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

Biler, der i stigende grad er tilgængelige for enhver, har sløret social klasseskiller, udvidet markeder og stimuleret økonomien. Branchen beskæftiger direkte mere end 2,6 millioner mennesker og står ifølge Auto Alliance for 3% til 3,5% af landets bruttonationalprodukt (BNP).

Den amerikanske kærlighedsaffære med biler er tydelig i det antal, der ejes. Ifølge Bureau of Transportation Statistics var der mere end 250 millioner registrerede køretøjer i USA i 2012, eller en for hver amerikaner over 18 år. Den gennemsnitlige husstand ejer 1,75 køretøjer. Chauffører rejste mere end 2,8 milliarder miles over 4,5 millioner miles af veje og motorveje og 605.471 broer i nationen det år.

Forbrugerne kan vælge mellem et væld af producenter af biler, som alle producerer forskellige mærker, modeller og karosserier. Køretøjer kan derefter tilpasses yderligere efter farve, motortype, transmission, interiørdesign og hjultype. Derudover er der tusinder af bilværksteder, højtydende mekanik og karosserietilpassede butikker, der er klar til at opfylde enhver bilejers drømme.

Den negative indvirkning af biler på det moderne liv

For alle sine bidrag til det moderne liv har bilen også haft betydelige negative konsekvenser for enkeltpersoner og samfundet som helhed:

Bekostning. Køb og løbende drift af en bil er en af de største udgifter, som den typiske person foretager i livet. Biler tegner sig for cirka en sjettedel af en families budget, mere end mad eller sundhedsydelser og forsikring tilsammen, ifølge Bureau of Labor Statistics. BLS rapporterer, at i 2010 var den gennemsnitlige personbil i USA 11,4 år gammel og blev kørt 11.318 mil, mens den brændte $ 2.132 på gas og olie. Desuden brugte chauffører i gennemsnit $ 787 til reparationer og vedligeholdelse.
Dødsfald og skader. Ifølge det amerikanske folketællingsbureau er der siden 1990 mere end 10 millioner ulykker med biler hvert år, hvilket medfører mere end 30.000 dødsfald om året. Mens renten falder hvert år - hvilket afspejler forbedringer i design og ny teknologi - skønner National Highway Traffic Safety Administration, at omkostningerne ved ulykker i 2010 var $ 871 milliarder dollars..
Byudbredelse. Den amerikanske befolkning tredoblet sig mere end 76 millioner mennesker i 1900 til 281 millioner i 2000. I henhold til en amerikansk folketællingsundersøgelse fra 2002 er antallet af mennesker, der bor i et hovedstadsområde, dog faldet markant siden 1950. I midten af århundrede var der mere over 7.000 mennesker besatte en kvadratkilometer landområde; i 2000 var der mindre end 3.000 pr. kvadratmil. Denne spredning reducerer effektiviteten af massetransit og øger presset for at bygge mere omfattende vej- og motorvejsnet.
Overbelastning. Ifølge en 2012 Texas A&M mobilitetsundersøgelse tilbringer den gennemsnitlige bilpendler mere end 50 timer om ugen ved at sidde i sin bil, der sidder fast i trafikken. I byer som Los Angeles, Boston og New York er overbelastningen mere end 60 timer om året, hvilket får amerikanerne til at rejse en kumulativ 5,5 milliarder timer mere end nødvendigt og til at købe ekstra 2,9 milliarder liter brændstof.
Forurening. Mens atmosfærisk forurening foregår i bilen, er de fleste forskere enige om, at vores personlige biler er en væsentlig årsag til den globale opvarmning. Ifølge Union of Concerned Scientists tegner biler og lastbiler sig for næsten en femtedel af alle amerikanske emissioner - omkring 24 pund kuldioxid og andre globalopvarmende gasser for hver gallon brændt gas.

Fremtiden for biler

Selvom biler har ændret sig markant siden deres introduktion, øges tempoet i forbedringer i biler - især relateret til fremskridt til at bekæmpe deres negative virkninger. Nogle futurister forudsiger udseendet af autonome biler - selvkørende biler - inden for det næste årti.

ExtremeTech rapporterer, at Mercedes-Benz afslørede deres førerløse bil på Consumer Electronics Show 2015, luksuskøretøjet F-105, som leveres med forsæder, der drejes, så føreren og passagersædet kan sidde ansigt til ansigt med ryggen -sæde-passagerer. I mellemtiden har BMW demonstreret sin i3 EV, at selvparker og kan søge i et parkeringshus efter åbne rum.

Ifølge CNBC forudsiger nogle analytikere, at nye producenter som Google og Apple vil erstatte traditionelle massebilproducenter som General Motors, Ford, Honda og Volkswagen med deres forspring på ny teknologi. Andre forudsigelser inkluderer følgende:

Færre biler ejes af familier, da en enkelt bil kan betjene forskellige medlemmer i rækkefølge og samtidig uden at vente på en chauffør. For eksempel kunne en førerløs bil vende tilbage til sin hjemmebase efter at have leveret en arbejdstager på kontoret og være tilgængelig for at transportere andre familiemedlemmer i løbet af dagen, før han vendte tilbage for at hente pendleren senere på aftenen.
Der vil være en stigning i delt mobilitet, hvor folk bruger biler uden at eje dem.

Elementer af væsentlig ændring

Betydelige forbedringer vil reducere den negative indvirkning af biler i fremtiden. Disse inkluderer følgende aspekter og elementer.

Design

De første biler lignede de hestevogne, som de udskiftede, enkle kasser på hjul. Tidlige producenter havde lidt kendskab til aerodynamik - modstanden fra genstande, der bevæger sig gennem luften, eller "træk." Træk øges forholdsmæssigt med hastigheden. Formen på bilen, især det frontale område, påvirker direkte den energi, der forbruges, når køretøjet bevæger sig fremad.

En anden virkning af øget hastighed er yderligere løft - bilkarossens tendens til at stige fra vejoverfladen - fra luft, der strømmer under bilen, hvilket reducerer trækkraft og stabilitet under sving. Brugen af vindtunneler har ledet ingeniører til bildesign til at reducere skarpe kanter og forbedre strømline og dermed reducere træk, løft og energiforbrug.

Som en konsekvens heraf forekommer mærker og modeller, da hver producent hurtigt vedtager enhver fordel opnået ved en rival. Fremtidige biler vil sandsynligvis være kortere med flere kurver, mens de opretholder eller øger indvendig plads til passagererne.

Materialer

En bils vægt påvirker direkte det brændstofforbrug, der bruges under operationer. University of Washington rapporterer, at udbredt brug af unibody-konstruktion, lette materialer og mindre motorer reducerede den gennemsnitlige bilens vægt med 1.700 pund mellem 1975 og 2009. Dog blev meget af fordelen opvejet af en stigning i køretøjets størrelse og tilføjet funktionalitet.

Fortsat føderalt pres for at øge brændstoføkonomien vil resultere i en større brug af letvægtstål, aluminium, kompositmaterialer og plast for at reducere vægten og forbedre nedbrud. For eksempel er Tesla Roadster's krop konstrueret af en let carbon carbon / epoxy-komposit, der er lige så stærk som stål og vejer 30% mindre. Når produktionsomkostningerne for materialet falder, vil flere producenter henvende sig til de revolutionerende nye kompositmaterialer til deres køretøjer.

Mekanisk effektivitet

Firetaktsforbrændingsmotoren har været den primære strømkilde til biler i årtier. I årenes løb har teknologiske fremskridt, såsom dobbelt overliggende kam med fire ventiler med variabel ventiltiming, tvungen induktion af luft, brændstofindsprøjtning, computerjusteret brændstofinjektion og variabel ventiltiming øget motoreffektiviteten og effekten.

Den udbredte anvendelse af motorstyringsenheden - en indbygget computer, der regulerer tændingstiming, luft / brændstofblanding og tomgangshastighed - skaber større brændstofeffektivitet og konstant motordiagnose. Transmissioner er mere effektive, der udvikler sig fra manuel skiftning af tre fremadgående gear og bagud, til automatisk skiftning af seks til otte gear og bagud. Forbedret hydraulik muliggør ubesværet servostyring, mens anti-lock bremser har drastisk reduceret stoptid og rum.

Fra 2015 er hybrider - en kombination af benzinmotor og elmotor - ikke blevet populære i dele af USA. Ifølge Experian Automotive (via Adam Goldfein) er en ud af fire hybrider solgt i Californien, et beløb større end de næste fem stater (Florida, Texas, New York, Virginia og Washington) tilsammen.

Selvom de fleste af de største bilfabrikanter i øjeblikket tilbyder en hybridmodel, har Toyota's Prius-modeller domineret markedet med ca. 5 millioner samlede salg siden 2000, ifølge 24/7 Wall St. Da USA's årlige salg af biler siden 2000 har varieret så lavt som 10,4 millioner (år 2009) til 17,4 millioner (år 2000), har hybrider udgjort mindre end 3% af det samlede salg siden 2000, og ifølge Green Car Reports udgør gennemsnitligt ca. 3% af det samlede årlige salg i øjeblikket.

Mange observatører mener, at kombinationen af følgende har begrænset salget af hybrider til dato:

Høje forbrugerpriser i forhold til traditionelle motormodeller ($ 5.000 eller mere for en sammenlignelig bil)
Færre uafhængige servicefaciliteter, der er i stand til at servicere eller reparere hybrider eller elbiler, hvilket kræver, at bilen vedligeholdes af den sælgende forhandler
Mangel på kundernes fortrolighed med den nye teknologi
Forøget brændstofeffektivitet for gasmotorer
En bilkultur, der idealiserer hestekræfter og motorvejshastighed

Mens rent elektriske køretøjer, der er drevet af brændselsceller (ikke hybrider), har fanget offentlighedens fancy, er forbedringer af brændselsceller ikke kommet så hurtigt som forventet. Den gennemsnitlige elbil har en køregrænse på 150 km og kræver 20 til 30 minutter for at oplade.

I modsætning hertil kan en Ford Focus fra 2015 med en fire-cylindret, flex-brændstof (benzin eller benzin-ethanol-blanding) -motor og en 12,4-gallon tank rejse mere end 360 miles uden tankning. Mens elbiler muligvis kan erstatte traditionelle strømkilder i fremtiden, er det mest sandsynlige resultat en øget popularitet af hybridmotoren, den logiske overgang mellem gas- og elektromotorer.

Fuels

I størstedelen af sin eksistens har bilen været afhængig af benzin - et raffineret olieprodukt - for sit brændstof. Tetraethyl-bly blev historisk tilføjet for at give mere modstand mod selvantændelse, en tilstand, drivere kaldet "banking", når tændingen blev slukket. Siden 1970'erne har ethanol - et vedvarende brændstof, der er blandet med benzin - erstattet bly, kombinationen undertiden kaldet "flex-brændstof."

Andre brændstoffer inkluderer følgende:

Komprimeret naturgas. Nogle køretøjer, især store lastbiler og busser, er designet til at fungere med komprimeret naturgas, et fossilt brændstof, der forbrænder renere end olie og producerer færre forurenende stoffer. Fortalere som oljemand T. Boone Pickens har forfægtet CNG som et bedre miljø og billigere alternativ til benzin. Infrastrukturen til at give CNG som et levedygtigt alternativ til en nation af biler eksisterer dog ikke, hvilket begrænser appellen til bilister.
Elektricitet. Elektriske og hybridkøretøjer er stadig mere almindelige med en brændstoføkonomi, der er ca. 33% større end en benzindrevet motor. Mens de batteridrevne biler kan genoplades derhjemme eller på offentlige ladestationer, er rækkevidden for de kun elektriske køretøjer betydeligt mindre end en benzindrevet bil med en lagerkapacitet på 12 eller flere liter. Forbedringer i batteriteknologi har været langsommere end oprindeligt forventet, og de elektriske køretøjer forbliver dyrere end et benzindrevet alternativ. Ikke desto mindre vil elbiler fortsat indsamle en større markedsandel, når produktionsomkostningerne falder og deres miljømæssige fordele bliver mere tydelige. Hybridmodeller, der er afhængige af en benzinmotor for at genoplade batterier eller drive den elektriske motor, kan køres længere end benzindrevne køretøjer og bibeholder også en brændstoføkonomisk fordel.
Hydrogen. Nogle forskere og bilfabrikanter går ind for brint som fremtidens brændstof, primært til fordel for dets miljø. I 2014 startede Hyundai leasing af det første brintdrevne køretøj i USA, mens Toyota annoncerede planer om at sælge sin første brintdrevne bil i 2015. De fleste af de store producenter har brintdrevne biler under udvikling. Den brændstofinfrastruktur, der er nødvendig for at understøtte brint som et primært brændstof, findes dog endnu ikke.

Det er usandsynligt, at et enkelt alternativt brændstof vil fortrænge benzin som bilens primære brændstof før 2025. Elektriske biler og hybridbiler vil fortsat indsamle en betydelig markedsandel, når afstanden pr. Elektrisk ladning stiger. Verdensprisen for olie vil også i høj grad påvirke den eventuelle engroskonvertering til et alternativt brændstof. Hvis priserne fortsætter med $ 4,00 pr. Gallon eller mere, vil overgangen til alternative brændstoffer blive ansporet.

Kommunikation

Elektronisk kommunikation mellem bilen og det miljø, hvor den opererer, har gennemgået de mest dramatiske ændringer. Globale positioneringssystemer (GPS) er tilgængelige i de fleste nye biler, omend som et tilføjelseselement for mange. Efterhånden som disse systemer bliver standard for alle nye biler, vil realtidssporing af køretøjer øges til rådighed såvel som offsite-motorovervågning. Et GPS-system er vigtigt for førerløse køretøjer.

Køretøj til køretøj (V2V) og kommunikation til køretøj til infrastruktur (V2I) vil blive almindelige, så biler automatisk bliver opmærksomme på køretøjers placering og bevægelse ud over ændrede vejforhold. Interaktive vejskilte og trafiksignaler giver automatisk, konstant kommunikation til køretøjer, der tillader kurs- og hastighedskorrektion uden førerens indgriben. Da disse elementer - allerede teknisk tilgængelige - bringes på plads, vil den førerløse bil blive en realitet.

Veje og motorveje

I de kommende årtier vil USA genopbygge sin aldrende infrastruktur og omfatte den nye kommunikationsteknologi. Begrænsede baner til store lastbiler er almindelige på motorveje i dag. Platooning på mellemstatlige motorveje - individuelle biler, der er forbundet elektronisk og rejser sammen som en enhed - vil blive almindeligt, når landet genopbygger sine motorveje for at imødekomme kommunikationskapacitet.

Begrundelsen for hastighedsgrænser har historisk set været følgende:

Førersikkerhed. Kørsel i lavere hastigheder giver chauffører mere tid til at foretage justeringer om nødvendigt og reducerer slagkraften. Motorvejsulykker vil reduceres drastisk, når computere erstatter menneskelige chauffører, hvor førstnævnte foretager øjeblikkelige justeringer, når vej- og trafikforhold ændres. Læsere skal bemærke, at Autobahn i Vesttyskland ikke har nogen øvre hastighedsgrænser og har oplevet en trafikdødelighed langt under U.S. Interstate Highway System i årevis.
Brændstof økonomi. En hastighedsgrænse på 55 miles i timen blev indført af den føderale regering via Emergency Highway Energy Conservation Act i 1974 for at reducere benzinforbruget. Grænserne blev hævet til 65 km / h i 1987 og ophævet i 1995. Der er ikke meget bevis for, at de lavere hastighedsgrænser resulterede i betydelig national brændstofbesparelse.

Når motorvejsinfrastrukturen udskiftes, og antallet af robotbiler stiger proportionalt, forsvinder de maksimale hastighedsgrænser på statsniveau.

Sikkerhed

Chauffør- og passagersikkerhed er steget dramatisk i de senere år gennem bedre køretøjsdesign og brugen af automatisk-indsættende airbags. Automatisk fjernlysstyring af lys er i øjeblikket standard på mange biler, og nattesynsfunktionerne med automatisk fodgængerdetektering på luksusmodeller kan være standard inden 2025. Bagmonteret radar og multiretningskameraer med flere sensorer vises allerede i luksus modeller af biler, og vil sandsynligvis blive standard i de kommende år.

Automatiske nødstyringssystemer, der kombinerer bremsning og undvigende styring, reducerer eller undgår farlige kollisioner i fremtiden. Nissan Motor Corporation er blandt de virksomheder, der udvikler enheder til at opdage en chaufførs manglende evne til sikkert at betjene et køretøj - sensorer, der registrerer alkohol, kameraer til overvågning af ansigtsudtryk eller software til at genkende uberegnelig kørsel - til eventuel brug.

Det endelige ord

Fremtidens biler vil være lige så forskellige fra i dag, da de første biler adskiller sig fra hesten og buggy. Driverløse biler vil være betydeligt mere energieffektive, sikrere, mindre skadelige for miljøet og mere økonomiske at betjene end nogen form for transport i den menneskelige oplevelse.

Overgangen til bilernes fremtid vil ikke være hurtig, og det tager mindst et dusin eller flere år at erstatte den eksisterende bilpark i landet. Genopbygning af nationens motorveje og veje for at imødekomme den nye teknologi vil sandsynligvis tage endnu længere tid, da nationens ledere kæmper med modstridende nationale prioriteter. Tempoet for den teknologiske forbedring vil fortsætte med at stige, men fordelene ved disse forbedringer er sandsynligvis ikke fuldt ud realiseret før i 2050 eller senere.

Hvilke forudsigelser har du angående fremtidens biler?