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The Future of Automobiles & Car Technology: auto ibride, elettriche e senza conducente


In un solo secolo, l'introduzione dell'automobile ha provocato enormi cambiamenti nella cultura americana, nelle comunità in cui viviamo, nell'ambiente, nell'economia e nell'indipendenza personale. Ogni aspetto della vita quotidiana è cambiato, dai luoghi in cui viviamo, al cibo che mangiamo.

Le automobili, sempre più disponibili a tutti, hanno distinte distinzioni di classe sociale, ampliano i mercati e stimolano l'economia. L'industria impiega direttamente più di 2, 6 milioni di persone e, secondo Auto Alliance, rappresenta dal 3% al 3, 5% del prodotto interno lordo (PIL) della nazione.

La storia d'amore americana con le auto è evidente nel numero di proprietà. Secondo il Bureau of Transportation Statistics, ci sono stati più di 250 milioni di veicoli registrati negli Stati Uniti nel 2012, o uno per ogni americano di età superiore ai 18 anni. La famiglia media possiede 1, 75 veicoli. Gli automobilisti hanno percorso oltre 2, 8 miliardi di miglia su oltre 4, 5 milioni di miglia di strade e autostrade e 605, 471 ponti nella nazione in quell'anno.

I consumatori possono scegliere tra una pletora di produttori di automobili, ognuno dei quali produce marche, modelli e stili diversi. I veicoli possono quindi essere ulteriormente personalizzati per colore, tipo di motore, trasmissione, design degli interni e tipo di ruote. Inoltre, ci sono migliaia di negozi di riparazioni auto, meccanici ad alte prestazioni e negozi di personalizzazione del corpo pronti a realizzare i sogni di qualsiasi proprietario di automobili.

L'impatto negativo delle automobili sulla vita moderna

Per tutti i suoi contributi alla vita moderna, l'automobile ha anche comportato notevoli conseguenze negative per gli individui e la società nel suo complesso:

  • Spese L'acquisto e il funzionamento continuo di un'automobile è una delle maggiori spese che la persona tipica fa in una vita. Le automobili rappresentano circa un sesto del budget di una famiglia, più del cibo, dell'assistenza sanitaria e dell'assicurazione combinate, secondo il Bureau of Labor Statistics. Il BLS riferisce che nel 2010 la media delle autovetture negli Stati Uniti era di 11, 4 anni e fu guidata per 11, 318 miglia mentre bruciava $ 2, 132 su gas e petrolio. Inoltre, i conducenti spesero, in media, $ 787 per riparazioni e manutenzione.
  • Decessi e lesioni . Secondo lo United States Census Bureau, dal 1990, ogni anno si verificano oltre 10 milioni di incidenti che coinvolgono automobili, causando oltre 30.000 morti all'anno. Mentre la percentuale diminuisce ogni anno - rispecchiando miglioramenti nella progettazione e nelle nuove tecnologie - l'Amministrazione nazionale per la sicurezza del traffico autostradale stima che il costo degli incidenti nel 2010 sia stato di $ 871 miliardi.
  • Sprawl urbano . La popolazione americana è più che triplicata da 76 milioni di persone nel 1900 a 281 milioni nel 2000. Tuttavia, secondo uno studio del censimento degli Stati Uniti del 2002, il numero di persone che vivono in un'area metropolitana è diminuito significativamente dal 1950. A metà secolo, più oltre 7.000 persone occupavano un miglio quadrato di superficie; nel 2000, c'erano meno di 3.000 per miglio quadrato. Questa diffusione riduce l'efficienza del trasporto di massa e aumenta la pressione per costruire reti stradali e autostradali più estese.
  • Congestione Secondo uno studio di mobilità del Texas A & M del 2012, il pendolare medio in automobile trascorre più di 50 ore a settimana seduto nella sua auto bloccata nel traffico. In città come Los Angeles, Boston e New York, la congestione è più di 60 ore all'anno, causando agli americani un viaggio cumulativo di 5, 5 miliardi di ore in più del necessario e l'acquisto di 2, 9 miliardi di litri di carburante in più.
  • Inquinamento Mentre l'inquinamento atmosferico precede l'automobile, la maggior parte degli scienziati concorda sul fatto che le nostre automobili personali sono una delle principali cause del riscaldamento globale. Secondo l'Union of Concerned Scientists, le automobili e gli autocarri rappresentano quasi un quinto di tutte le emissioni degli Stati Uniti - circa 24 libbre di anidride carbonica e altri gas di riscaldamento globale per ogni litro di gas bruciato.

Il futuro delle automobili

Anche se le automobili sono cambiate in modo significativo da quando sono state introdotte, il ritmo dei miglioramenti nelle automobili è in aumento, soprattutto in relazione ai progressi compiuti per combattere i loro impatti negativi. Alcuni futuristi prevedono l'apparizione di automobili autonome autonome - entro il prossimo decennio.

ExtremeTech riferisce che Mercedes-Benz ha presentato la sua auto senza conducente al Consumer Electronics Show 2015, il veicolo di lusso F-105, dotato di sedili anteriori girevoli in modo che il guidatore e il passeggero anteriore possano sedersi faccia a faccia con la schiena - passeggeri a sedere. Nel frattempo, BMW ha dimostrato la sua i3 EV che si parcheggia autonomamente e può cercare un parcheggio per gli spazi aperti.

Secondo CNBC, alcuni analisti prevedono che nuovi produttori come Google e Apple sostituiranno i tradizionali produttori di automobili di massa come General Motors, Ford, Honda e Volkswagen con il loro vantaggio sulla nuova tecnologia. Altre previsioni includono quanto segue:

  • Meno macchine saranno di proprietà delle famiglie poiché una singola auto può servire una serie di membri in sequenza e simultaneamente senza aspettare un autista. Ad esempio, un'automobile senza conducente potrebbe tornare alla sua base di partenza dopo aver consegnato un lavoratore all'ufficio ed essere disponibile a trasportare altri membri della famiglia durante il giorno prima di tornare a prendere il pendolare più tardi la sera.
  • Ci sarà un aumento della mobilità condivisa in cui le persone usano le auto senza possederle.

Elementi di cambiamento significativo

Miglioramenti significativi ridurranno l'impatto negativo delle automobili in futuro. Questi includono i seguenti aspetti ed elementi.

Design

Le prime automobili assomigliavano alle carrozze trainate da cavalli che sostituivano, semplici scatole su ruote. I primi produttori avevano poca conoscenza dell'aerodinamica - la resistenza degli oggetti che si muovevano nell'aria, o "resistenza". Il trascinamento aumenta proporzionalmente alla velocità. La forma della vettura, in particolare l'area frontale, influisce direttamente sull'energia consumata man mano che il veicolo avanza.

Un altro effetto dell'aumento della velocità è il sollevamento supplementare - la tendenza del corpo dell'auto ad alzarsi dalla superficie stradale - dall'aria che scorre sotto l'auto, riducendo la trazione e la stabilità durante le curve. L'uso delle gallerie del vento ha guidato gli ingegneri del design automobilistico a ridurre gli spigoli vivi e migliorare la razionalizzazione, riducendo così la resistenza, il sollevamento e il consumo di energia.

Di conseguenza, le marche e i modelli appaiono simili in quanto ciascun produttore adotta rapidamente qualsiasi vantaggio guadagnato da un rivale. Le auto del futuro saranno probabilmente più corte con più curve pur mantenendo o aumentando lo spazio interno per i passeggeri.

materiale

Il peso dell'auto influisce direttamente sul consumo di carburante utilizzato durante le operazioni. L'Università di Washington riferisce che l'uso diffuso della costruzione unibody, dei materiali leggeri e dei motori più piccoli ha ridotto il peso medio di un'automobile di 1.700 sterline tra il 1975 e il 2009. Tuttavia, gran parte del vantaggio è stata compensata dall'aumento delle dimensioni del veicolo e dalla funzionalità aggiuntiva.

La continua pressione federale per aumentare il risparmio di carburante comporterà un maggiore uso di acciaio leggero, alluminio, materiali compositi e plastica per ridurre il peso e migliorare la resistenza agli urti. Ad esempio, il corpo della Tesla Roadster è realizzato in un leggero composito in fibra di carbonio / resina epossidica resistente all'acciaio e con un peso inferiore del 30%. Man mano che i costi di produzione del materiale diminuiscono, più produttori si rivolgeranno ai nuovi materiali compositi rivoluzionari per i loro veicoli.

Efficienza meccanica

Il motore a combustione interna a quattro tempi è stato la principale fonte di energia per le automobili per decenni. Nel corso degli anni, i progressi tecnologici come le doppie camme in testa con quattro valvole con fasatura variabile delle valvole, induzione forzata dell'aria, iniezione del carburante, iniezione del carburante regolata dal computer e fasatura variabile delle valvole hanno aumentato l'efficienza e la potenza del motore.

L'uso diffuso della centralina del motore - un computer di bordo che regola la fasatura dell'accensione, la miscela aria / carburante e la velocità del minimo - crea una maggiore efficienza nei consumi e una diagnosi costante del motore. Le trasmissioni sono più efficienti, passando dal cambio manuale di tre marce avanti e retromarcia, al cambio automatico da sei a otto marce e viceversa. Il miglioramento dell'idraulica consente di utilizzare il servosterzo senza sforzo, mentre i freni antibloccaggio riducono drasticamente il tempo e lo spazio di arresto.

A partire dal 2015, gli ibridi - una combinazione tra il motore a benzina e il motore elettrico - non sono diventati popolari in alcune parti degli Stati Uniti. Secondo Experian Automotive (tramite Adam Goldfein), un ibrido su quattro è stato venduto in California, una quantità maggiore rispetto ai successivi cinque stati (Florida, Texas, New York, Virginia e Washington) messi insieme.

Sebbene la maggior parte dei principali produttori automobilistici offra attualmente un modello ibrido, i modelli Prius di Toyota hanno dominato il mercato con circa 5 milioni di vendite totali dal 2000, secondo la Wall Street 24/7 Da quando le vendite annuali di automobili dal 2000 hanno toccato il minimo 10, 4 milioni (anno 2009) a 17, 4 milioni (anno 2000), gli ibridi hanno rappresentato meno del 3% delle vendite totali dal 2000 e, secondo Green Car Reports, in media circa il 3% del totale delle vendite annuali al momento.

Molti osservatori ritengono che la combinazione di quanto segue abbia limitato la vendita di ibridi fino ad oggi:

  • Elevati prezzi al consumo relativi ai modelli di motore tradizionali ($ 5, 000 o più per un'auto paragonabile)
  • Meno servizi di assistenza indipendenti in grado di riparare o riparare auto ibride o elettriche, che richiedono la manutenzione dell'auto da parte del rivenditore
  • Mancanza di familiarità del consumatore con la nuova tecnologia
  • Aumento del consumo di carburante dei motori a gas
  • Una cultura automobilistica che idealizza la potenza e la velocità della strada

Mentre i veicoli puramente elettrici alimentati da celle a combustibile (non ibridi) hanno catturato la fantasia del pubblico, i miglioramenti delle celle a combustibile non sono progrediti così rapidamente come previsto. L'auto elettrica media ha un limite di guida di 150 miglia e richiede da 20 a 30 minuti per ricaricarsi.

Al contrario, una Ford Focus del 2015 con un motore a quattro cilindri, flex-fuel (benzina o benzina-etanolo) e un serbatoio da 12, 4 litri può percorrere più di 360 miglia senza fare rifornimento. Mentre le auto elettriche potrebbero sostituire le fonti di energia tradizionali in futuro, il risultato più probabile è una maggiore popolarità del motore ibrido, la transizione logica tra i motori a gas e quelli elettrici.

combustibili

Per la maggior parte della sua esistenza, l'automobile ha fatto affidamento sulla benzina - un raffinato prodotto petrolifero - per il suo combustibile. Il piombo tetraetile è stato storicamente aggiunto per fornire maggiore resistenza all'autocombustione, una condizione che i conducenti chiamavano "bussare" quando l'accensione è stata disattivata. Dagli anni '70, l'etanolo - un combustibile rinnovabile miscelato con benzina - ha sostituito il piombo, la combinazione a volte chiamata "carburante flessibile".

Altri combustibili includono quanto segue:

  • Gas naturale compresso . Alcuni veicoli, in particolare i camion e gli autobus di grandi dimensioni, sono progettati per funzionare con gas naturale compresso, un combustibile fossile che brucia più pulito del petrolio e produce meno inquinanti. I sostenitori come il petroliere T. Boone Pickens hanno sostenuto il metano come un'alternativa più economica ed economica alla benzina. Tuttavia, l'infrastruttura per fornire CNG come alternativa valida a una nazione di automobili non esiste, limitando così il suo fascino per gli automobilisti.
  • Elettricità I veicoli elettrici e ibridi sono sempre più comuni, con un risparmio di carburante del 33% circa superiore rispetto a un motore a benzina. Mentre le auto alimentate a batteria possono essere ricaricate a casa o presso le stazioni di ricarica pubbliche, la gamma dei veicoli esclusivamente elettrici è notevolmente inferiore rispetto a un'auto a benzina con una capacità di stoccaggio di 12 o più litri. I miglioramenti nella tecnologia delle batterie sono stati più lenti di quanto inizialmente previsto e i veicoli elettrici rimangono più costosi di un'alternativa alimentata a benzina. Tuttavia, le auto elettriche continueranno a raccogliere una quota di mercato maggiore in quanto i costi di produzione diminuiranno e i loro vantaggi ambientali diventeranno più evidenti. I modelli ibridi che fanno affidamento su un motore a benzina per ricaricare le batterie o per alimentare il motore elettrico possono essere guidati più lontano dei veicoli a benzina, e mantengono anche un vantaggio in termini di risparmio di carburante.
  • Idrogeno Alcuni scienziati e produttori automobilistici sostengono l'idrogeno come combustibile per il futuro, principalmente per i suoi benefici ambientali. Nel 2014, Hyundai ha iniziato a noleggiare il primo veicolo a idrogeno negli Stati Uniti, mentre la Toyota ha annunciato l'intenzione di vendere la sua prima auto a idrogeno nel 2015. La maggior parte dei principali produttori ha auto a idrogeno in fase di sviluppo. Tuttavia, l'infrastruttura di rifornimento necessaria per sostenere l'idrogeno come combustibile primario non esiste ancora.

È improbabile che un singolo combustibile alternativo sostituisca la benzina come combustibile primario dell'automobile prima del 2025. Le automobili elettriche e i veicoli ibridi continueranno a raccogliere quote di mercato significative a mano a mano che aumenta la distanza percorsa per carica elettrica. Anche il prezzo mondiale del petrolio influirà notevolmente sull'eventuale conversione all'ingrosso verso un combustibile alternativo. Se i prezzi continueranno a $ 4, 00 per gallone o superiore, il passaggio a carburanti alternativi sarà stimolato.

comunicazioni

La comunicazione elettronica tra l'automobile e l'ambiente in cui opera ha subito i cambiamenti più drammatici. I sistemi di posizionamento globale (GPS) sono disponibili nella maggior parte delle nuove auto, anche se come elemento aggiuntivo per molti. Poiché questi sistemi diventano standard per tutte le nuove auto, il monitoraggio dei veicoli in tempo reale sarà sempre più disponibile, così come il monitoraggio dei motori fuori sede. Un sistema GPS è essenziale per i veicoli senza conducente.

Le comunicazioni da veicolo a veicolo (V2V) e da veicolo a infrastruttura (V2I) diventeranno di uso comune, in modo che le automobili siano automaticamente al corrente della posizione e del movimento di altri veicoli, oltre a modificare le condizioni della strada. Segnali stradali e segnali stradali interattivi forniranno comunicazioni automatiche e costanti ai veicoli che consentono correzioni di rotta e velocità senza intervento del guidatore. Dato che questi elementi - già tecnicamente disponibili - sono stati installati, l'auto senza conducente diventerà una realtà.

Strade e autostrade

Nei prossimi decenni, gli Stati Uniti ricostruiranno la sua infrastruttura obsoleta e includeranno la nuova tecnologia delle comunicazioni. Le corsie limitate per i camion di grandi dimensioni sono comuni sulle autostrade oggi. Il plotone sulle autostrade interstatali - le singole auto collegate tra loro elettronicamente e viaggiando insieme come un'unità - diventerà un luogo comune mentre il paese ricostruisce le sue autostrade per adattarsi alle capacità di comunicazione.

La motivazione per i limiti di velocità è stata storicamente la seguente:

  • Sicurezza del conducente . Guidare a velocità più basse consente ai conducenti di avere più tempo per effettuare le regolazioni, se necessario, riducendo le forze di impatto. Gli incidenti autostradali saranno drasticamente ridotti man mano che i computer sostituiranno i conducenti umani, i primi effettueranno aggiustamenti istantanei man mano che le condizioni della strada e del traffico cambiano. I lettori dovrebbero notare che l'autostrada nella Germania occidentale non ha limiti massimi di velocità e ha sperimentato un tasso di mortalità del traffico molto al di sotto del sistema autostradale interstatale degli Stati Uniti per anni.
  • Economia del carburante Un limite di velocità di 55 miglia all'ora è stato imposto dal governo federale attraverso l'Emergency Highway Energy Conservation Act del 1974 per ridurre il consumo di benzina. I limiti sono stati innalzati a 65 miglia orarie nel 1987 e abrogati nel 1995. Esistono poche prove del fatto che i limiti di velocità più bassi abbiano portato a significativi risparmi di carburante a livello nazionale.

Poiché l'infrastruttura autostradale viene sostituita e il numero di automobili robot aumenta proporzionalmente, i limiti di velocità massima scompaiono a livello statale.

Sicurezza

La sicurezza dei conducenti e dei passeggeri è aumentata notevolmente negli ultimi anni grazie a una migliore progettazione dei veicoli e all'uso di airbag a distribuzione automatica. Il controllo automatico delle luci abbaglianti è attualmente standard su molte auto e le funzionalità di visione notturna con rilevamento automatico dei pedoni su modelli di lusso potrebbero essere standard entro il 2025. Le telecamere radar e multidirezionali montate sul retro sono già presenti nel lusso modelli di automobili, e probabilmente diventeranno standard negli anni futuri.

I sistemi di guida automatica di emergenza che combinano frenata e sterzo evasivo ridurranno o eviteranno pericolose collisioni in futuro. Nissan Motor Corporation è tra le società che sviluppano dispositivi per rilevare l'incapacità del guidatore di utilizzare in sicurezza un veicolo: sensori che rilevano l'alcol, telecamere per monitorare le espressioni facciali o software per riconoscere la guida irregolare - per un eventuale utilizzo.

Parola finale

Le automobili del futuro saranno diverse da oggi in quanto le prime automobili differivano da cavallo e calesse. Le auto senza conducente saranno significativamente più efficienti dal punto di vista energetico, più sicure, meno dannose per l'ambiente e più economiche da utilizzare rispetto a qualsiasi modalità di trasporto nell'esperienza umana.

La transizione verso il futuro delle automobili non sarà rapida, impiegando almeno una dozzina o più anni per sostituire la flotta esistente di automobili nel paese. Ricostruire le autostrade e le strade della nazione per accogliere la nuova tecnologia potrebbe richiedere ancora più tempo, in quanto i leader della nazione lottano con priorità nazionali contrastanti. Il ritmo del miglioramento tecnologico continuerà ad aumentare, ma i vantaggi di tali miglioramenti non saranno probabilmente pienamente realizzati fino al 2050 o successivi.

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