Майбутнє автомобілів та автомобільних технологій - гібридні, електричні та водійські машини

Автомобілі, дедалі більше доступні кожному, розмили розрізнення соціального класу, розширили ринки та стимулювали економіку. У цій галузі безпосередньо працюють понад 2,6 мільйона людей, і, за даними Auto Alliance, на 3% до 3,5% валового внутрішнього продукту (ВВП) країни.

Американський роман з автомобілями очевидний у кількості, що належить йому. За даними Бюро статистики транспорту, у 2012 році в США було зареєстровано понад 250 мільйонів транспортних засобів, або по одному на кожного американця старше 18 років. Середнє домогосподарство володіє 1,75 транспортними засобами. Цього року водії проїхали понад 2,8 мільярда миль через 4,5 мільйони миль доріг та шосейних дорог та 605 471 мостів у країні.

Споживачі можуть вибирати безліч виробників автомобілів, які виробляють різні марки, моделі та стиль кузова. Потім транспортні засоби можуть бути додатково налаштовані за кольором, типом двигуна, трансмісією, дизайном салону та типом коліс. Крім того, є тисячі авторемонтних майстерень, високопродуктивних механіків та майстерень, що налаштовують кузов, готових здійснити мрії будь-якого власника автомобіля..

Негативний вплив автомобілів на сучасне життя

За весь свій внесок у сучасне життя автомобіль також спричинив чималі негативні наслідки для людей та суспільства в цілому:

• Витрати. Купівля та поточна експлуатація автомобіля - це один з найбільших витрат, який робить типова людина за все життя. На автомобілі припадає близько шостої частини сімейного бюджету, більше, ніж на харчування або охорону здоров'я та страхування разом, згідно з даними Бюро трудової статистики. БЛС повідомляє, що в 2010 році середньому легковому автомобілю в США було 11,4 року і він проїхав 11,318 миль, спалюючи 2132 доларів США на газі та нафті. Крім того, водії витратили, в середньому, 787 доларів на ремонт та обслуговування.
• Смерть та травми. За даними Бюро перепису населення Сполучених Штатів Америки, з 1990 року щороку трапляється понад 10 мільйонів ДТП з автомобілями, що спричиняють понад 30 000 смертей на рік. Хоча ставка зменшується щороку - відображаючи вдосконалення дизайну та нових технологій, Національне управління безпеки дорожнього руху оцінює, що вартість аварій у 2010 році становила 871 млрд доларів.
• Розростання міст. Населення США втричі збільшилося з 76 мільйонів людей у ​​1900 році до 281 мільйона в 2000 році. Однак, згідно з даними дослідження перепису населення США 2002 року, кількість людей, які проживають у мегаполісі, значно зменшилася з 1950 року. У середині століття більше понад 7000 людей займали квадратну милю площі суші; у 2000 році їх було менше 3 000 на квадратну милю. Це поширення знижує ефективність масового транзиту та збільшує тиск для побудови більш розгалуженої мережі доріг та автомобільних доріг.
• Пробка. Згідно з дослідженням мобільності в Техасі A&M 2012 року, середній автомобільний пасажир проводить більше 50 годин на тиждень, сидячи за своїм автомобілем, застрявшим у транспорті. У таких містах, як Лос-Анджелес, Бостон та Нью-Йорк, затори становлять понад 60 годин на рік, що змушує американців подорожувати на 5,5 мільярда годин більше, ніж потрібно, та купувати додаткові 2,9 мільярда галонів пального.
• Забруднення. Хоча забруднення атмосфери передує автомобілю, більшість вчених погоджуються, що наші особисті автомобілі є основною причиною глобального потепління. За даними Спілки стурбованих вчених, на автомобілі та вантажні автомобілі припадає майже п'ята частина всіх викидів у США - близько 24 фунтів вуглекислого газу та інших газів, що потепліли глобальний газ, на кожен галон спаленого газу.

Майбутнє автомобілів

Незважаючи на те, що автомобілі значно змінилися з моменту їх впровадження, темпи вдосконалення автомобілів зростають - особливо це стосується просування в боротьбі з їх негативними наслідками. Деякі футуристи прогнозують появу автономних автомобілів - автомобілів, що керують власним транспортом - протягом наступного десятиліття.

ExtremeTech повідомляє, що Mercedes-Benz представив свій автомобіль без водія на виставці споживчої електроніки 2015 року, розкішному транспортному засобі F-105, який поставляється з передніми сидіннями, які повертаються так, щоб водій та пасажир переднього сидіння могли сидіти віч-на-віч із спиною. -садка пасажирів. Тим часом BMW продемонструвала свій i3 EV, що самопаркується та може шукати гараж для паркування на відкритих місцях.

За даними CNBC, деякі аналітики прогнозують, що нові виробники, такі як Google і Apple, витіснять традиційних масових виробників автомобілів, таких як General Motors, Ford, Honda та Volkswagen, які будуть головою на новій технології. Інші прогнози включають наступне:

• Менше машин буде належати сім'ям, оскільки одна машина може обслуговувати різноманітних членів послідовно і одночасно, не чекаючи водія. Наприклад, автомобіль без водія може повернутися на свою домашню базу після доставки працівника в офіс і бути доступним для перевезення інших членів сім’ї протягом дня перед поверненням, щоб забрати пасажирський транспорт пізніше ввечері.
• Збільшиться загальна мобільність, коли люди користуються автомобілями, не володіючи ними.

Елементи суттєвих змін

Значні вдосконалення зменшать негативний вплив автомобілів у майбутньому. Сюди входять наступні аспекти та елементи.

Дизайн

Перші автомобілі нагадували коні, які вони замінили, прості коробки на колесах. Ранні виробники мали мало знань про аеродинаміку - опір предметів, що рухаються по повітрю, або «тягнення». Перетяг збільшується пропорційно швидкості. Форма автомобіля, особливо лобова область, безпосередньо впливає на споживану енергію, коли автомобіль рухається вперед.

Ще одним ефектом підвищеної швидкості є додатковий підйом - схильність кузова автомобіля підніматися з дорожнього покриття - від повітря, що протікає під автомобілем, зниження тяги та стійкості під час поворотів. Використання вітрових тунелів керувало інженерами автомобільного дизайну, щоб зменшити гострі кромки та покращити впорядкування, зменшивши, таким чином, енерговитрати та споживання енергії.

Як наслідок, моделі і моделі виглядають подібними, оскільки кожен виробник швидко приймає будь-яку перевагу, здобуту конкурентом. Майбутні автомобілі, швидше за все, будуть коротшими з більшою кількістю кривих, зберігаючи або збільшуючи внутрішній простір для пасажирів.

Матеріали

Вага автомобіля безпосередньо впливає на витрату палива, яке використовується під час роботи. Університет Вашингтона повідомляє, що широке використання конструкції каркаса, легких матеріалів та менших двигунів зменшило середню вагу автомобіля на 1700 фунтів за період з 1975 по 2009 рік. Однак значна частина переваги була компенсована збільшенням розміру автомобіля та додатковою функціональністю.

Постійний тиск на федеральному рівні для підвищення економії палива призведе до більшого використання легкої сталі, алюмінію, композиційних матеріалів та пластмас для зменшення ваги та покращення аварійності. Наприклад, корпус Tesla Roadster побудований з легкого композиту з вуглецевого волокна / епоксидної форми, який міцний як сталь і важить на 30% менше. Із зменшенням витрат на виготовлення матеріалу все більше виробників звернуться до нових революційних композитних матеріалів для своїх автомобілів.

Механічна ефективність

Чотиритактний двигун внутрішнього згоряння вже десятиліттями є основним джерелом живлення автомобілів. Протягом багатьох років технологічний прогрес, такий як подвійні кульові кулачки з чотирма клапанами зі змінною синхронізацією клапанів, примусовою індукцією повітря, впорскуванням палива, налагодженим комп’ютером вприскуванням палива та змінним терміном клапана, підвищили ефективність та потужність двигуна.

Широке використання блоку управління двигуном - бортового комп'ютера, який регулює терміни запалювання, суміш повітря / паливо та холосту швидкість, - створює більшу економічність палива та постійну діагностику двигуна. Трансмісії є більш ефективними, розвиваючись від ручного перемикання трьох передач вперед і назад, до автоматичного перемикання шести-восьми передач і заднього ходу. Покращена гідравліка дозволяє без зусиль гідропідсилювача керма, тоді як антиблокувальні гальма різко скоротили час та пробіг зупинки.

Станом на 2015 рік гібриди - комбінація бензинового двигуна та електродвигуна - не набули популярності в деяких частинах США. За даними Experian Automotive (через Адама Голдфейна), кожен із чотирьох гібридів був проданий у Каліфорнії, на суму, що перевищує наступні п'ять штатів (Флорида, Техас, Нью-Йорк, Вірджинія та Вашингтон)..

Хоча більшість основних виробників авто в даний час пропонують гібридну модель, моделі Toyota Prius домінують на ринку з приблизно 5 мільйонами загального обсягу продажів з 2000 року, згідно з даними 24/7 Wall St., оскільки щорічні продажі автомобілів в США з 2000 року коливаються настільки низько, як 10,4 мільйона (рік 2009) до 17,4 мільйона (2000 рік), гібриди становили менше 3% від загального обсягу продажів з 2000 року і, згідно з даними Green Car Reports, в середньому становлять близько 3% від загального річного продажу в даний час.

Багато оглядачів вважають, що комбінація наведеного нижче обмежила продаж гібридів на сьогодні:

• Високі споживчі ціни порівняно з традиційними моделями двигунів (5000 доларів США або більше для порівнянного автомобіля)
• Менше незалежних сервісних споруд, здатних обслуговувати чи ремонтувати гібриди чи електромобілі, що потребують обслуговування автомобіля у продавця
• Відсутність ознайомлення споживачів з новою технологією
• Підвищення паливної економічності газових двигунів
• Автомобільна культура, яка ідеалізує кінські сили та швидкість шосе

Хоча суто електричні транспортні засоби, що працюють на паливних елементах (а не на гібридах), захопили загальну популярність населення, поліпшення роботи паливних елементів не прогресувало так швидко, як прогнозували. Середній електромобіль має обмеження на 150 миль для водіння і для поповнення потрібно 20-30 хвилин.

На відміну від цього, Ford Focus 2015 року з чотирициліндровим двигуном із гнучким паливом (бензинові або бензиново-етанолові суміші) та 12,4-літровим баком може проїхати понад 360 миль без заправки. Хоча електрокари в майбутньому можуть замінити традиційні джерела електроенергії, найбільш ймовірним результатом є підвищення популярності гібридного двигуна, логічний перехід між газовим та електричним двигунами.

Паливо

Більшу частину свого існування автомобіль покладався на бензин - очищений нафтопродукт - для свого палива. Історично додавали тетраетил свинцю, щоб забезпечити більшу стійкість до самозаймання, стан, який водії називали «стукіт», коли запалювання було вимкнено. Починаючи з 1970-х, етанол - відновлювальне паливо, змішане з бензином - замінило свинець, комбінацію іноді називають "гнучким паливом".

Інші види палива включають наступне:

• Стиснений природний газ. Деякі транспортні засоби, особливо великі вантажні автомобілі та автобуси, розроблені для роботи зі стисненим природним газом, викопним паливом, яке згорає чистіше, ніж нафта та утворює менше забруднюючих речовин. Такі прихильники, як нафтовик Т. Бун Піккенс, висловлювали захист CNG як кращої екологічної та дешевшої альтернативи бензину. Однак інфраструктури для забезпечення CNG як життєздатної альтернативи нації автомобілів не існує, що обмежує його привабливість до автомобілістів.
• Електрика. Електричні та гібридні транспортні засоби все частіше зустрічаються, економія палива приблизно на 33% перевищує бензиновий двигун. Хоча автомобілі з акумулятором можна заряджати вдома або на громадських станціях заряджання, асортимент автомобілів, що працюють лише на електроенергії, значно менший, ніж автомобіль, що працює на бензині, ємністю 12 і більше галонів. Вдосконалення технології акумуляторів були повільнішими, ніж спочатку передбачалося, а електромобілі залишаються дорожчими за альтернативу бензиновим двигунам. Тим не менш, електромобілі будуть продовжувати збирати більшу частку на ринку, оскільки виробничі витрати зменшуються та їх екологічні переваги стають більш очевидними. Гібридні моделі, що покладаються на бензиновий мотор для підзарядки акумуляторів або живлення електродвигуна, можуть рухатись далеко, ніж бензинові машини, а також зберігати перевагу економії палива.
• Водень. Деякі вчені та виробники автомобілів відстоюють водень як паливо майбутнього, насамперед за його екологічні переваги. У 2014 році Hyundai почав здавати в США перший автомобіль з водневим приводом, тоді як Toyota оголосила про продаж свого першого автомобіля, що працює на водень, у 2015 році. Більшість великих виробників розробляють водневі машини. Однак паливна інфраструктура, необхідна для підтримки водню як основного палива, ще не існує.

Навряд чи будь-яке альтернативне паливо витіснить бензин як основне паливо автомобіля до 2025 року. Електричні автомобілі та гібридні транспортні засоби продовжуватимуть збирати значну частку ринку, оскільки пройдена відстань за електричний заряд збільшуватиметься. Світова ціна на нафту також сильно вплине на можливу оптову конверсію на альтернативне паливо. Якщо ціни продовжуватимуться на рівні 4,00 долара за галон або більше, перехід до альтернативних видів палива буде стимульований.

Зв'язок

Електронний зв’язок між автомобілем та навколишнім середовищем, в якому він працює, зазнав найбільш кардинальних змін. Глобальні системи позиціонування (GPS) доступні в більшості нових автомобілів, хоча і є додатковим елементом для багатьох. Коли ці системи стануть стандартними для всіх нових автомобілів, доступність для відстеження транспортних засобів у режимі реального часу буде зростати, а також моніторинг двигунів за межами місця. Система GPS є важливою для автомобілів без водіїв.

Зв'язок між автомобілем та автомобілем (V2V) та транспортним засобом до інфраструктури (V2I) стане звичним явищем, щоб автомобілі автоматично знали про положення та рух інших транспортних засобів, окрім мінливих дорожніх умов. Інтерактивні дорожні знаки та дорожні сигнали забезпечуватимуть автоматичну, постійну комунікацію до транспортних засобів, дозволяючи коригувати хід та швидкість без втручання водія. Коли ці елементи - вже технічно доступні - будуть встановлені, автомобіль без водія стане реальністю.

Дороги та автошляхи

У найближчі десятиліття США відновить старечу інфраструктуру та включить нову технологію комунікацій. Сьогодні на автодорогах поширені обмежені смуги руху для великих вантажних автомобілів. Взвод на міждержавних автомобільних дорогах - окремі машини, пов'язані між собою в електронному вигляді і подорожуючи разом, як одиниця - стане звичним явищем, коли країна відновлює свої автомагістралі для використання можливостей зв'язку.

Обґрунтування обмежень швидкості історично було наступним:

• Безпека водія. Рух на менших швидкостях дозволяє водіям більше часу на коригування, якщо це необхідно, і зменшує сили удару. Дорожньо-транспортні пригоди будуть різко зменшені, оскільки комп’ютери замінять водіїв людини, колишній вносить миттєві корективи у міру зміни умов дорожнього руху та руху. Читачі мають зауважити, що автобан у Західній Німеччині не має верхніх обмежень швидкості, а кількість випадків загибелі трафіку набагато нижча за міждержавну автомобільну систему США протягом багатьох років.
• Економія палива. Обмеження швидкості в 55 миль на годину було встановлено Федеральним урядом через Закон про економію енергії в надзвичайних дорогах у 1974 році для зменшення споживання бензину. Обмеження було підвищено до 65 миль / год в 1987 році та скасовано в 1995 році. Мало свідчень, що нижчі обмеження швидкості призвели до значних національних економій палива.

У міру заміни інфраструктури шосе та збільшення кількості автомобілів-роботів пропорційно збільшується, максимальні обмеження швидкості зникнуть на державному рівні.

Безпека

Безпека водіїв та пасажирів за останні роки різко зросла завдяки кращому дизайну автомобіля та використанню автоматичних розгортань подушок безпеки. Автоматичне управління променями ближнього світла в даний час є стандартним для багатьох автомобілів, а можливості нічного бачення з автоматичним виявленням пішоходів на розкішних моделях можуть бути стандартними до 2025 року. Радіолокатори ззаду та багатосторонні мультичутливі камери вже з'являються у розкоші моделей автомобілів, і, ймовірно, стане стандартним у наступні роки.

Автоматичні системи аварійного рульового управління, що поєднують гальмування та ухилення від керування, зменшать або уникнуть небезпечних зіткнень у майбутньому. Корпорація Nissan Motor є однією з компаній, що розробляють пристрої для виявлення нездатності водія безпечно керувати транспортним засобом - датчики, які виявляють алкоголь, камери для моніторингу міміки чи програмне забезпечення для розпізнавання хаотичного водіння - для можливого використання.

Заключне слово

Автомобілі майбутнього будуть такими ж відмінними від сьогоднішніх, як і перші автомобілі, що відрізнялися від коня та баггі. Автомобілі без водіїв будуть значно енергоефективнішими, безпечнішими, менш шкідливими для навколишнього середовища та більш економічними в експлуатації, ніж будь-який вид транспорту за людським досвідом.

Перехід до майбутнього авто не буде швидким, на заміну існуючого в країні парку автомобілів знадобиться хоча б десяток і більше років. Перебудова автомобільних доріг та доріг нації під нову технологію, ймовірно, займе ще більше часу, коли лідери нації борються із суперечливими національними пріоритетами. Темпи технологічного вдосконалення будуть продовжувати зростати, але переваги цих удосконалень, ймовірно, не будуть повністю реалізовані до 2050 року або пізніше.

Які у вас прогнози щодо майбутнього автомобілів?