Budúcnosť automobilov a automobilovej techniky - hybridné, elektrické a bezvládne automobily

Automobily, ktoré sú čoraz dostupnejšie pre všetkých, rozmazali rozdiely v sociálnej triede, rozšírili trhy a stimulovali ekonomiku. Priemysel priamo zamestnáva viac ako 2,6 milióna ľudí a podľa Auto Alliance predstavuje 3 až 3,5% hrubého domáceho produktu (HDP)..

Americký milostný pomer s automobilmi je zrejmý z toho, čo vlastní. Podľa štatistík Bureau of Transportation Statistics bolo v roku 2012 v Spojených štátoch viac ako 250 miliónov registrovaných vozidiel, alebo jedno pre každého Američana staršieho ako 18 rokov. Priemerná domácnosť vlastní 1,75 vozidiel. Vodiči cestovali v tom roku viac ako 2,8 miliárd míľ po 4,5 miliónoch kilometrov ciest a diaľnic a 605 471 mostov v krajine..

Spotrebitelia si môžu vybrať z množstva výrobcov automobilov, z ktorých všetci vyrábajú rôzne značky, modely a štýly karosérie. Vozidlá potom môžu byť ďalej prispôsobené farbou, typom motora, prevodovkou, dizajnom interiéru a typom kolies. Okrem toho existujú tisíce autoservisov, vysoko výkonných mechanikov a dielní prispôsobujúcich karosérie, ktoré sú pripravené plniť sny ktoréhokoľvek majiteľa automobilu..

Negatívny vplyv automobilov na moderný život

Pre všetky svoje príspevky do moderného života má automobil značný negatívny vplyv na jednotlivcov a spoločnosť ako celok:

• výdavok. Nákup a nepretržitá prevádzka automobilu je jedným z najväčších výdavkov, ktoré typický človek v živote vynaloží. Podľa údajov Bureau of Labor Statistics predstavuje automobilka asi jednu šestinu rodinného rozpočtu, čo je viac ako kombinované stravovanie alebo zdravotná starostlivosť a poistenie. BLS uvádza, že v roku 2010 bol priemerný osobný automobil v USA starý 11,4 rokov a najazdil 11 318 míľ, pričom spaľoval 2 132 dolárov na plyn a ropu. Okrem toho vodiči minuli v priemere 787 dolárov na opravy a údržbu.
• Úmrtia a zranenia. Podľa amerického sčítania ľudu úrad, od roku 1990, každý rok dôjde k viac ako 10 miliónom nehôd týkajúcich sa automobilov, ktoré spôsobujú viac ako 30 000 úmrtí ročne. Kým táto miera klesá každý rok - odrážajúc zlepšenia v dizajne a nových technológiách - Národná správa bezpečnosti cestnej premávky odhaduje, že náklady na nehody v roku 2010 boli 871 miliárd dolárov.
• Urban Sprawl. Počet obyvateľov USA sa viac ako strojnásobil zo 76 miliónov ľudí v roku 1900 na 281 miliónov v roku 2000. Podľa štúdie sčítania ľudu USA z roku 2002 sa však počet obyvateľov žijúcich v metropolitnej oblasti od roku 1950 výrazne znížil. V polovici storočia viac viac ako 7 000 ľudí zaberalo plochu štvorcovej míle; v roku 2000 bolo menej ako 3 000 metrov štvorcových. Toto rozšírenie znižuje účinnosť hromadného tranzitu a zvyšuje tlak na vybudovanie rozsiahlejších cestných a diaľničných sietí.
• zahlteniu. Podľa štúdie mobility A&M z Texasu z roku 2012 priemerný dochádzajúci za prácou trávi viac ako 50 hodín týždenne sedením vo svojom aute uviaznutom v premávke. V mestách ako Los Angeles, Boston a New York je preťaženie viac ako 60 hodín ročne, čo spôsobuje, že Američania cestujú o 5,5 miliardy hodín viac, ako je potrebné, a kupujú ďalších 2,9 miliardy galónov paliva..
• Znečistenie. Kým znečistenie ovzdušia predchádza automobil, väčšina vedcov súhlasí s tým, že naše osobné automobily sú hlavnou príčinou globálneho otepľovania. Podľa Únie zainteresovaných vedcov predstavujú automobily a nákladné autá takmer jednu pätinu všetkých emisií v USA - približne 24 libier oxidu uhličitého a ďalších plynov na globálne otepľovanie na každý galon spáleného plynu..

Budúcnosť automobilov

Aj keď sa automobily od svojho zavedenia výrazne zmenili, tempo zlepšovania automobilov sa zvyšuje - najmä v súvislosti s pokrokom v boji proti ich negatívnym vplyvom. Niektorí futuristi predpovedajú výskyt autonómnych automobilov - vozidlá s vlastným pohonom - v najbližšom desaťročí.

ExtremeTech uvádza, že Mercedes-Benz predstavil svoje vozidlo bez vodiča na 2015 Consumer Electronics Show, luxusnom vozidle F-105, ktoré sa dodáva s prednými sedadlami, ktoré sa otáčajú, takže vodič a spolujazdec na prednom sedadle môžu sedieť tvárou v tvár zozadu. -sediaci cestujúci. Medzitým BMW predviedlo svoje i3 EV, ktoré sa samooparkuje a môže vyhľadávať parkovacie garáže pre otvorené priestranstvá.

Podľa CNBC niektorí analytici predpovedajú, že noví výrobcovia, ako sú Google a Apple, nahradia tradičných výrobcov hromadných automobilov, ako sú General Motors, Ford, Honda a Volkswagen, s náskokom v oblasti nových technológií. Medzi ďalšie predpovede patrí:

• Rodiny vlastnia menej automobilov, pretože jediné auto môže obslúžiť rad členov postupne a súčasne bez čakania na vodiča. Napríklad auto bez vodiča by sa mohlo vrátiť do svojej domovskej základne po doručení pracovníka do kancelárie a mohlo by byť k dispozícii na prepravu ďalších členov rodiny počas dňa pred návratom, aby sa vyzdvihlo dochádzajúce neskôr vo večerných hodinách..
• Zvýši sa zdieľaná mobilita, keď ľudia používajú autá bez toho, aby ich vlastnili.

Prvky významnej zmeny

Významné zlepšenia znížia negatívny vplyv automobilov v budúcnosti. Patria sem nasledujúce aspekty a prvky.

dizajn

Prvé automobily sa podobali koňom ťahaným koňom, ktoré nahradili, jednoduché škatule na kolesách. Počiatoční výrobcovia mali malé znalosti o aerodynamike - odpore objektov pohybujúcich sa vzduchom alebo „ťahanie“. Drag sa úmerne zvyšuje s rýchlosťou. Tvar vozidla, najmä predná oblasť, priamo ovplyvňuje spotrebu energie pri pohybe vozidla vpred.

Ďalším účinkom zvýšenej rýchlosti je ďalší zdvih - tendencia karosérie stúpať z povrchu cesty - zo vzduchu prúdiaceho pod vozidlom, čo znižuje ťah a stabilitu počas zákrut. Použitie aerodynamických tunelov viedlo konštruktérov automobilového dizajnu k zníženiu ostrých hrán a zlepšeniu zefektívnenia, a teda k zníženiu odporu, zdvihu a spotreby energie..

V dôsledku toho sa značky a modely zdajú podobné, pretože každý výrobca rýchlo prijíma akúkoľvek výhodu získanú konkurenciou. Budúce automobily budú pravdepodobne kratšie s väčším počtom zákrut pri zachovaní alebo zväčšení vnútorného priestoru pre cestujúcich.

materiály

Hmotnosť vozidla priamo ovplyvňuje spotrebu paliva používanú počas prevádzky. University of Washington uvádza, že rozšírené používanie konštrukcie unibody, ľahkých materiálov a menších motorov medzi rokmi 1975 a 2009 znížilo priemernú hmotnosť automobilu o 1 700 libier. Avšak veľká časť výhod bola vyvážená zvýšením veľkosti vozidla a zvýšenou funkčnosťou..

Nepretržitý federálny tlak na zvýšenie spotreby paliva bude mať za následok väčšie používanie ľahkej ocele, hliníka, kompozitných materiálov a plastov na zníženie hmotnosti a zlepšenie odolnosti voči nárazu. Napríklad telo Tesla Roadster je vyrobené z ľahkého kompozitu z uhlíkových vlákien / epoxidu, ktorý je rovnako pevný ako oceľ a váži o 30% menej. S poklesom výrobných nákladov na materiál sa viac výrobcov obracia k novým revolučným kompozitným materiálom pre svoje vozidlá.

Mechanická účinnosť

Štvortaktný spaľovací motor je už desaťročia hlavným zdrojom energie pre automobily. V priebehu rokov technologický pokrok, ako napríklad dvojité vačky so štyrmi ventilmi s variabilným časovaním ventilov, nútené nasávanie vzduchu, vstrekovanie paliva, počítačom upravené vstrekovanie paliva a variabilné časovanie ventilov, zvýšili účinnosť a výkon motora.

Rozsiahle použitie riadiacej jednotky motora - palubného počítača, ktorý reguluje časovanie zážihu, zmes vzduchu a paliva a voľnobežné otáčky - vytvára vyššiu palivovú účinnosť a konštantnú diagnostiku motora. Prevody sú účinnejšie a vyvíjajú sa od manuálneho radenia troch prevodových stupňov dopredu a dozadu, až po automatické radenie zo šiestich na osem prevodových stupňov a spätný chod. Vylepšená hydraulika umožňuje bez námahy posilňovač riadenia, zatiaľ čo protiblokovacie brzdy drasticky skrátili čas zastavenia a priestor.

Od roku 2015 sa hybridy - kombinácia benzínového a elektrického motora - nestávajú populárnymi v niektorých častiach Spojených štátov. Podľa Experian Automotive (prostredníctvom Adama Goldfeina) sa v Kalifornii predal jeden zo štyroch hybridov, čo je viac ako v nasledujúcich piatich štátoch (Florida, Texas, New York, Virgínia a Washington)..

Hoci väčšina hlavných výrobcov automobilov v súčasnosti ponúka hybridný model, modely Prius od Toyota dominujú na trhu s približne 5 miliónmi celkových tržieb od roku 2000, podľa 24/7 m. St. Od roku 2000 sa ročný predaj automobilov od roku 2000 pohyboval na nízkej úrovni 10,4 milióna (rok 2009) na 17,4 milióna (rok 2000), hybridy predstavovali od roku 2000 menej ako 3% z celkového predaja a podľa správ Green Car Reports v súčasnosti predstavujú približne 3% z celkového ročného predaja.

Mnoho pozorovateľov verí, že kombinácia nasledujúcich obmedzení doteraz obmedzila predaj hybridov:

• Vysoké spotrebiteľské ceny v porovnaní s tradičnými modelmi motorov (5 000 dolárov alebo viac za porovnateľné auto)
• Menej nezávislých servisných zariadení schopných servisu alebo opravy hybridov alebo elektrických vozidiel, pri ktorých je potrebné, aby predajca udržiaval vozidlo u predajcu
• Nedostatok oboznámenia spotrebiteľov s novou technológiou
• Zvýšená palivová účinnosť plynových motorov
• Automobilová kultúra, ktorá idealizuje výkon a rýchlosť na diaľnici

Zatiaľ čo čisto elektrické vozidlá poháňané palivovými článkami (nie hybridy) zachytili fantáziu verejnosti, vylepšenia palivových článkov nepokročili tak rýchlo, ako sa predpokladalo. Priemerný elektrický automobil má jazdný limit 150 míľ a nabitie si vyžaduje 20 až 30 minút.

Naproti tomu Ford Focus 2015 so štvorvalcovým motorom na flexibilné palivo (benzín alebo zmes benzínu a etanolu) a 12,4-galónovou nádržou dokáže bez tankovania prejsť viac ako 360 kilometrov. Kým elektrické vozidlá môžu v budúcnosti nahradiť tradičné zdroje energie, najpravdepodobnejším výsledkom je zvýšená popularita hybridného motora, logický prechod medzi plynovým a elektrickým motorom.

paliva

Počas väčšiny svojej existencie sa automobil spoliehal na benzín - rafinovaný ropný produkt - pre svoje palivo. Historicky sa pridal tetraetyl olovo, aby sa zabezpečila väčšia odolnosť proti samovznieteniu, čo je stav, ktorý sa pri vypnutí zapaľovania nazýva „klepanie“. Od sedemdesiatych rokov nahradil olovo etanol - obnoviteľné palivo zmiešané s benzínom - kombinácia sa niekedy nazýva „flex fuel“.

Medzi ďalšie palivá patria:

• Stlačený zemný plyn. Niektoré vozidlá, najmä veľké nákladné autá a autobusy, sú konštruované na prevádzku so stlačeným zemným plynom, fosílnym palivom, ktoré spaľuje čistejšie ako ropa a produkuje menej znečisťujúcich látok. Navrhovatelia, ako je ropný priemyselník T. Boone Pickens, obhajujú CNG ako lepšiu environmentálnu a lacnejšiu alternatívu k benzínu. Infraštruktúra na poskytovanie CNG ako životaschopnej alternatívy k národu automobilov však neexistuje, čím sa obmedzuje jeho príťažlivosť pre motoristov..
• elektrina. Elektrické a hybridné vozidlá sú čoraz bežnejšie, pričom spotreba paliva je približne o 33% vyššia ako u benzínových motorov. Zatiaľ čo autobatérie poháňané batériou sa môžu nabíjať doma alebo na verejných nabíjacích staniciach, dosah vozidiel s elektrickým pohonom je podstatne menší ako u vozidiel poháňaných benzínom s úložnou kapacitou 12 alebo viac galónov. Vylepšenia v technológii batérií boli pomalšie, ako sa pôvodne predpokladalo, a vozidlá na elektrický pohon zostávajú drahšie ako alternatíva na benzínové motory. Elektrické automobily však budú aj naďalej získavať väčší podiel na trhu, pretože sa znižujú výrobné náklady a ich environmentálne výhody sa stávajú zrejmejšími. Hybridné modely, ktoré sa spoliehajú na benzínový motor na dobíjanie batérií alebo na napájanie elektromotora, môžu jazdiť ďalej ako vozidlá s benzínovým motorom a zároveň si zachovávajú výhodu úspory paliva..
• vodík. Niektorí vedci a výrobcovia automobilov obhajujú vodík ako palivo budúcnosti, predovšetkým kvôli jeho environmentálnym výhodám. V roku 2014 spoločnosť Hyundai začala prenajímať prvé vozidlo s vodíkovým pohonom v Spojených štátoch, zatiaľ čo spoločnosť Toyota oznámila plány na predaj svojho prvého vozidla s vodíkovým pohonom v roku 2015. Väčšina z hlavných výrobcov má vo vývoji vozidlá s vodíkovým pohonom. Infraštruktúra na dopĺňanie paliva potrebná na podporu vodíka ako primárneho paliva zatiaľ neexistuje.

Je nepravdepodobné, že by každé jedno alternatívne palivo nahradilo benzín ako primárne palivo automobilu pred rokom 2025. Elektrické automobily a hybridné vozidlá budú naďalej získavať významný podiel na trhu, keď sa vzdialenosť prejdená na elektrický náboj zvýši. Svetová cena ropy tiež výrazne ovplyvní prípadnú veľkoobchodnú premenu na alternatívne palivo. Ak ceny pokračujú na úrovni 4,00 dolárov za galón alebo vyššiu, urýchli sa prechod na alternatívne palivá.

komunikácia

Elektronická komunikácia medzi automobilom a prostredím, v ktorom pôsobí, prešla najdramatickejšími zmenami. Globálne systémy určovania polohy (GPS) sú k dispozícii vo väčšine nových automobilov, aj keď ako doplnková položka pre mnohých. Keď sa tieto systémy stanú štandardom pre všetky nové automobily, sledovanie vozidiel v reálnom čase sa bude zvyšovať, ako aj monitorovanie motorov mimo pracoviska. Systém GPS je nevyhnutný pre vozidlá bez vodiča.

Komunikácia medzi vozidlom (V2V) a komunikácia medzi vozidlom a infraštruktúrou (V2I) sa stane bežnou záležitosťou, aby si automobily mohli automaticky poznať polohu a pohyb iných vozidiel, okrem meniacich sa podmienok na ceste. Interaktívne dopravné značky a dopravné signály zabezpečia automatickú a stálu komunikáciu s vozidlami, čo umožní korekciu trate a rýchlosti bez zásahu vodiča. Po zavedení týchto prvkov - už technicky dostupných - sa vozidlo bez vodiča stane realitou.

Cesty a diaľnice

V nasledujúcich desaťročiach USA obnovia starnúcu infraštruktúru a začlenia novú technológiu komunikácie. V súčasnosti sú na diaľniciach obmedzené jazdné pruhy pre veľké nákladné vozidlá. Četenie na medzištátnych diaľniciach - jednotlivé autá spojené elektronicky a cestujúce spolu ako celok - sa stane bežným, keď krajina obnoví svoje diaľnice, aby vyhovovala komunikačným schopnostiam..

Historické dôvody obmedzenia rýchlosti boli tieto:

• Bezpečnosť vodiča. Jazdenie pri nižších rýchlostiach umožňuje vodičom viac času na prípadné úpravy a znižuje nárazové sily. Dopravné nehody sa drasticky znížia, pretože počítače nahradia vodiči človeka, pričom prvé z nich sa okamžite prispôsobuje zmenám podmienok na cestách a premávke. Čitatelia by si mali uvedomiť, že diaľnica v západnom Nemecku nemá žiadne najvyššie obmedzenia rýchlosti a už roky trpí dopravnou nehodou hlboko pod medzištátnym diaľničným systémom USA..
• Úspora paliva. V roku 1974 federálna vláda na základe zákona o mimoriadnych energetických úsporách z diaľnice v roku 1974 uložila rýchlostný limit 55 míľ za hodinu na zníženie spotreby benzínu. Tieto limity boli v roku 1987 zvýšené na 65 km / h a zrušené v roku 1995. Existuje len málo dôkazov o tom, že nižšie rýchlostné limity viedli k významným národným úsporám paliva..

Keď sa nahradí diaľničná infraštruktúra a úmerne sa zvýši počet robotických automobilov, na štátnej úrovni zmiznú maximálne rýchlostné limity.

bezpečnosť

Bezpečnosť vodičov a cestujúcich sa v posledných rokoch dramaticky zvýšila vďaka lepšej konštrukcii vozidla a použitiu automaticky rozmiestnených airbagov. Automatické diaľkové ovládanie svetiel je v súčasnosti na mnohých autách štandardné a možnosti nočného videnia s automatickou detekciou chodcov na luxusných modeloch môžu byť do roku 2025 štandardné. Radarové radary zadné a viacsmerové, viac snímacie kamery sa už objavujú v luxusu modelov automobilov a pravdepodobne sa v budúcich rokoch stanú štandardom.

Automatické núdzové systémy riadenia kombinujúce brzdenie a vyhýbavé riadenie v budúcnosti znížia alebo zabránia nebezpečným kolíziám. Nissan Motor Corporation patrí medzi spoločnosti vyvíjajúce zariadenia na zisťovanie neschopnosti vodiča bezpečne prevádzkovať vozidlo - senzory, ktoré detekujú alkohol, kamery na sledovanie výrazov tváre, alebo softvér na rozpoznanie nepravidelnej jazdy - na prípadné použitie..

Záverečné slovo

Automobily budúcnosti sa budú líšiť od dnešných dní, pretože prvé automobily sa líšia od koní a kočíkov. Vozidlá bez vodiča budú výrazne ľudskejšie energeticky účinnejšie, bezpečnejšie, menej škodlivé pre životné prostredie a hospodárnejšie ako akýkoľvek iný druh dopravy..

Prechod na budúcnosť automobilov nebude rýchly a bude trvať najmenej tucet alebo viac rokov, kým nahradí existujúcu flotilu automobilov v krajine. Prestavba diaľnic a ciest národa na prispôsobenie sa novej technológii bude pravdepodobne trvať ešte dlhšie, pretože vedúci predstavitelia krajiny zápasia s konfliktnými národnými prioritami. Tempo technologického zlepšovania sa bude naďalej zvyšovať, ale prínosy týchto zlepšení sa pravdepodobne do roku 2050 alebo neskôr nebudú plne realizovať..

Aké máte predpovede týkajúce sa budúcnosti automobilov?