Бъдещето на автомобилите и автомобилните технологии - хибридни, електрически и без шофьор автомобили

Автомобилите, все по-достъпни за всеки, замъгляват разграниченията в социалната класа, разширяват пазарите и стимулират икономиката. В индустрията работят пряко повече от 2,6 милиона души и според Auto Alliance представляват 3% до 3,5% от брутния вътрешен продукт (БВП) на страната.

Американската любовна връзка с колите личи в броя на притежаваните. Според Бюрото за статистика на транспорта през 2012 г. в Съединените щати е имало повече от 250 милиона регистрирани превозни средства или по един за всеки американец над 18-годишна възраст. Средното домакинство притежава 1,75 превозни средства. През тази година шофьорите са изминали над 2.8 милиарда мили над 4.5 мили мили пътища и магистрали и 605 471 моста в страната.

Потребителите могат да избират от множество производители на автомобили, всички от които произвеждат различни марки, модели и стил на каросерията. След това превозните средства могат да бъдат допълнително персонализирани по цвят, тип двигател, трансмисия, интериорен дизайн и тип колела. Освен това има хиляди автосервизи, високопроизводителни механици и магазини за персонализиране на каросерии, готови да изпълнят мечтите на всеки собственик на автомобил.

Отрицателното въздействие на автомобилите върху съвременния живот

За целия си принос към съвременния живот автомобилът е довел и до значителни отрицателни последици за хората и обществото като цяло:

разход. Покупката и текущата експлоатация на автомобил е един от най-големите разходи, които типичният човек прави през живота си. Автомобилите представляват около една шеста от бюджета на семейството, повече от храна, здравеопазване и застраховки взети заедно, според Бюрото по трудова статистика. BLS съобщава, че през 2010 г. средният пътнически автомобил в САЩ е бил на 11,4 години и е изминат 11,318 мили, докато е изгарял 2132 долара за газ и петрол. Освен това шофьорите изразходват средно 787 долара за ремонти и поддръжка.
Смъртта и нараняванията. Според Бюрото за преброяване на САЩ от 1990 г. насам повече от 10 милиона произшествия с автомобили се случват всяка година, причинявайки повече от 30 000 смъртни случаи годишно. Докато курсът намалява всяка година - отразявайки подобрения в дизайна и новите технологии, Националната администрация за безопасност на движението по магистрали изчислява, че цената на произшествията през 2010 г. е била 871 милиарда долара.
Разрастването на градовете. Населението на САЩ над три пъти се е утроило от 76 милиона души през 1900 г. до 281 милиона през 2000 г. Въпреки това, според проучване на преброяването в САЩ от 2002 г., броят на хората, живеещи в столичен район, е намалял значително от 1950 г. В средата на века повече над 7000 души са заели квадратна миля площ; през 2000 г. имаше по-малко от 3000 на квадратна миля. Това разпространение намалява ефективността на масовия транзит и увеличава натиска за изграждане на по-обширни пътни и магистрални мрежи.
Задръствания. Според проучване на мобилността в Тексас от A&M от 2012 г. средният автомобилен превоз прекарва повече от 50 часа седмично, седейки в колата си, заседнал в движение. В градове като Лос Анджелис, Бостън и Ню Йорк задръстванията са повече от 60 часа годишно, което кара американците да пътуват натрупани 5,5 милиарда часа повече от необходимото и да закупят допълнителни 2,9 милиарда галона гориво.
замърсяване. Докато атмосферното замърсяване предхожда автомобила, повечето учени са съгласни, че нашите лични автомобили са основна причина за глобалното затопляне. Според Съюза на загрижените учени автомобилите и камионите представляват почти една пета от всички емисии в САЩ - около 24 килограма въглероден диоксид и други газове с глобално затопляне за всеки галон газ.

Бъдещето на автомобилите

Въпреки че автомобилите са се променили значително след въвеждането им, темпът на подобрения в автомобилите се увеличава - особено свързан с напредъка за борба с отрицателните им въздействия. Някои футуристи прогнозират появата на автономни автомобили - самоуправляващи се автомобили - в рамките на следващото десетилетие.

ExtremeTech съобщава, че Mercedes-Benz представи колата си без шофьори на изложението Consumer Electronics 2015, луксозното превозно средство F-105, което се предлага с предни седалки, които се въртят, така че водачът и пътникът на предната седалка да могат да седят лице в лице със задната част. -седящи пътници. Междувременно BMW демонстрира своя i3 EV, че се паркира и може да търси гараж за паркинг за открити пространства.

Според CNBC някои анализатори прогнозират, че нови производители като Google и Apple ще изместят традиционните масови производители на автомобили като General Motors, Ford, Honda и Volkswagen, като се насочат към новата технология. Други прогнози включват следното:

По-малко автомобили ще бъдат собственост на семейства, тъй като един автомобил може да обслужва различни членове последователно и едновременно, без да чака шофьор. Например автомобил без шофьор може да се върне в домашната си база, след като достави работник до офиса и да бъде на разположение за превоз на други членове на семейството през деня, преди да се върне, за да вземе пътника по-късно вечерта.
Ще има увеличаване на споделената мобилност, когато хората използват автомобили, без да ги притежават.

Елементи на значителна промяна

Значителните подобрения ще намалят отрицателното въздействие на автомобилите в бъдеще. Те включват следните аспекти и елементи.

Дизайн

Първите автомобили приличаха на теглените кончета, които те заменяха, прости кутии на колела. Ранните производители имаха малко познания за аеродинамиката - съпротивлението на обектите, движещи се във въздуха, или „влаченето“. Плъзгането се увеличава пропорционално със скоростта. Формата на автомобила, особено челната зона, влияе пряко на консумираната енергия, докато превозното средство се движи напред.

Друг ефект от повишената скорост е допълнителното повдигане - тенденцията на каросерията на колата да се издига от пътната настилка - от въздуха, който тече под автомобила, намалявайки сцеплението и стабилността по време на завои. Използването на вятърни тунели е насочило инженерите на автомобилния дизайн да намалят острите ръбове и да подобрят оптимизирането, като по този начин намаляват влаченето, повдигането и консумацията на енергия..

В резултат на това марките и моделите изглеждат сходни, тъй като всеки производител бързо приема всяко предимство, спечелено от съперник. Бъдещите автомобили вероятно ще бъдат по-къси с повече завои, като същевременно поддържат или увеличават вътрешното пространство за пътниците.

материали

Теглото на автомобила пряко влияе на разхода на гориво, използвано по време на работа. Университетът на Вашингтон съобщава, че широкото използване на конструкцията на едно цяло, леки материали и по-малки двигатели намалява средното тегло на автомобила със 1700 паунда между 1975 и 2009 г. Въпреки това голяма част от предимството се компенсира от увеличаване на размера на автомобила и допълнителна функционалност.

Продължаващият федерален натиск за увеличаване на икономията на гориво ще доведе до по-голямо използване на леки стомани, алуминий, композитни материали и пластмаси за намаляване на теглото и подобряване на експлоатационната годност. Например корпусът на Tesla Roadster е изграден от лек въглероден / епоксиден състав, който е здрав като стомана и тежи 30% по-малко. Тъй като производствените разходи на материала намаляват, все повече производители ще се насочат към революционните нови композитни материали за своите превозни средства.

Механична ефективност

Четиритактовият двигател с вътрешно горене е основният източник на енергия за автомобилите от десетилетия. С течение на годините технологичният напредък като двойни надземни гърбици с четири клапана с променлив момент на вентила, принудителна индукция на въздух, впръскване на гориво, компютърно регулиране на впръскването на гориво и променливи срокове на клапана повишава ефективността и мощността на двигателя.

Широкото използване на блока за управление на двигателя - бордови компютър, който регулира времето за запалване, сместа въздух / гориво и скоростта на празен ход - създава по-голяма горивна ефективност и постоянна диагностика на двигателя. Трансмисиите са по-ефективни, развивайки се от ръчно превключване на три предавки напред и назад, до автоматично превключване на шест до осем предавки и заден ход. Подобрената хидравлика позволява усилването на волана без усилие, докато антиблокиращите спирачки драстично намаляват времето и пространството за спиране.

От 2015 г. хибридите - комбинация от бензиновия двигател и електромотора - не са станали популярни в някои части на САЩ. Според Experian Automotive (чрез Адам Голдфейн), един от четирите хибрида са продадени в Калифорния, сума по-голяма от следващите пет щата (Флорида, Тексас, Ню Йорк, Вирджиния и Вашингтон).

Въпреки че по-голямата част от големите производители на автомобили в момента предлагат хибриден модел, моделите на Prius на Toyota доминират на пазара с около 5 милиона общи продажби от 2000 г. насам, според 24/7 Wall St., тъй като годишните продажби на автомобили в САЩ от 2000 г. насам варират толкова ниско, колкото 10,4 милиона (година 2009) до 17,4 милиона (2000 г.), хибридите представляват по-малко от 3% от общите продажби от 2000 г. насам и според Green Car Reports средно около 3% от общите годишни продажби в момента.

Много наблюдатели смятат, че комбинацията от следното досега е ограничила продажбата на хибриди:

Високи потребителски цени спрямо традиционните модели двигатели (5000 долара или повече за сравнителен автомобил)
По-малко независими сервизни съоръжения, способни да обслужват или ремонтират хибриди или електрически автомобили, което изисква автомобила да се поддържа от продавача
Липса на запознаване на потребителите с новата технология
Повишена горивна ефективност на газовите двигатели
Автомобилна култура, която идеализира конските сили и скоростта на магистрала

Докато чисто електрическите превозни средства, задвижвани от горивни клетки (а не хибриди), завладяха фантазията на обществеността, подобренията на горивните клетки не са настъпили толкова бързо, колкото се предвиждаше. Средният електрически автомобил има 150 мили ограничение за шофиране и се нуждае от 20 до 30 минути за презареждане.

За разлика от това, Ford Focus от 2015 г. с четирицилиндров двигател с гъвкаво гориво (бензин или бензин-етанол) и резервоар от 12,4-литров може да измине повече от 360 мили без зареждане с гориво. Докато електрическите автомобили може да заменят традиционните източници на енергия в бъдеще, най-вероятният резултат е повишена популярност на хибридния двигател, логичният преход между газовите и електрическите двигатели.

горива

През по-голямата част от своето съществуване автомобилът разчита на бензин - рафиниран петролен продукт - за своето гориво. Исторически се добавя тетраетил олово за осигуряване на по-голяма устойчивост на самозапалване, състояние, което драйвери, наричани „чукане“ при изключване на запалването. От 70-те години на миналия век етанолът - възобновяемо гориво, смесено с бензин - замества оловото, комбинацията понякога наричана „гъвкаво гориво“.

Други горива включват следното:

Сгъстен природен газ. Някои превозни средства, особено големите камиони и автобуси, са проектирани да работят със сгъстен природен газ, изкопаемо гориво, което гори по-чисто от петрола и произвежда по-малко замърсители. Привърженици като маслодая Т. Бун Пикенс се обявиха за CNG като по-добра екологична и по-евтина алтернатива на бензина. Инфраструктурата за осигуряване на CNG като жизнеспособна алтернатива на нация автомобили не съществува, като по този начин ограничава привлекателността му до автомобилистите.
Електричество. Електрическите и хибридните превозни средства са все по-често срещани, като икономията на гориво е приблизително 33% по-голяма от бензиновия двигател. Докато автомобилите с акумулаторни батерии могат да се зареждат у дома или на обществени станции за зареждане, обхватът на автомобилите само с електричество е значително по-малък от автомобила с бензин с капацитет за съхранение 12 или повече галона. Подобренията в технологията на батериите са по-бавни от първоначално предвидените, а превозните средства с електрически двигатели остават по-скъпи от алтернативата на бензин. Независимо от това, електрическите автомобили ще продължат да събират по-голям пазарен дял, тъй като производствените разходи намаляват и техните екологични предимства стават по-очевидни. Хибридните модели, разчитащи на бензинов мотор за презареждане на батерии или захранване на електродвигателя, могат да бъдат задвижвани по-далеч от автомобилите с бензинов двигател и също така да запазят предимство на икономия.
водород. Някои учени и производители на автомобили застъпват водорода като гориво на бъдещето, главно за неговите ползи за околната среда. През 2014 г. Hyundai започна лизинг на първото превозно средство с водород в Съединените щати, докато Toyota обяви, че планира да продаде първия си автомобил с водородно гориво през 2015 г. Повечето от големите производители имат разработени автомобили с водород. Обаче горивната инфраструктура, необходима за поддържане на водорода като основно гориво, все още не съществува.

Малко вероятно е, че всяко едно алтернативно гориво ще измести бензина като основно гориво на автомобила преди 2025 г. Електрическите автомобили и хибридните превозни средства ще продължат да събират значителен пазарен дял, тъй като изминатото разстояние за електрически заряд се увеличава. Световната цена на петрола също ще повлияе значително на евентуалното преобразуване на едро в алтернативно гориво. Ако цените продължат до $ 4.00 за галон или повече, преминаването към алтернативни горива ще бъде стимулирано.

комуникации

Електронната комуникация между автомобила и средата, в която работи, е претърпяла най-драматичните промени. Глобалните системи за позициониране (GPS) се предлагат в повечето нови автомобили, макар и като добавка за много от тях. Тъй като тези системи стават стандартни за всички нови автомобили, проследяването на превозните средства в реално време ще се увеличава, както и мониторингът на двигателя извън него. GPS системата е от съществено значение за автомобилите без шофьор.

Комуникациите между превозни средства и превозни средства (V2V) и превозни средства до инфраструктура (V2I) ще станат обичайни, така че автомобилите автоматично да бъдат запознати с положението и движението на други превозни средства, в допълнение към променящите се пътни условия. Интерактивните пътни знаци и пътните сигнали ще осигуряват автоматична и постоянна комуникация на превозните средства, позволявайки корекции на курса и скоростта без намеса на водача. Тъй като тези елементи - вече технически налични - са въведени, автомобилът без шофьор ще се превърне в реалност.

Пътища и магистрали

В следващите десетилетия САЩ ще възстанови застаряващата си инфраструктура и ще включи новата технология на комуникации. Днес ограничените ленти за големи камиони са често срещани по магистралите. Взводът по междудържавни магистрали - отделни автомобили, свързани заедно по електронен път и пътуващи заедно като единица - ще стане нещо обичайно, докато страната възстановява магистралите си, за да приспособи комуникационните възможности.

Обосновката за ограничения на скоростта в исторически план е следната:

Безопасност на водача. Шофирането с по-ниски скорости позволява на водачите повече време да правят корекции, ако е необходимо, и намалява силите на удара. Авариите в магистралите ще бъдат драстично намалени, тъй като компютрите заместват човешките шофьори, като първите правят незабавни корекции, тъй като условията на пътя и движението се променят. Читателите трябва да отбележат, че Autobahn в Западна Германия няма горни граници на скоростта и от години е имал процент на смъртност в трафика далеч под американската междудържавна магистрална система.
Икономия на гориво. Ограничението на скоростта от 55 мили в час е наложено от федералното правителство чрез Закона за опазване на енергията при спешни магистрали през 1974 г., за да се намали консумацията на бензин. Ограниченията бяха повишени до 65 мили / ч през 1987 г. и отменени през 1995 г. Има малко доказателства, че по-ниските ограничения на скоростта доведоха до значителни национални икономии на гориво.

Тъй като инфраструктурата на магистралите се подменя и броят на автомобилите-роботи нараства пропорционално, максималните ограничения на скоростта ще изчезнат на държавно ниво.

безопасност

Безопасността на водачите и пътниците се е увеличила драстично през последните години благодарение на по-добрия дизайн на автомобила и използването на автоматично задействащи се въздушни възглавници. Автоматичното управление на дългите светлини в момента е стандартно за много автомобили, а възможностите за нощно виждане с автоматично разпознаване на пешеходци при луксозни модели може да са стандартни до 2025 г. Задните монтирани отзад радарни и многопосочни, мулти-сензорни камери вече се появяват в лукс модели автомобили и вероятно ще станат стандарт в следващите години.

Автоматичните системи за аварийно управление, комбиниращи спиране и уклончиво управление, ще намалят или ще избегнат опасни сблъсъци в бъдеще. Nissan Motor Corporation е сред компаниите, разработващи устройства за откриване на неспособността на водача да управлява безопасно превозно средство - сензори, които откриват алкохол, камери за наблюдение на изражението на лицето или софтуер за разпознаване на нередно шофиране - за евентуална употреба.

Заключителна дума

Автомобилите на бъдещето ще бъдат също толкова различни от днешните, колкото първите автомобили се различаваха от коня и бъгито. Автомобилите без шофьор ще бъдат значително по-енергийно ефективни, по-безопасни, по-малко вредни за околната среда и по-икономични за експлоатация от всеки вид транспорт в човешкия опит.

Преходът към бъдещето на автомобилите няма да бъде бърз, като отнеме поне десетина или повече години, за да замени съществуващия парк от автомобили в страната. Възстановяването на магистралите и пътищата на страната за приспособяване на новите технологии вероятно ще отнеме още повече, докато лидерите на нацията се борят с конфликтни национални приоритети. Темпът на технологично усъвършенстване ще продължи да се увеличава, но ползите от тези подобрения вероятно няма да бъдат напълно реализирани до 2050 г. или по-късно.

Какви прогнози имате за бъдещето на автомобилите?