העתיד של מכוניות וטכנולוגיית מכוניות - מכוניות היברידיות, חשמליות ונהגיות

מכוניות, הזמינות יותר ויותר לכל אחד, טשטשו את ההבחנות המעמדות החברתיים, הרחיבו שווקים והמרצו את הכלכלה. התעשייה מעסיקה באופן ישיר יותר מ -2.6 מיליון אנשים ועל פי נתוני Auto Alliance, היא מהווה 3% עד 3.5% מהתוצר המקומי הגולמי של המדינה (תוצר).

פרשת האהבה האמריקאית עם מכוניות ניכרת במספר שבבעלותה. על פי נתוני הלשכה לסטטיסטיקה של תחבורה, היו יותר מ -250 מיליון רכבים רשומים בארצות הברית בשנת 2012, או אחד לכל אמריקני מעל גיל 18. במשק הבית הממוצע יש 1,75 כלי רכב. נהגים נסעו יותר מ 2.8 מיליארד מיילים על 4.5 מיליון מיילים של כבישים וכבישים מהירים ו 605,471 גשרים במדינה באותה שנה..

צרכנים יכולים לבחור מבין שלל יצרני מכוניות שכולם מייצרים תוויות, דגמים וסגנונות גוף שונים. לאחר מכן ניתן להתאים אישית את הרכבים על פי צבע, סוג המנוע, תיבת הילוכים, עיצוב פנים וסוג הגלגלים. בנוסף, יש אלפי חנויות לתיקוני רכב, מכונאות בעלות ביצועים גבוהים וחנויות להתאמה אישית לגוף המוכנות להגשים את חלומותיו של כל בעל רכב..

ההשפעה השלילית של מכוניות על החיים המודרניים

על כל תרומותיו לחיים המודרניים, הרכב גרם גם לתוצאות שליליות ניכרות על יחידים ועל החברה כולה:

• הוצאה. רכישה ותפעול שוטף של מכונית היא אחת ההוצאות הגדולות ביותר שהאדם הטיפוסי עושה בחיים. מכוניות מהוות כשליש מהתקציב של המשפחה, יותר ממזון או בריאות וביטוח ביחד, לפי נתוני הלשכה לסטטיסטיקה של העבודה. ה- BLS מדווח כי בשנת 2010 הייתה מכונית הנוסעים הממוצעת בארה"ב בת 11.4 שנה ונסעה 11,318 מיילים תוך שריפת 2,132 דולר על דלק ונפט. יתרה מזאת, הנהגים הוציאו בממוצע 787 $ עבור תיקונים ותחזוקה.
• מקרי מוות ופציעות. על פי נתוני לשכת מפקד האוכלוסין בארצות הברית, מאז 1990 מתרחשים מדי שנה יותר מעשרה מיליון תאונות בהן מעורבים מכוניות, וגורמים ליותר מ -30,000 מקרי מוות בשנה. בעוד שהשיעור יורד מדי שנה - המשקף שיפורים בעיצוב ובטכנולוגיה חדשה - המינהל הלאומי לבטיחות בדרכים בכבישים מעריך כי עלות התאונות בשנת 2010 הייתה 871 מיליארד דולר..
• התפשטות עירונית. אוכלוסיית ארצות הברית יותר משילשה מכ -76 מיליון איש בשנת 1900 ל- 281 מיליון בשנת 2000. עם זאת, על פי מחקר מפקד האוכלוסין בארצות הברית ב -2002, מספר האנשים שחיו במטרופולין ירד משמעותית מאז 1950. באמצע המאה, יותר יותר מ -7,000 איש כבשו קילומטר רבוע של שטח אדמה; בשנת 2000 היו פחות מ -3,000 לקילומטר רבוע. התפשטות זו מפחיתה את היעילות של מעבר המוני ומגדילה את הלחץ לבניית רשתות כבישים וכבישים נרחבים יותר.
• גודש. על פי מחקר ניידות בנושא טקסס A&M משנת 2012, מפסק הרכב הממוצע מבלה יותר מ- 50 שעות בשבוע בישיבה במכוניתו תקועה בתנועה. בערים כמו לוס אנג'לס, בוסטון וניו יורק עומס הצפיפות על יותר מ -60 שעות בשנה, מה שגורם לאמריקאים לנסוע 5.5 מיליארד שעות מצטברות יותר מהנדרש ולרכוש דלק נוסף של 2.9 מיליארד ליטרים..
• זיהום. בעוד שהזיהום האטמוספרי מקדם את הרכב, רוב המדענים מסכימים כי המכוניות האישיות שלנו הן הגורם העיקרי להתחממות כדור הארץ. על פי איחוד המדענים המודאגים, מכוניות ומשאיות מהוות כמעט חמישית מכל פליטת ארה"ב - סביב 24 ק"ג של פחמן דו חמצני וגזים אחרים להתחממות כדור הארץ עבור כל ליטר דלק שנשרף..

עתיד המכוניות

למרות שמכוניות השתנו באופן משמעותי מאז שהושק, קצב השיפורים ברכבים הולך וגדל - במיוחד קשור בהתקדמות למאבק בהשפעות השליליות שלהם. יש עתידנים חוזים את הופעתם של מכוניות אוטונומיות - מכוניות שנוהגות בעצמן - במהלך העשור הבא.

חברת ExtremeTech מדווחת כי מרצדס-בנץ חשפה את מכוניתם נטולת הנהג בתערוכת האלקטרוניקה הצרכנית לשנת 2015, רכב היוקרה F-105, שמגיע עם מושבים קדמיים המסתובבים כך שהנהג ונוסע המושב הקדמי יוכלו לשבת פנים אל פנים עם הגב. נוסעים ישיבה. בינתיים, BMW הראתה את ה- i3 EV שלה כי היא חונה עצמית ויכולה לחפש במוסך חניה שטחים פתוחים.

על פי CNBC, כמה אנליסטים צופים כי יצרנים חדשים כמו גוגל ואפל יחליפו את יצרני הרכב ההמוניים המסורתיים כמו ג'נרל מוטורס, פורד, הונדה ופולקסווגן עם ראשיתם בטכנולוגיה חדשה. תחזיות אחרות כוללות את הדברים הבאים:

• פחות מכוניות יהיו בבעלות משפחות שכן מכונית יחידה יכולה לשרת מגוון חברים ברצף ובו זמנית מבלי לחכות לנהג. לדוגמא, מכונית נטולת נהג יכולה לחזור לבסיס הבית שלה לאחר שהעבירה עובד למשרד ולהיות זמינה להסעת בני משפחה אחרים במהלך היום לפני שהיא חזרה לאסוף את הנוסע בהמשך הערב..
• תהיה עלייה בניידות משותפת בה אנשים משתמשים במכוניות מבלי שיהיו בבעלותם.

אלמנטים של שינוי משמעותי

שיפורים משמעותיים יפחיתו את ההשפעה השלילית של מכוניות בעתיד. אלה כוללים את ההיבטים והאלמנטים הבאים.

עיצוב

המכוניות הראשונות דמו לכרכרות רתומות לסוסים שהחליפו, תיבות פשוטות על גלגלים. ליצרנים המוקדמים היה מעט ידע בתחום האווירודינמיקה - התנגדותם של חפצים הנעים באוויר, או "גרור". הגרירה גדלה באופן יחסי עם המהירות. צורת המכונית, בעיקר האזור הקדמי, משפיעה ישירות על האנרגיה הנצרכת כאשר הרכב מתקדם.

השפעה נוספת של מהירות מוגברת היא הרמה נוספת - הנטייה של גוף המכונית לעלות משטח הכביש - מאוויר שזורם מתחת לרכב, ומפחית את המתיחה והיציבות במהלך סיבובים. השימוש במנהרות רוח הדריך מהנדסי תכנון רכב להפחתת קצוות חדים ולשיפור התייעלות, ובכך להפחית את צריכת האנרגיה, ההרמה והאנרגיה..

כתוצאה מכך, גורמים ודגמים נראים דומים מכיוון שכל יצרן מאמץ במהירות כל יתרון שמשיג יריבה. ככל הנראה מכוניות עתידיות יהיו קצרות יותר עם עקומות נוספות תוך שמירה או הגדלת שטח הפנים לנוסעים.

חומרים

משקל המכונית משפיע ישירות על צריכת הדלק המשמשת במהלך פעולות. אוניברסיטת וושינגטון מדווחת כי שימוש נרחב בבניית unibody, חומרים קלים ומנועים קטנים יותר הפחיתו את משקל הרכב הממוצע ב -1,700 פאונד בין 1975 ל -2009. עם זאת, חלק גדול מהיתרון קוזז על ידי הגדלת גודל הרכב ותוספת פונקציונליות.

המשך הלחץ הפדרלי להעלאת צריכת הדלק יביא לשימוש רב יותר בפלדה, אלומיניום קל משקל, חומרים מרוכבים ופלסטיקה כדי להפחית משקל ולשפר את יכולת ההתרסקות. לדוגמה, גופו של טסלה רודסטר בנוי מסיבי פחמן / אפוקסי מורכבים קלים, שהם חזקים כמו פלדה ומשקלים 30% פחות. כאשר עלויות הייצור של החומר יורדות, יצרנים נוספים יפנו לחומרים המרוכבים החדשים המהפכניים לרכביהם.

יעילות מכנית

מנוע הבעירה הפנימית בארבע פעימות היה מקור הכוח העיקרי לרכבים מזה עשרות שנים. במהלך השנים, התקדמות טכנולוגית כמו מצלמות תקורה כפולות עם ארבעה שסתומים עם תזמון שסתומים משתנה, אינדוקציה של אוויר, הזרקת דלק, הזרקת דלק מותאמת למחשב ותזמון שסתומים משתנה הגדילה את יעילות המנוע וכוחו..

השימוש הנרחב ביחידת בקרת המנוע - מחשב על גבי הלוח המווסת את תזמון הצתה, תערובת אוויר / דלק ומהירות סרק - יוצר יעילות דלק גבוהה יותר ואבחון מתמיד של המנוע. התמסורת יעילה יותר, ומתקדמת מהיסטה ידנית של שלושה הילוכים קדימה ואחורית, להעברה אוטומטית של שישה לשמונה הילוכים והפוך. הידראוליקה משופרת מאפשרת היגוי כוח ללא מאמץ, ואילו הבלמים נגד נעילה צמצמו באופן דרסטי את זמן העצירה והמרחב.

נכון לשנת 2015, כלאיים - שילוב של מנוע הבנזין והמנוע החשמלי - לא הפכו פופולריים באזורים בארצות הברית. על פי נתוני Experian Automotive (באמצעות אדם גולדפיין), אחד מכל ארבעה היברידיות נמכר בקליפורניה, סכום הגבוה מחמש המדינות הבאות (פלורידה, טקסס, ניו יורק, וירג'יניה וושינגטון) יחד.

למרות שרוב יצרני הרכב הגדולים מציעים כיום דגם היברידי, דגמי הפריוס של טויוטה שלטו בשוק עם כ -5 מיליון מכירות כוללות מאז שנת 2000, לפי 24/7 Wall Street. מכירות המכוניות השנתיות בארה"ב מאז שנת 2000 נעו כמו 10.4 מיליון (שנת 2009) עד 17.4 מיליון (שנת 2000), ההיברידיות היוו פחות מ- 3% מכלל המכירות מאז 2000 ועל פי דוחות הרכב הירוק ממוצעים כ -3% מכלל המכירות השנתיות כיום.

צופים רבים סבורים כי השילוב בין הדברים הבאים הגביל את מכירת הכלאיים עד כה:

• מחירי צרכנים גבוהים ביחס לדגמי מנוע מסורתיים (5,000 $ ומעלה עבור מכונית דומה)
• פחות מתקני שירות עצמאיים המסוגלים לתקן או לתקן היברידיות או מכוניות חשמליות, המחייבים את תחזוקת הרכב על ידי הסוחר המוכר
• חוסר היכרות צרכנית עם הטכנולוגיה החדשה
• יעילות דלק מוגברת של מנועי גז
• תרבות רכב שמאידיאלית את כוח הסוס ומהירות הכביש

בעוד שכלי רכב חשמליים גרידא המונעים על ידי תאי דלק (לא היברידיים) תפסו את מהודר הציבור, אך שיפורי תאי הדלק לא התקדמו במהירות כפי שתוכנן. המכונית החשמלית הממוצעת היא בעלת גבול נסיעה של 150 מייל והיא דורשת 20 עד 30 דקות כדי להטעין.

לעומת זאת, מנוע פורד פוקוס לשנת 2015 עם מנוע ארבעה צילינדרים, דלק פלקס (תערובות בנזין או בנזין-אתנול) ומיכל 12.4 ליטר יכול לנסוע יותר מ -360 מייל ללא תדלוק. בעוד שמכוניות חשמליות עשויות להחליף מקורות כוח מסורתיים בעתיד, התוצאה הסבירה ביותר היא הפופולריות הגוברת של המנוע ההיברידי, המעבר ההגיוני בין הגז למנועי החשמל..

דלקים

ברוב קיומו הסתמך הרכב על בנזין - מוצר נפט מזוקק - על דלקו. עופרת טטרה-אתילית נוספה באופן היסטורי כדי לספק התנגדות רבה יותר להצתה עצמית, מצב שמכונה נהגים "דפיקות" כאשר כיבוי ההצתה. מאז שנות השבעים החל אתנול - דלק מתחדש עם מיזוג בנזין - להחליף עופרת, השילוב המכונה לעיתים "דלק פלקס".

דלקים אחרים כוללים את הדברים הבאים:

• גז טבעי דחוס. חלק מהרכבים, במיוחד משאיות ואוטובוסים גדולים, מיועדים לפעול עם גז טבעי דחוס, דלק מאובן שורף נקי יותר מנפט ומייצר פחות מזהמים. תומכים כמו איש השמן T. Boone Pickens דגלו ב- CNG כאלטרנטיבה סביבתית וזולה יותר לבנזין. עם זאת, התשתית לספק CNG כחלופה ברת קיימא למדינת מכוניות אינה קיימת, ובכך מגבילה את פנייתה לנהגים..
• חשמל. רכבים חשמליים והיברידיים נפוצים יותר ויותר, עם צריכת דלק גדולה בכ- 33% לעומת מנוע המונע בבנזין. אמנם ניתן לטעון את המכוניות המונעות על סוללות בבית או בתחנות טעינה ציבוריות, אך טווח הרכבים החשמליים בלבד פחות משמעותית ממכונית המונעת בנזין עם נפח אחסון של 12 גלון ויותר. השיפורים בטכנולוגיית הסוללה איטית יותר ממה שהוקרנו בתחילה, והרכבים המונעים על ידי החשמל נותרו יקרים יותר מאשר אלטרנטיבה המונעת בבנזין. עם זאת מכוניות חשמליות ימשיכו לגבות נתח שוק גדול יותר ככל שעלויות הייצור יורדות והיתרונות הסביבתיים שלהן יתבררו יותר. דגמים היברידיים הנשענים על מנוע בנזין כדי להטעין סוללות או להניע את המנוע החשמלי יכולים להיות מונעים רחוק יותר מכלי רכב המונעים על בנזין, ולשמור גם על יתרון חסכוני דלק..
• מימן. יש מדענים ויצרני רכב הדוגלים במימן כדלק העתיד, בעיקר לטובת היתרונות הסביבתיים שלו. בשנת 2014, יונדאי החלה להשכיר את הרכב הראשון המונע על מימן בארצות הברית, בעוד טויוטה הודיעה על כוונתה למכור את המכונית הראשונה שלה המונע על מימן בשנת 2015. לרוב היצרנים הגדולים יש מכוניות המונעות על מימן בפיתוח. עם זאת, תשתית התדלוק הנחוצה לתמיכה במימן כדלק ראשוני עדיין אינה קיימת.

אין זה סביר כי דלק חלופי יחליף את הבנזין כדלק העיקרי של הרכב לפני 2025. מכוניות חשמליות וכלי רכב היברידיים ימשיכו לגבות נתח שוק משמעותי ככל שהמרחק הנסע לטעינה החשמלית יגדל. המחיר העולמי לנפט ישפיע רבות גם על ההמרה הסיטונאית בסופו של דבר לדלק חלופי. אם המחירים ימשיכו ב -4.00 דולר לגלון ומעלה, המעבר לדלקים חלופיים ידרבן.

תקשורת

התקשורת האלקטרונית בין הרכב לסביבה בה הוא פועל עברה את השינויים הדרמטיים ביותר. מערכות מיקום גלובליות (GPS) זמינות ברוב המכוניות החדשות, גם אם כפריט נוסף עבור רבים. ככל שמערכות אלה יהפכו לסטנדרטיות לכל המכוניות החדשות, מעקב בזמן אמת אחר כלי רכב יגדל וזמין וכן ניטור מנוע מחוץ לאתר. מערכת GPS חיונית לרכבים נטולי נהג.

תקשורת בין רכב לרכב (V2V) ותקשורת של רכב לתשתית (V2I) יהפכו לשכיחות כך שמכוניות יהיו מודעות אוטומטית למיקומם ולתנועתם של כלי רכב אחרים, בנוסף לתנאי הכביש המשתנים. שלטי דרכים אינטראקטיביים וסימני תנועה יספקו תקשורת אוטומטית קבועה לרכבים ויאפשרו תיקון מסלול ומהירות ללא התערבות הנהג. מכיוון שמרכיבים אלו - שכבר זמינים מבחינה טכנית - מוצבים, המכונית נטולת הנהג תהפוך למציאות.

דרכים וכבישים מהירים

בעשורים הקרובים ארה"ב תשקם מחדש את תשתיות ההזדקנות שלה ותכלול את טכנולוגיית התקשורת החדשה. נתיבים מוגבלים למשאיות גדולות נפוצים כיום בכבישים מהירים. מחלקה על כבישים מהירים בין עירוניים - מכוניות בודדות המחוברות זו לזו אלקטרונית ונוסעות יחד כיחידה - יהפכו לשכיחות ככל שהמדינה בונה מחדש את הכבישים המהירים שלה בכדי להתאים ליכולות תקשורת..

הרציונל להגבלת המהירות מבחינה היסטורית היה כדלקמן:

• בטיחות הנהג. נהיגה במהירויות נמוכות מאפשרת לנהגים יותר זמן לבצע התאמות במידת הצורך ומפחיתה את כוחות ההשפעה. תאונות הכבישים יצטמצמו בצורה דרסטית ככל שמחשבים יחליפו את הנהגים האנושיים, והראשונים יבצעו התאמות מיידיות עם תנאי הכביש והתנועה. הקוראים צריכים לשים לב כי לאוטוסטראן במערב גרמניה אין מגבלות מהירות עליונות והיא חווה שיעור תמותה בתעבורה הרבה מתחת למערכת הכבישים הבינלאומיים בארה"ב..
• כלכלת דלק. הגבלת מהירות של 55 מיילים לשעה הוטלה על ידי הממשלה הפדרלית באמצעות חוק שימור האנרגיה בכביש חירום בשנת 1974 כדי להפחית את צריכת הבנזין. המגבלות הועלו ל 65 קמ"ש בשנת 1987 ובוטלו בשנת 1995. אין כמעט הוכחות לכך שמגבלות המהירות הנמוכות גרמו לחיסכון משמעותי בדלק לאומי.

עם החלפת תשתית הכבישים ומספר מכוניות הרובוט גדל באופן יחסי, מגבלות המהירות המרבית ייעלמו ברמה הממלכתית.

בטיחות

בטיחות הנהגים והנוסעים עלו באופן דרמטי בשנים האחרונות באמצעות תכנון טוב יותר של כלי רכב ושימוש בכריות אוויר הפורצות אוטומטית. בקרת האורות האוטומטית של האורות תקנית כיום במכוניות רבות, ויכולות ראיית הלילה עם זיהוי הולכי רגל אוטומטיים בדגמי יוקרה עשויות להיות סטנדרטיות עד 2025. מכ"ם רכוב אחורי ומצלמות רב כיווניות ורב חישה כבר מופיעות במותרות דגמים של מכוניות, וככל הנראה יהפכו לסטנדרטיים בשנים הבאות.

מערכות היגוי חירום אוטומטיות המשלבות בלימה והיגוי מתחמק יקטינו או יימנעו מהתנגשויות מסוכנות בעתיד. חברת ניסאן מוטור היא בין החברות המפתחות מכשירים לאיתור חוסר יכולתו של הנהג להפעלת רכב בבטחה - חיישנים המאתרים אלכוהול, מצלמות לפיקוח על הבעות פנים או תוכנה לזיהוי נהיגה לא תקינה - לשימוש בסופו של דבר.

מילה אחרונה

מכוניות העתיד יהיו שונות מהיום כמו שהרכבים הראשונים היו שונים מהסוס והכרכרה. מכוניות נטולות נהגים יהיו חסכוניות יותר באופן משמעותי באנרגיה, בטוחות יותר, פחות פוגעות בסביבה וחסכוניות יותר לתפעול מכל אמצעי תחבורה בחוויה האנושית..

המעבר לעתיד המכוניות לא יהיה מהיר, לוקח לפחות תריסר שנים או יותר להחלפת צי המכוניות הקיים במדינה. בנייה מחדש של הכבישים המהירים של המדינה וכדי להתאים לה את הטכנולוגיה החדשה עשויה להימשך עוד זמן רב ככל שמנהיגי המדינה יתאבקו מסדרי עדיפויות לאומיים מנוגדים. קצב השיפור הטכנולוגי ימשיך לעלות, אך סביר להניח כי היתרונות של אותם שיפורים לא יתממשו במלואם עד שנת 2050 ואילך.

אילו תחזיות יש לך לגבי עתיד המכוניות?