobieżnych - w ciągu następnej dekady.

ExtremeTech informuje, że Mercedes-Benz zaprezentował swój samochód bez kierowcy podczas Consumer Electronics Show 2015, luksusowego pojazdu F-105, który ma obrotowe przednie fotele, dzięki czemu kierowca i pasażer z przodu mogą siedzieć twarzą w twarz z plecami pasażerowie. Tymczasem BMW zademonstrowało i3 EV, że parkuje samodzielnie i może przeszukiwać garaż pod kątem otwartych przestrzeni.

Według CNBC niektórzy analitycy przewidują, że nowi producenci, tacy jak Google i Apple, zastąpią tradycyjnych producentów samochodów masowych, takich jak General Motors, Ford, Honda i Volkswagen, kierując się nowymi technologiami. Inne prognozy obejmują:

• Rodziny będą miały mniej samochodów, ponieważ jeden samochód może obsługiwać różnych członków kolejno i jednocześnie bez oczekiwania na kierowcę. Na przykład samochód bez kierowcy może wrócić do swojej bazy domowej po dostarczeniu pracownika do biura i być w stanie przewieźć innych członków rodziny w ciągu dnia przed powrotem, aby odebrać osobę dojeżdżającą do pracy później wieczorem.
• Nastąpi wzrost wspólnej mobilności, gdy ludzie będą korzystać z samochodów bez ich posiadania.

Elementy znaczącej zmiany

Znaczące ulepszenia zmniejszą negatywny wpływ samochodów w przyszłości. Obejmują one następujące aspekty i elementy.

Projekt

Pierwsze samochody przypominały powozy konne, które wymienili, proste pudła na kołach. Pierwsi producenci mieli niewielką wiedzę na temat aerodynamiki - odporności obiektów poruszających się w powietrzu lub „przeciągania”. Przeciąganie rośnie proporcjonalnie do prędkości. Kształt samochodu, zwłaszcza przedni, ma bezpośredni wpływ na zużycie energii podczas jazdy do przodu.

Kolejnym efektem zwiększonej prędkości jest dodatkowe unoszenie - tendencja karoserii do unoszenia się z nawierzchni drogi - z powietrza przepływającego pod samochodem, zmniejszającego przyczepność i stabilność na zakrętach. Zastosowanie tuneli aerodynamicznych pomogło inżynierom projektującym motoryzację w celu zmniejszenia ostrych krawędzi i usprawnienia usprawnienia, a tym samym zmniejszenia oporu, podnoszenia i zużycia energii.

W związku z tym marki i modele wyglądają podobnie, ponieważ każdy producent szybko wykorzystuje przewagę konkurencyjną. Przyszłe samochody będą prawdopodobnie krótsze, z większą liczbą zakrętów przy jednoczesnym utrzymaniu lub zwiększeniu przestrzeni wewnętrznej dla pasażerów.

Materiały

Masa samochodu wpływa bezpośrednio na zużycie paliwa podczas pracy. University of Washington donosi, że powszechne stosowanie konstrukcji jednoczęściowej, lekkich materiałów i mniejszych silników zmniejszyło średnią masę samochodu o 1700 funtów w latach 1975–2009. Jednak duża część tej korzyści została zrekompensowana zwiększeniem wielkości pojazdu i dodatkową funkcjonalnością.

Dalsze federalne naciski na zwiększenie oszczędności paliwa spowodują większe wykorzystanie lekkiej stali, aluminium, materiałów kompozytowych i tworzyw sztucznych w celu zmniejszenia masy i poprawy odporności na zderzenia. Na przykład nadwozie Tesli Roadster jest zbudowane z lekkiego kompozytu z włókna węglowego / żywicy epoksydowej, który jest tak wytrzymały jak stal i waży 30% mniej. Gdy koszty produkcji materiału spadną, coraz więcej producentów zwróci się o nowe, rewolucyjne materiały kompozytowe do swoich pojazdów.

Sprawność mechaniczna

Czterosuwowy silnik spalinowy od dziesięcioleci jest głównym źródłem zasilania samochodów. Z biegiem lat postęp technologiczny, taki jak podwójne krzywki górne z czterema zaworami ze zmiennym rozrządem zaworów, wymuszone wzbudzanie powietrza, wtrysk paliwa, komputerowo regulowany wtrysk paliwa i zmienny rozrząd zaworów, zwiększyły wydajność i moc silnika.

Powszechne stosowanie jednostki sterującej silnika - komputera pokładowego, który reguluje czas zapłonu, mieszankę paliwowo-powietrzną oraz prędkość obrotową biegu jałowego - zapewnia większą oszczędność paliwa i stałą diagnostykę silnika. Skrzynie biegów są bardziej wydajne, ewoluują od ręcznego przełączania trzech biegów do przodu i do tyłu, do automatycznego przełączania od sześciu do ośmiu biegów i do tyłu. Ulepszona hydraulika umożliwia bezproblemowe wspomaganie kierownicy, a hamulce przeciwblokujące znacznie skróciły czas i przestrzeń hamowania.

W 2015 r. Hybrydy - połączenie silnika benzynowego i silnika elektrycznego - nie stały się popularne w niektórych częściach Stanów Zjednoczonych. Według Experian Automotive (za pośrednictwem Adama Goldfeina) jedna na cztery hybrydy zostały sprzedane w Kalifornii, co stanowi kwotę większą niż pięć kolejnych stanów (Floryda, Teksas, Nowy Jork, Wirginia i Waszyngton) łącznie.

Chociaż większość głównych producentów samochodów oferuje obecnie model hybrydowy, modele Priusa Toyoty zdominowały rynek z około 5 milionami całkowitej sprzedaży od 2000 r., Zgodnie z 24/7 Wall St. Od rocznej sprzedaży samochodów w USA od 2000 r. Była tak niska, jak 10,4 miliona (rok 2009) do 17,4 miliona (rok 2000), hybrydy stanowiły mniej niż 3% całkowitej sprzedaży od 2000 roku, a według Green Car Reports średnio około 3% całkowitej rocznej sprzedaży obecnie.

Wielu obserwatorów uważa, że ​​następujące kombinacje ograniczyły dotychczas sprzedaż hybryd:

• Wysokie ceny konsumpcyjne w stosunku do tradycyjnych modeli silników (5000 USD lub więcej za porównywalny samochód)
• Mniej niezależnych punktów serwisowych zdolnych do serwisowania lub naprawy samochodów hybrydowych lub elektrycznych, wymagających naprawy przez sprzedawcę
• Brak znajomości przez konsumentów nowej technologii
• Zwiększona wydajność paliwowa silników gazowych
• Kultura motoryzacyjna, która idealizuje moc i prędkość na autostradzie

Podczas gdy pojazdy czysto elektryczne napędzane ogniwami paliwowymi (nie hybrydowymi) wzbudziły zainteresowanie opinii publicznej, ulepszenia ogniw paliwowych nie postępują tak szybko, jak się spodziewano. Przeciętny samochód elektryczny ma limit 150 mil jazdy i wymaga doładowania od 20 do 30 minut.

W przeciwieństwie do tego, Ford Focus 2015 z czterocylindrowym silnikiem typu flex-fuel (benzyna lub benzyna-etanol) i 12,4-galonowym zbiornikiem może pokonać ponad 360 mil bez tankowania. Podczas gdy samochody elektryczne mogą w przyszłości zastąpić tradycyjne źródła zasilania, najbardziej prawdopodobnym rezultatem jest wzrost popularności silnika hybrydowego, logiczne przejście między silnikami gazowymi i elektrycznymi.

Paliwa

Przez większość swojego istnienia samochód polegał na benzynie - rafinowanym produkcie naftowym - jako swoim paliwie. Ołów tetraetylowy był historycznie dodawany, aby zapewnić większą odporność na samozapłon, który to stan kierowcy określano jako „pukanie”, gdy zapłon był wyłączony. Od lat siedemdziesiątych etanol - paliwo odnawialne zmieszane z benzyną - zastępuje ołów, co nazywane jest czasem „paliwem elastycznym”.

Inne paliwa obejmują:

• Sprężony gaz ziemny. Niektóre pojazdy, zwłaszcza duże ciężarówki i autobusy, są zaprojektowane do pracy ze sprężonym gazem ziemnym, paliwem kopalnym, które pali się czystiej niż ropa naftowa i wytwarza mniej zanieczyszczeń. Zwolennicy, tacy jak naftowiec T. Boone Pickens, opowiadają się za CNG jako lepszą środowiskową i tańszą alternatywą dla benzyny. Jednak infrastruktura zapewniająca CNG jako realną alternatywę dla narodu samochodów nie istnieje, co ogranicza jej atrakcyjność dla kierowców.
• Elektryczność. Coraz powszechniejsze są pojazdy elektryczne i hybrydowe, których zużycie paliwa jest o około 33% większe niż w przypadku silnika napędzanego benzyną. Podczas gdy samochody zasilane akumulatorami można ładować w domu lub na publicznych stacjach ładowania, zasięg pojazdów wyłącznie elektrycznych jest znacznie mniejszy niż samochód napędzany benzyną o pojemności 12 lub więcej galonów. Ulepszenia technologii akumulatorów były wolniejsze niż początkowo przewidywano, a pojazdy z napędem elektrycznym są droższe niż alternatywa napędzana benzyną. Niemniej jednak samochody elektryczne będą nadal zdobywać większy udział w rynku, gdy koszty produkcji spadną, a ich korzyści dla środowiska staną się bardziej oczywiste. Modele hybrydowe wykorzystujące silnik benzynowy do ładowania akumulatorów lub zasilania silnika elektrycznego mogą być napędzane dalej niż pojazdy napędzane benzyną, zachowując również oszczędność paliwa.
• Wodór. Niektórzy naukowcy i producenci samochodów opowiadają się za wodorem jako paliwem przyszłości, przede wszystkim ze względu na korzyści dla środowiska. W 2014 r. Hyundai rozpoczął leasing pierwszego pojazdu napędzanego wodorem w Stanach Zjednoczonych, podczas gdy Toyota ogłosiła plan sprzedaży swojego pierwszego samochodu napędzanego wodorem w 2015 r. Większość dużych producentów opracowuje samochody napędzane wodorem. Jednak infrastruktura paliwowa niezbędna do wspierania wodoru jako paliwa pierwotnego jeszcze nie istnieje.

Jest mało prawdopodobne, aby jakiekolwiek paliwo alternatywne wyparło benzynę jako podstawowe paliwo samochodowe przed 2025 r. Samochody elektryczne i pojazdy hybrydowe będą nadal zdobywać znaczący udział w rynku wraz ze wzrostem odległości przebytej na jeden ładunek elektryczny. Światowa cena ropy wpłynie również znacząco na ewentualną hurtową konwersję na paliwo alternatywne. Jeśli ceny utrzymają się na poziomie 4,00 USD za galon lub więcej, przejście na paliwa alternatywne zostanie pobudzone.

Komunikacja

Komunikacja elektroniczna między samochodem a otoczeniem, w którym działa, uległa najbardziej dramatycznym zmianom. Globalne systemy pozycjonowania (GPS) są dostępne w większości nowych samochodów, choć dla wielu stanowią element dodatkowy. Ponieważ systemy te staną się standardem we wszystkich nowych samochodach, śledzenie pojazdów w czasie rzeczywistym będzie coraz bardziej dostępne, a także monitorowanie silnika poza siedzibą. System GPS jest niezbędny w pojazdach bez kierowcy.

Komunikacja między pojazdami (V2V) i pojazdami z infrastrukturą (V2I) stanie się powszechna, dzięki czemu samochody będą automatycznie wiedziały o położeniu i ruchu innych pojazdów, oprócz zmieniających się warunków drogowych. Interaktywne znaki drogowe i sygnały drogowe zapewnią automatyczną, stałą komunikację z pojazdami, umożliwiając korygowanie kursu i prędkości bez interwencji kierowcy. Gdy elementy te - już technicznie dostępne - zostaną wprowadzone, samochód bez kierowcy stanie się rzeczywistością.

Drogi i autostrady

W nadchodzących dziesięcioleciach USA odbudują starzejącą się infrastrukturę i wprowadzą nową technologię komunikacji. Ograniczone pasy dla dużych ciężarówek są dziś powszechne na autostradach. Pluton na autostradach międzystanowych - pojedyncze samochody połączone elektronicznie i podróżujące razem jako jednostka - stanie się powszechne, gdy kraj odbuduje swoje autostrady, aby pomieścić możliwości komunikacyjne.

Uzasadnienie ograniczeń prędkości było w przeszłości następujące:

• Bezpieczeństwo kierowcy. Jazda z mniejszymi prędkościami daje kierowcom więcej czasu na dostosowanie w razie potrzeby i zmniejsza siły uderzenia. Liczba wypadków na autostradzie zostanie drastycznie zmniejszona, ponieważ komputery zastępują kierowców, przy czym ci pierwsi dokonują natychmiastowych zmian w miarę zmiany warunków na drodze i ruchu. Czytelnicy powinni pamiętać, że autostrada w Niemczech Zachodnich nie ma górnych ograniczeń prędkości i od wielu lat odnotowuje śmiertelność w ruchu znacznie poniżej amerykańskiego systemu autostrad międzystanowych.
• Oszczędność paliwa. Rząd federalny nałożył ograniczenie prędkości 55 mil na godzinę w drodze ustawy o oszczędzaniu energii na drogach publicznych w 1974 r. W celu zmniejszenia zużycia benzyny. Ograniczenia zostały podniesione do 65 mil na godzinę w 1987 r. I uchylone w 1995 r. Nie ma dowodów na to, że niższe ograniczenia prędkości doprowadziły do ​​znacznych oszczędności na krajowym zużyciu paliwa.

W miarę wymiany infrastruktury drogowej i proporcjonalnego wzrostu liczby samochodów-robotów ograniczenia prędkości maksymalnej znikną na poziomie stanu.

Bezpieczeństwo

Bezpieczeństwo kierowców i pasażerów dramatycznie wzrosło w ostatnich latach dzięki lepszej konstrukcji pojazdu i zastosowaniu automatycznie uruchamiających się poduszek powietrznych. Automatyczne sterowanie światłami drogowymi jest obecnie standardem w wielu samochodach, a możliwości noktowizyjne z automatycznym wykrywaniem pieszych w luksusowych modelach mogą być standardowe do 2025 r. Radar montowany z tyłu i wielokierunkowe kamery z wieloma czujnikami już pojawiają się w luksusie modele samochodów i prawdopodobnie staną się standardem w przyszłych latach.

Automatyczne awaryjne układy kierownicze łączące hamowanie i unikanie układu kierowniczego zmniejszą lub unikną niebezpiecznych kolizji w przyszłości. Nissan Motor Corporation jest jedną z firm opracowujących urządzenia do wykrywania niezdolności kierowcy do bezpiecznej obsługi pojazdu - czujniki wykrywające alkohol, kamery monitorujące mimikę lub oprogramowanie do rozpoznawania nieprawidłowej jazdy - do ewentualnego użytku.

Ostatnie słowo

Samochody przyszłości będą tak różne od dzisiaj, jak pierwsze samochody różniły się od koni i buggy. Samochody bez kierowców będą znacznie bardziej energooszczędne, bezpieczniejsze, mniej szkodliwe dla środowiska i bardziej ekonomiczne w obsłudze niż jakikolwiek inny rodzaj transportu z ludzkiego doświadczenia.

Przejście do przyszłości samochodów nie będzie szybkie, co najmniej kilkanaście lat zajmie zastąpienie istniejącej floty samochodów w kraju. Przebudowa krajowych dróg i dróg w celu dostosowania ich do nowej technologii prawdopodobnie potrwa jeszcze dłużej, ponieważ przywódcy narodu zmagają się ze sprzecznymi priorytetami krajowymi. Tempo ulepszeń technologicznych będzie nadal rosło, ale korzyści z tych ulepszeń prawdopodobnie nie zostaną w pełni zrealizowane do 2050 r. Lub później.

Jakie masz prognozy dotyczące przyszłości samochodów??