Viitorul automobilelor și tehnologiei auto - mașini hibride, electrice și fără șofer

Automobilele, din ce în ce mai disponibile pentru oricine, au estompat distincțiile de clasă socială, au extins piețele și au stimulat economia. Industria angajează direct peste 2,6 milioane de oameni și, potrivit Auto Alliance, reprezintă 3% până la 3,5% din produsul intern brut (PIB) al națiunii.

Relația amoroasă americană cu mașinile este evidentă în numărul deținut. Potrivit Biroului Statisticilor Transporturilor, în 2012 au fost peste 250 de milioane de vehicule înmatriculate în Statele Unite, sau unul pentru fiecare american cu vârsta de peste 18 ani. Gospodăria medie deține 1,75 vehicule. Șoferii au călătorit peste 2,8 miliarde de mile peste 4,5 milioane de mile de drumuri și autostrăzi și 605,471 de poduri în țara în acel an.

Consumatorii pot alege dintre o mulțime de producători de mașini, toate producând diferite mărci, modele și stiluri de caroserie. Vehiculele pot fi apoi personalizate în funcție de culoare, tip de motor, transmisie, design interior și tip de roți. În plus, există mii de magazine de reparații auto, mecanici de înaltă performanță și magazine de personalizare a caroseriei gata să îndeplinească visele oricărui proprietar de automobile.

Impactul negativ al automobilelor asupra vieții moderne

Pentru toate contribuțiile sale la viața modernă, automobilul a avut de asemenea consecințe negative considerabile pentru indivizi și societatea în ansamblu:

cheltuială. Cumpărarea și exploatarea continuă a unui automobil este una dintre cele mai mari cheltuieli pe care persoana obișnuită le face în viață. Automobilele reprezintă aproximativ o șesime din bugetul unei familii, mai mult decât alimente sau asistență medicală și asigurări combinate, potrivit Biroului Statisticilor Muncii. BLS raportează că, în 2010, mașina medie de pasageri din SUA avea 11,4 ani și a fost condusă cu 11,318 mile în timp ce ardea 2,132 dolari pe gaz și petrol. Mai mult, șoferii au cheltuit, în medie, 787 de dolari pentru reparații și întreținere.
Decese și vătămări. Potrivit Biroului de recensământ al Statelor Unite, din 1990, peste 10 milioane de accidente care implică mașini apar în fiecare an, provocând peste 30.000 de decese pe an. În timp ce rata scade în fiecare an - reflectând îmbunătățiri în proiectare și tehnologie nouă - Administrația Națională pentru Siguranța Traficului Autostrăzilor estimează că costul accidentelor în 2010 a fost de 871 miliarde USD.
Extinderea urbană. Populația americană a depășit o serie de triplă de la 76 de milioane de oameni în 1900 la 281 de milioane în 2000. Cu toate acestea, potrivit unui studiu al recensământului Statelor Unite din 2002, numărul de persoane care trăiesc într-o zonă metropolitană a scăzut semnificativ din 1950. La mijlocul secolului, mai mult peste 7.000 de persoane ocupau o milă pătrată de suprafață; în 2000, existau mai puțin de 3.000 pe mile pătrate. Această răspândire reduce eficiența tranzitului în masă și crește presiunea pentru a construi rețele de drumuri și autostrăzi mai extinse.
Congestionare. Conform unui studiu de mobilitate din Texas A&M din 2012, naveta medie pentru autovehicule petrece mai mult de 50 de ore pe săptămână stând în mașina sa blocată în trafic. În orașe precum Los Angeles, Boston și New York, congestionarea este mai mare de 60 de ore pe an, determinând americanii să călătorească cu 5,5 miliarde de ore cumulate mai mult decât este necesar și să achiziționeze 2,9 miliarde de litri în plus de combustibil..
Poluare. În timp ce poluarea atmosferică este anterioară automobilului, majoritatea oamenilor de știință sunt de acord că automobilele noastre personale sunt o cauză majoră a încălzirii globale. Potrivit Uniunii Cercetătorilor Cercetați, mașinile și camioanele reprezintă aproape o cincime din toate emisiile din SUA - în jur de 24 de kilograme de dioxid de carbon și alte gaze de încălzire globală pentru fiecare galon de gaz ars.

Viitorul automobilelor

Chiar dacă automobilele s-au schimbat semnificativ de la introducerea lor, ritmul îmbunătățirii automobilelor este în creștere - în special legat de avansările pentru combaterea impactului lor negativ. Unii futuristi prezic aparitia autovehiculelor autonome - masini cu autovehicule - in urmatorul deceniu.

ExtremeTech raportează că Mercedes-Benz și-a prezentat mașina fără șofer la Consumer Electronics Show din 2015, vehiculul de lux F-105, care vine cu scaune față care se rotesc, astfel încât șoferul și pasagerul din fața locului să poată sta față în față cu spatele. -servitori pasageri. Între timp, BMW și-a demonstrat i3 EV că auto-parchează și poate căuta un loc de parcare pentru spații deschise.

Potrivit CNBC, unii analiști prezic că noii producători, precum Google și Apple, vor înlocui producătorii de mașini tradiționale de masă, cum ar fi General Motors, Ford, Honda și Volkswagen, pornind de la cap la noi tehnologii. Alte predicții includ următoarele:

Mai puține mașini vor fi deținute de familii, deoarece o singură mașină poate servi o varietate de membri în mod secvențial și simultan, fără a aștepta un șofer. De exemplu, o mașină fără șofer s-ar putea întoarce la baza de domiciliu după ce a livrat un lucrător la birou și a fi disponibilă pentru a transporta alți membri ai familiei în timpul zilei înainte de a se întoarce să ridice naveta mai târziu seara.
Va exista o creștere a mobilității partajate în cazul în care oamenii folosesc mașinile fără să le dețină.

Elemente de schimbare semnificativă

Îmbunătățiri semnificative vor reduce impactul negativ al automobilelor în viitor. Acestea includ următoarele aspecte și elemente.

Proiecta

Primele automobile semănau cu trăsurile trase de cai pe care le înlocuiau, cutii simple pe roți. Producătorii timpurii nu prea aveau cunoștințe de aerodinamică - rezistența obiectelor care se mișcă prin aer sau „trage”. Glisarea crește proporțional cu viteza. Forma mașinii, în special zona frontală, afectează direct energia consumată pe măsură ce vehiculul înaintează.

Un alt efect al vitezei crescute este ridicarea suplimentară - tendința corpului mașinii de a se ridica de pe suprafața drumului - din aerul care curge pe sub mașină, reducând tracțiunea și stabilitatea în timpul virajelor. Utilizarea tunelurilor eoliene i-a ghidat pe ingineri de proiectare auto pentru a reduce marginile ascuțite și a îmbunătăți eficientizarea, reducând astfel tracțiunea, ridicarea și consumul de energie.

În consecință, mărcile și modelele par similare, deoarece fiecare producător adoptă rapid orice avantaj obținut de un rival. Mașinile viitoare ar putea fi mai scurte cu mai multe curbe, menținând sau crescând spațiul interior pentru pasageri.

materiale

Greutatea unei mașini afectează direct consumul de combustibil utilizat în timpul operațiunilor. Universitatea din Washington raportează că utilizarea pe scară largă a construcțiilor unibody, a materialelor ușoare și a motoarelor mai mici a redus greutatea medie a automobilului cu 1.700 de lire sterline între 1975 și 2009. Cu toate acestea, o mare parte a avantajului a fost compensată de o creștere a dimensiunii vehiculului și de o funcționalitate suplimentară..

Continuarea presiunii federale pentru creșterea economiei de combustibil va duce la o utilizare mai mare de oțel ușor, aluminiu, materiale compozite și materiale plastice pentru a reduce greutatea și a îmbunătăți fiabilitatea. De exemplu, corpul Tesla Roadster este construit dintr-un compozit ușor din fibre de carbon / epoxidice, care este la fel de puternic ca oțelul și cântărește cu 30% mai puțin. Odată cu scăderea costurilor de fabricație a materialului, mai mulți producători se vor orienta către noile materiale compozite revoluționare pentru vehiculele lor.

Eficiența mecanică

Motorul cu combustie internă în patru timpi a fost sursa principală de energie pentru automobile timp de zeci de ani. De-a lungul anilor, progresele tehnologice, cum ar fi camerele duble aeriene cu patru valve cu sincronizare variabilă, inducerea forțată a aerului, injecția de combustibil, injecția de combustibil ajustată de computer și sincronizarea variabilă a valvei a crescut eficiența și puterea motorului.

Utilizarea pe scară largă a unității de control a motorului - un computer de bord care reglementează timpul de aprindere, amestecul aer / combustibil și viteza de ralanti - creează eficiență mai mare a combustibilului și diagnostic constant al motorului. Transmisiile sunt mai eficiente, evoluând de la trecerea manuală a trei viteze înainte și invers, la trecerea automată de la șase la opt viteze și invers. Hidraulica îmbunătățită permite direcția fără efort, în timp ce frânele anti-blocare au redus drastic timpul și spațiul de oprire.

Începând cu 2015, hibrizii - o combinație între motorul pe benzină și motorul electric - nu au devenit populare în unele părți ale Statelor Unite. Potrivit Experian Automotive (prin Adam Goldfein), unul din patru hibrizi au fost vândute în California, o sumă mai mare decât următoarele cinci state (Florida, Texas, New York, Virginia și Washington).

Deși majoritatea producătorilor auto majori oferă în prezent un model hibrid, modelele Prius ale Toyota au dominat piața cu aproximativ 5 milioane de vânzări totale începând cu anul 2000, conform Wall St 24/7 De când vânzările anuale de autovehicule din SUA începând cu anul 2000 au fost la fel de scăzute De la 10,4 milioane (anul 2009) la 17,4 milioane (anul 2000), hibrizii au reprezentat mai puțin de 3% din totalul vânzărilor din 2000 și, potrivit Green Car Reports, în medie aproximativ 3% din totalul vânzărilor anuale în prezent.

Mulți observatori consideră că combinația dintre următoarele a restricționat până în prezent vânzarea de hibrizi:

Prețuri ridicate de consum în raport cu modelele de motoare tradiționale (5.000 USD sau mai mult pentru o mașină comparabilă)
Mai puține facilități independente de servicii capabile să întrețină sau să repare hibrizi sau mașini electrice, care necesită întreținerea autoturismului de către dealerul care vinde
Lipsa de familiarizare a consumatorilor cu noua tehnologie
Eficiență crescută a combustibilului la motoarele cu gaz
O cultură auto care idealizează caii putere și viteza autostrăzii

În timp ce vehiculele pur electrice alimentate cu pile de combustibil (nu hibrizi) au capturat fantezia publicului, îmbunătățirile celulelor de combustibil nu au progresat la fel de repede așa cum a fost proiectat. Mașina electrică medie are o limită de conducere de 150 de mile și necesită 20-30 minute pentru reîncărcare.

În schimb, un Ford Focus 2015 cu un motor cu patru cilindri, cu combustibil flexibil (amestecuri pe benzină sau benzină-etanol) și un rezervor de 12,4 galoni poate parcurge mai mult de 360 de mile fără realimentare. În timp ce mașinile electrice pot înlocui sursele tradiționale de energie în viitor, rezultatul cel mai probabil este o popularitate crescută a motorului hibrid, tranziția logică între motoarele cu gaz și cele electrice.

combustibili

Pentru majoritatea existenței sale, automobilul s-a bazat pe benzină - un produs petrolier rafinat - pentru combustibilul său. Plumbul tetraetil a fost adăugat istoric pentru a oferi mai multă rezistență la autoaprindere, o condiție a căreia driverele sunt „bătute” la aprinderea contactului. Începând cu anii 1970, etanolul - un combustibil regenerabil amestecat cu benzină - a înlocuit plumbul, combinația numită uneori „flex fuel”.

Alți combustibili includ următoarele:

Gaz natural comprimat. Unele vehicule, în special camioanele mari și autobuzele, sunt proiectate să funcționeze cu gaz natural comprimat, un combustibil fosil care arde mai curat decât petrolul și produce mai puțini poluanți. Proponenții, cum ar fi petrolul T. Boone Pickens, au susținut CNG ca o alternativă mai bună pentru mediu și mai ieftină la benzină. Cu toate acestea, nu există infrastructura care să ofere CNG ca o alternativă viabilă la o națiune de automobile, limitând astfel apelul la automobilisti..
Electricitate. Vehiculele electrice și hibride sunt din ce în ce mai frecvente, cu o economie de combustibil cu aproximativ 33% mai mare decât un motor pe benzină. În timp ce autovehiculele cu baterie pot fi reîncărcate acasă sau la stațiile publice de încărcare, gama vehiculelor cu energie electrică este considerabil mai mică decât o mașină pe benzină, cu o capacitate de stocare de 12 sau mai mulți litri. Îmbunătățirile tehnologiei cu baterii au fost mai lente decât cele proiectate inițial, iar vehiculele electrice rămân mai scumpe decât o alternativă pe benzină. Cu toate acestea, mașinile electrice vor continua să colecteze o cotă de piață mai mare pe măsură ce costurile de fabricație scad și avantajele lor pentru mediu devin mai evidente. Modelele hibride care se bazează pe un motor pe benzină pentru a reîncărca bateriile sau a alimenta motorul electric pot fi conduse mai departe de vehiculele pe benzină și să păstreze un avantaj al economiei de combustibil..
Hidrogen. Unii oameni de știință și producători auto pledează hidrogenul drept combustibilul viitorului, în primul rând pentru beneficiile sale pentru mediu. În 2014, Hyundai a început să închirieze primul vehicul cu hidrogen din Statele Unite, în timp ce Toyota a anunțat că intenționează să-și vândă primul automobil alimentat cu hidrogen în 2015. Majoritatea producătorilor importanți au mașini pe bază de hidrogen în curs de dezvoltare. Cu toate acestea, nu există încă infrastructura de alimentare necesară pentru a sprijini hidrogenul ca combustibil primar.

Este puțin probabil ca un singur combustibil alternativ să înlocuiască benzina ca combustibil primar al automobilului înainte de 2025. Automobilele electrice și vehiculele hibride vor continua să colecteze cota de piață semnificativă pe măsură ce distanța parcursă pe sarcina electrică crește. Prețul mondial pentru petrol va afecta, de asemenea, în mare măsură eventuala conversie en-gros în combustibil alternativ. Dacă prețurile continuă cu 4,00 USD pe galon sau mai mare, trecerea la combustibili alternativi va fi stimulată.

Comunicații

Comunicarea electronică între automobil și mediul în care funcționează a suferit cele mai dramatice schimbări. Sistemele de poziționare globală (GPS) sunt disponibile în majoritatea mașinilor noi, deși ca element suplimentar pentru mulți. Deoarece aceste sisteme devin standard pentru toate mașinile noi, urmărirea în timp real a vehiculelor va fi din ce în ce mai disponibilă, precum și monitorizarea în afara locului. Un sistem GPS este esențial pentru vehiculele fără șofer.

Comunicațiile dintre vehiculele (V2V) și vehiculele cu infrastructura (V2I) vor deveni obișnuite, astfel încât automobilele să fie în mod automat conștiente de poziția și mișcarea altor vehicule, pe lângă schimbarea condițiilor rutiere. Semnalele rutiere interactive și semnalele de circulație vor furniza comunicații automate, constante la vehicule, permițând corecțiile de curs și de viteză fără intervenția șoferului. Deoarece aceste elemente - deja disponibile tehnic - sunt puse în aplicare, mașina fără șofer va deveni o realitate.

Drumuri și autostrăzi

În următoarele decenii, S.U.A. își va reconstrui infrastructura de îmbătrânire și va include noua tehnologie a comunicațiilor. Piste restrânse pentru camioane mari sunt frecvente astăzi pe autostrăzi. Plutonarea pe autostrăzi interstatale - mașini individuale legate între ele electronic și care călătoresc împreună ca unitate - vor deveni ceva obișnuit pe măsură ce țara își reconstruiește autostrăzile pentru a se acomoda cu capacitățile de comunicare..

Motivul pentru limitele de viteză istoric a fost următorul:

Siguranța șoferului. Conducerea la viteze mai mici permite șoferilor mai mult timp pentru a face ajustări, dacă este necesar și reduce forțele de impact. Accidentele de pe autostrăzi vor fi reduse drastic pe măsură ce computerele înlocuiesc șoferii umani, primele efectuând ajustări instantanee pe măsură ce condițiile rutiere și de trafic se schimbă. Cititorii ar trebui să ia act de faptul că Autobahnul din Germania de Vest nu are limite de viteză superioare și a cunoscut o rată de deces mortală în trafic mult sub sistemul de autostrăzi din Statele Unite de ani de zile..
Economie de combustibil. Guvernul Federal a impus o limită de viteză de 55 de mile pe oră prin intermediul Legii de conservare a energiei de urgență, în 1974, pentru a reduce consumul de benzină. Limitele au fost ridicate la 65 mph în 1987 și abrogate în 1995. Există puține dovezi că limitele mai mici de viteză au avut ca rezultat economii naționale semnificative de combustibil.

Pe măsură ce infrastructura de autostradă este înlocuită și numărul de mașini robot crește proporțional, limitele de viteză maximă vor dispărea la nivel de stat.

Siguranță

Siguranța șoferului și a pasagerilor au crescut dramatic în ultimii ani prin proiectarea mai bună a vehiculului și prin utilizarea airbag-urilor care se desfășoară automat. În prezent, controlul automat al luminilor cu raze mari este standard pentru multe mașini, iar capacitățile de vizionare pe timp de noapte cu detectare automată a pietonilor pe modelele de lux pot fi standard până în 2025. Radarul montat în spate și camerele multi-direcționale, multi-senzor, apar deja în lux modele de automobile și probabil vor deveni standard în anii viitori.

Sistemele automate de direcție de urgență care combină frânarea și direcția evazivă vor reduce sau evita coliziunile periculoase în viitor. Nissan Motor Corporation se numără printre companiile care dezvoltă dispozitive pentru a detecta incapacitatea șoferului de a opera în siguranță un vehicul - senzori care detectează alcool, camere pentru monitorizarea expresiilor faciale sau software pentru a recunoaște conducerea necorespunzătoare - pentru o eventuală utilizare.

Cuvânt final

Automobilele viitorului vor fi la fel de diferite de astăzi, ca primele automobile diferențiate de cal și buggy. Mașinile fără șoferi vor fi semnificativ mai eficiente din punct de vedere energetic, mai sigure, mai puțin dăunătoare mediului și mai economice pentru a funcționa decât orice mod de transport în experiența umană.

Tranziția la viitorul autoturismelor nu va fi rapidă, pentru a înlocui flota auto existentă din țară, va dura cel puțin o duzină sau mai mulți ani. Reconstruirea autostrăzilor și drumurilor naționale pentru a adăposti noua tehnologie este probabil să dureze și mai mult, deoarece liderii națiunii se luptă cu priorități naționale conflictuale. Ritmul de îmbunătățire tehnologică va continua să crească, dar beneficiile acestor îmbunătățiri nu vor fi realizate pe deplin până în 2050 sau mai târziu.

Ce predicții aveți cu privire la viitorul automobilelor?