Fremtiden til biler og bilteknologi - hybride, elektriske og førerløse biler

Biler, i økende grad tilgjengelige for alle, har tåket sosiale klasses distinksjoner, utvidet markeder og stimulert økonomien. Bransjen sysselsetter mer enn 2,6 millioner mennesker og utgjør, ifølge Auto Alliance, 3% til 3,5% av landets bruttonasjonalprodukt (BNP).

Det amerikanske kjærlighetsforholdet til biler er tydelig i antall som eies. I følge Bureau of Transportation Statistics var det mer enn 250 millioner registrerte kjøretøy i USA i 2012, eller en for hver amerikaner over 18 år. Den gjennomsnittlige husstanden eier 1,75 kjøretøy. Sjåfører reiste mer enn 2,8 milliarder miles over 4,5 millioner miles av veier og motorveier og 605,471 broer i nasjonen det året.

Forbrukerne kan velge mellom en mengde produsenter av biler, som alle produserer forskjellige merker, modeller og karosserier. Kjøretøyene kan deretter tilpasses ytterligere etter farge, motortype, girkasse, interiørdesign og hjultype. I tillegg er det tusenvis av bilverksteder, høyytelsesmekanikk og karosserietilpassede butikker klare til å oppfylle drømmen til enhver bileier.

Den negative innvirkningen av biler på det moderne livet

For alle bidragene til det moderne livet har bilen også gitt betydelige negative konsekvenser for enkeltpersoner og samfunnet som helhet:

Kostnader. Kjøp og kontinuerlig drift av en bil er en av de største utgiftene som den typiske personen gjør i løpet av livet. Biler utgjør omtrent en sjettedel av familiens budsjett, mer enn mat eller helse og forsikring til sammen, ifølge Bureau of Labor Statistics. BLS rapporterer at gjennomsnittlig personbil i USA i 2010 var 11,4 år gammel og ble kjørt 11318 mil mens han brente $ 2.132 dollar på gass og olje. Videre brukte sjåførene i gjennomsnitt $ 787 for reparasjoner og vedlikehold.
Dødsfall og skader. I følge Det amerikanske folketelningsbyrået skjer det siden 1990 mer enn 10 millioner ulykker med biler hvert år, noe som forårsaker mer enn 30 000 dødsfall per år. Mens hastigheten synker hvert år - noe som reflekterer forbedringer i design og ny teknologi - anslår National Highway Traffic Safety Administration at kostnadene for ulykker i 2010 var $ 871 milliarder dollar..
Byspredning. Den amerikanske befolkningen tredoblet seg mer enn 76 millioner mennesker i 1900 til 281 millioner i 2000. I følge en USAs folketellingstest fra 2002 har antallet mennesker som bor i et hovedstadsområde imidlertid falt betydelig siden 1950. På midten av århundre, mer enn 7000 mennesker okkuperte en kvadratkilometer med landareal; i 2000 var det mindre enn 3000 per kvadratkilometer. Denne spredningen reduserer effektiviteten av massetransport og øker presset for å bygge mer omfattende vei- og motorveinett.
Opphopning. Ifølge en 2012 Texas A & M-mobilitetsstudie bruker den gjennomsnittlige bilpendler mer enn 50 timer per uke på å sitte i bilen sin fast i trafikken. I byer som Los Angeles, Boston og New York er overbelastningen mer enn 60 timer per år, noe som får amerikanere til å reise en kumulativ 5,5 milliarder timer mer enn nødvendig og kjøpe ytterligere 2,9 milliarder liter drivstoff.
Forurensing. Mens atmosfærisk forurensning foregår i bilen, er de fleste forskere enige om at våre personlige biler er en viktig årsak til den globale oppvarmingen. I følge Union of Concerned Scientists utgjør biler og lastebiler nesten en femtedel av alle amerikanske utslipp - rundt 24 pund karbondioksid og andre globaloppvarmende gasser for hver gallon gass som brennes.

Fremtiden til biler

Selv om biler har endret seg betydelig siden de ble introdusert, øker forbedringstakten i biler - spesielt relatert til fremskritt for å bekjempe deres negative innvirkning. Noen futurister spår utseendet til autonome biler - selvkjørende biler - i løpet av det neste tiåret.

ExtremeTech melder at Mercedes-Benz avduket sin førerløse bil på Consumer Electronics Show 2015, luksuriøs kjøretøy F-105, som kommer med forsetene som svinger slik at føreren og passasjeren foran kan sitte ansikt til ansikt med ryggen -sete passasjerer. I mellomtiden har BMW demonstrert sin i3 EV som selvparker og kan søke i et parkeringshus etter åpne plasser.

I følge CNBC spår noen analytikere at nye produsenter som Google og Apple vil erstatte tradisjonelle massebilprodusenter som General Motors, Ford, Honda og Volkswagen med et forsprang på ny teknologi. Andre spådommer inkluderer følgende:

Færre biler vil bli eid av familier siden en enkelt bil kan betjene en rekke medlemmer sekvensielt og samtidig uten å vente på en sjåfør. En førerløs bil kan for eksempel komme tilbake til hjemmebasen etter å ha levert en arbeider på kontoret og være tilgjengelig for å frakte andre familiemedlemmer i løpet av dagen før han kom tilbake for å hente pendleren senere på kvelden.
Det vil være en økning i delt mobilitet der folk bruker biler uten å eie dem.

Elementer av betydelig endring

Betydelige forbedringer vil redusere den negative effekten av biler i fremtiden. Disse inkluderer følgende aspekter og elementer.

Design

De første bilene liknet hestevogner som de byttet ut, enkle kasser på hjul. Tidlige produsenter hadde liten kunnskap om aerodynamikk - motstanden til objekter som beveger seg gjennom luften, eller "dra." Dra øker proporsjonalt med hastighet. Formen på bilen, spesielt frontalområdet, påvirker direkte energien som forbrukes når kjøretøyet beveger seg fremover.

En annen effekt av økt hastighet er ekstra løft - bilkarossens tendens til å stige opp fra veibanen - fra luft som strømmer under bilen, noe som reduserer trekkraft og stabilitet under svinger. Bruken av vindtunneler har veiledet ingeniører for bildesign for å redusere skarpe kanter og forbedre strømlinjeformingen, og dermed redusere dra, løfte og energiforbruk.

Som en konsekvens virker merkevarer og modeller like da hver produsent raskt tar i mot enhver fordel oppnådd av en rival. Fremtidige biler vil sannsynligvis være kortere med flere kurver mens de opprettholder eller øker innvendig plass for passasjerer.

materialer

Vekten til en bil påvirker direkte drivstofforbruket som brukes under operasjoner. University of Washington rapporterer at utbredt bruk av unibody-konstruksjon, lette materialer og mindre motorer reduserte den gjennomsnittlige bilens vekt med 1700 pund mellom 1975 og 2009. Imidlertid ble mye av fordelen oppveid av en økning i kjøretøystørrelse og ekstra funksjonalitet.

Fortsatt føderalt press for å øke drivstofføkonomien vil resultere i en større bruk av lett stål, aluminium, komposittmaterialer og plast for å redusere vekten og forbedre krasjerbarheten. For eksempel er Tesla Roadster-kroppen konstruert av en lett karbonfiber / epoksykompositt som er like sterk som stål og veier 30% mindre. Når produksjonskostnadene for materialet synker, vil flere produsenter henvende seg til de revolusjonerende nye komposittmaterialene til kjøretøyene.

Mekanisk effektivitet

Firetaktsforbrenningsmotoren har vært den primære kraftkilden for biler i flere tiår. Gjennom årene har teknologiske fremskritt som doble overliggende kammer med fire ventiler med variabel ventiltiming, tvungen induksjon av luft, drivstoffinnsprøytning, datamaskinjustert drivstoffinnsprøytning og variabel ventiltiming økt motoreffektivitet og kraft.

Den utbredte bruken av motorstyringsenheten - en datamaskin om bord som regulerer tenningstiming, luft / drivstoffblanding og tomgangshastighet - skaper større drivstoffeffektivitet og konstant motordiagnose. Overføringene er mer effektive, og utvikles fra manuell skifting av tre fremover gir og bakover, til automatisk skifting av seks til åtte gir og bakover. Forbedret hydraulikk muliggjør enkel servostyring, mens antisperre bremser har redusert stopptid og rom drastisk.

Fra 2015 har hybrider - en kombinasjon av bensinmotor og elmotor - ikke blitt populære i deler av USA. I følge Experian Automotive (via Adam Goldfein) er én av fire hybrider solgt i California, et beløp større enn de neste fem delstatene (Florida, Texas, New York, Virginia og Washington) til sammen.

Selv om de fleste av de store bilprodusentene for tiden tilbyr en hybridmodell, har Toyota Prius-modeller dominert markedet med rundt 5 millioner totale salg siden 2000, ifølge 24/7 Wall St. Siden USAs årlige salg av biler siden 2000 har variert så lavt som 10,4 millioner (år 2009) til 17,4 millioner (år 2000), har hybrider utgjort mindre enn 3% av det totale salget siden 2000, og ifølge Green Car Reports, gjennomsnittlig ca. 3% av det totale årlige omsetning for tiden.

Mange observatører mener kombinasjonen av følgende har begrenset salget av hybrider til dags dato:

Høye forbrukerpriser i forhold til tradisjonelle motormodeller ($ 5000 eller mer for en sammenlignbar bil)
Færre uavhengige servicefasiliteter som er i stand til å reparere eller reparere hybrider eller elbiler, noe som krever at bilen vedlikeholdes av selgerforhandleren
Mangel på forbrukernes kjennskap til den nye teknologien
Økt drivstoffeffektivitet for bensinmotorer
En bilkultur som idealiserer hestekrefter og motorvei

Mens rent elektriske kjøretøyer drevet av brenselceller (ikke hybrider) har fanget publikums fancy, har forbedring av brenselceller ikke kommet så raskt som anslått. Den gjennomsnittlige elbilen har en kjøregrense på 150 kilometer og krever 20 til 30 minutter å lade.

Derimot kan en Ford Focus fra 2015 med en firesylindret, flex-fuel (bensin eller bensin-etanolblanding) motor og en 12,4-gallon tank reise mer enn 360 miles uten tanking. Selv om elektriske biler kanskje erstatter tradisjonelle kraftkilder i fremtiden, er det mest sannsynlige resultatet en økt popularitet av hybridmotoren, den logiske overgangen mellom gass og elektriske motorer.

Fuels

I størstedelen av sin eksistens har bilen vært avhengig av bensin - et raffinert petroleumsprodukt - for drivstoffet. Tetraetyl bly ble historisk lagt til for å gi mer motstand mot selvantennelse, en tilstand som førerne ble kalt "banke" når tenningen ble slått av. Siden 1970-tallet har etanol - et fornybart drivstoff blandet med bensin - erstattet bly, kombinasjonen noen ganger kalt “flex fuel.”

Andre brensler inkluderer følgende:

Komprimert naturgass. Noen kjøretøyer, spesielt store lastebiler og busser, er designet for å operere med komprimert naturgass, et fossilt brensel som brenner renere enn petroleum og produserer færre miljøgifter. Talsmenn som oljemann T. Boone Pickens har tatt til orde for CNG som et bedre miljø og billigere alternativ til bensin. Infrastrukturen for å gi CNG som et levedyktig alternativ til en nasjon av biler eksisterer imidlertid ikke, og begrenser dermed appellen til bilistene.
Elektrisitet. Elektriske og hybride kjøretøyer blir stadig vanligere, med en drivstofføkonomi som er omtrent 33% større enn en bensindrevet motor. Selv om batteridrevne biler kan lades hjemme eller på offentlige ladestasjoner, er rekkevidden til de bare elektriske kjøretøyene betydelig mindre enn en bensindrevet bil med en lagringskapasitet på 12 eller flere liter. Forbedringer i batteriteknologi har vært tregere enn først anslått, og de elektriske motorene er fortsatt dyrere enn et bensindrevet alternativ. Likevel vil elbiler fortsette å samle en større markedsandel etter hvert som produksjonskostnadene synker og miljøfordelene blir mer åpenbare. Hybridmodeller som er avhengige av en bensinmotor for å lade batterier eller drive den elektriske motoren, kan kjøres lenger enn bensindrevne kjøretøyer, og også beholde en fordel med drivstofføkonomi.
hydrogen. Noen forskere og bilprodusenter forfekter hydrogen som fremtidens drivstoff, først og fremst for miljøgevinsten. I 2014 startet Hyundai leasing av det første hydrogendrevne kjøretøyet i USA, mens Toyota kunngjorde planer om å selge sin første hydrogendrevne bil i 2015. De fleste av de største produsentene har hydrogendrevne biler under utvikling. Imidlertid eksisterer foreløpig ikke den drivstoffinfrastrukturen som er nødvendig for å støtte hydrogen som et primært drivstoff.

Det er usannsynlig at noe alternativt drivstoff vil fortrenge bensin som bilens primære drivstoff før 2025. Elektriske biler og hybridbiler vil fortsette å samle betydelig markedsandel etter hvert som den tilbakelagte strekningen per elektrisk ladning øker. Verdensprisen for olje vil også påvirke den endelige engroskonverteringen til et alternativt drivstoff. Hvis prisene fortsetter med 4,00 dollar per gallon eller høyere, vil overgangen til alternative drivstoff bli ansporet.

kommunikasjon

Elektronisk kommunikasjon mellom bilen og miljøet den opererer i har gjennomgått de mest dramatiske endringene. Globale posisjonssystemer (GPS) er tilgjengelige i de fleste nye biler, om enn som et tilleggselement for mange. Ettersom disse systemene blir standard for alle nye biler, vil sanntidssporing av kjøretøy økes tilgjengelig, samt motorovervåkning på stedet. Et GPS-system er viktig for førerløse kjøretøy.

Kjøretøy til kjøretøy (V2V) og kommunikasjon til kjøretøy til infrastruktur (V2I) vil bli vanlig, slik at biler automatisk blir klar over andre kjøretøyers plassering og bevegelse, i tillegg til endrede veiforhold. Interaktive veiskilt og trafikksignaler vil gi automatisk, konstant kommunikasjon til kjøretøyer slik at kurs- og hastighetskorrigeringer kan gjøres uten førerens inngrep. Ettersom disse elementene - allerede teknisk tilgjengelige - blir satt på plass, vil den førerløse bilen bli en realitet.

Veier og motorveier

I de kommende tiårene vil USA gjenoppbygge sin aldrende infrastruktur og inkludere den nye teknologien for kommunikasjon. Begrensede baner for store lastebiler er vanlig på motorveier i dag. Å platonere på utdannede motorveier - enkeltbiler koblet sammen elektronisk og reiser sammen som en enhet - vil bli vanlig når landet gjenoppbygger motorveiene for å imøtekomme kommunikasjonsevnen.

Begrunnelsen for fartsgrenser har historisk sett vært følgende:

Førersikkerhet. Å kjøre i lavere hastigheter gir førerne mer tid til å gjøre justeringer om nødvendig og reduserer slagkraften. Røykulykker vil bli drastisk redusert når datamaskiner erstatter menneskelige sjåfører, hvor førstnevnte gjør øyeblikkelige justeringer når vei- og trafikkforholdene endres. Leserne bør merke seg at Autobahn i Vest-Tyskland ikke har noen øvre fartsgrenser og har opplevd en trafikkdødelighet langt under det amerikanske Interstate Highway System i årevis.
Drivstofføkonomi. En hastighetsgrense på 55 miles per time ble pålagt av den føderale regjeringen via Emergency Highway Energy Conservation Act i 1974 for å redusere bensinforbruket. Grensene ble hevet til 65 km / t i 1987 og opphevet i 1995. Det er lite som tyder på at de nedre fartsgrensene resulterte i betydelig nasjonal drivstoffbesparelse.

Når motorveiinfrastruktur erstattes og antall robotbiler øker proporsjonalt, vil maksimale fartsgrenser forsvinne på statlig nivå.

Sikkerhet

Fører- og passasjersikkerhet har økt dramatisk de siste årene gjennom bedre kjøretøysdesign og bruk av automatisk utplassering av kollisjonsputer. Automatisk fjernlysstyring av lys er for tiden standard på mange biler, og nattesynsmulighetene med automatisk fotgjengerdeteksjon på luksusmodeller kan være standard innen 2025. Bakmontert radar og multiretningskameraer med flere sensorer vises allerede i luksus modeller av biler, og vil trolig bli standard de kommende årene.

Automatiske nødstyringssystemer som kombinerer bremsing og unnvikende styring vil redusere eller unngå farlige kollisjoner i fremtiden. Nissan Motor Corporation er blant selskapene som utvikler enheter for å oppdage en sjåførs manglende evne til å betjene et kjøretøy - sensorer som oppdager alkohol, kameraer for å overvåke ansiktsuttrykk eller programvare for å gjenkjenne uberegnelig kjøring - for eventuell bruk.

Endelig ord

Fremtidens biler vil være like forskjellige fra i dag som de første bilene skilte seg fra hesten og buggy. Driverløse biler vil være betydelig mer energieffektive, sikrere, mindre skadelige for miljøet og mer økonomiske å betjene enn noen transportform i menneskets erfaring..

Overgangen til bilens fremtid vil ikke være rask, og det tar minst et dusin eller flere år å erstatte den eksisterende bilparken i landet. Å gjenoppbygge nasjonens motorveier og veier for å imøtekomme den nye teknologien vil trolig ta enda lengre tid når nasjonens ledere bryter med motstridende nasjonale prioriteringer. Tempoet for teknologisk forbedring vil fortsette å øke, men fordelene med disse forbedringene vil sannsynligvis ikke bli realisert fullt ut før i 2050 eller senere.

Hvilke spådommer har du angående fremtiden til biler?