Cum funcționează Hypercars

Ce face vehiculele noastre atât de ineficiente? Vezi imagini de concept auto. Justin Sullivan / Getty Images

-Nu, nu contează ce fel de mașină conduci, probabil că ți-ar plăcea să obții un kilometraj mai bun. Chiar dacă conduci un vehicul hibrid eficient, de fiecare dată când umplei rezervorul, s-ar putea să te gândești: „Nu ar fi minunat dacă aș putea obține și mai multe kilometri? Cum ar fi, mai mult de 100 de mile pe galon (42,5 kilometri pe litru) ?“ Ei bine, dacă un grup de ingineri vizionari își au drumul, pur și simplu s-ar putea.

Oameni precum expertul în politică energetică Amory Lovins, designeri ai unei companii numite Fiberforge și chiar ingineri auto din Volkswagen s-au străduit din greu să muncească să creeze mașini incredibil de ușoare și ultra eficiente. Rezultatul: hipercarele. Cu materiale avansate și sisteme alternative de combustibil, hipercarele nu trebuie să sacrifice siguranța, performanța sau luxul în numele eficienței combustibilului.

Dacă credeți că tehnologia auto este gata să evolueze după ce rămâneți practic aceeași în ultimii 50 de ani, atunci acest articol vă va explica de ce s-ar putea să aveți dreptate. În loc de vehicule cu mai multe tone, cu cadru din oțel, alimentate cu motoare cu ardere internă, vă vom arăta mașini din materiale compozite din carbon, care sunt mai ușoare și mai puternice decât oțelul, cu forme aerodinamice elegante și motoare incredibil de eficiente. De fapt, unele dintre aceste mașini sunt atât de eficiente încât le-ai putea conecta și returna puterea la rețea pentru o reducere la factura electrică. Acest lucru nu este doar plăcintă în viitorul cerului. Vă vom arăta câteva hipercare care sunt pe drum astăzi.

Dacă intenționați să proiectați o mașină super-eficientă, primul lucru pe care trebuie să-l faceți este să vă dați seama ce face vehiculele aflate în prezent pe drum atât de ineficiente - se dovedește a fi o listă destul de lungă. Aflați ce se află în topul listei de pe pagina următoare.

cuprins

1. Irosirea energiei
2. Ultra ușor și hiper eficient
3. Hypercars on the Road

O mare cantitate de energie (și bani) este risipită pur și simplu transportând combustibil. Noel Hendrickson / Getty Images

Puțini experți ar argumenta ideea că cea mai mare problemă a mașinilor moderne este greutatea. Conform Agenției pentru Protecția Mediului (EPA), fiecare 100 kg. (45,36 kg) scos dintr-o mașină poate crește kilometrajul de combustibil cu 1 până la 2 la sută. Numărul exact depinde de dimensiunea vehiculului și de motorul său - cu cât este mai mică mașina, cu atât creșterea dramatică a kilometrajului de combustibil. Acum, 1 - 2 la sută s-ar putea să nu pară mult, dar se adaugă. Dacă ai putea elimina 2.000 kg. (907,2 kg) dintr-o mașină, s-ar putea să vă măriți kilometrajul cu până la 40%. Dar beneficiile nu se opresc aici. Dacă o mașină este proiectată de la sol pentru a fi cu aproximativ o tonă mai ușoară, nu va avea nevoie de un motor mare pentru a obține aceleași performanțe. Cea mai grea parte a oricărei mașini este de obicei blocul motor, așa că dacă puteți utiliza un motor mai mic, economisiți și mai multă greutate. În plus, nu va trebui să transportați cât mai mult combustibil, deoarece acel motor mai mic va arde mai puțin. Un galon de gaz cântărește aproximativ 6 lbs. (2,72 kg). Dacă aveți un rezervor de combustibil de 20 de galoni (75,69 litri) în SUV-ul dvs., ardeți o mulțime de combustibil care nu face altceva decât să transporte combustibil. După ce faceți o mașină mult mai ușoară, puteți reduce greutatea multor componente, inclusiv frânele, suspensia și chiar anvelopele [sursa: USA TODAY].

Totuși, ineficiența nu se termină cu greutatea. Multe mașini moderne au sisteme de aer condiționat, care sunt mult mai puternice decât trebuie să fie pentru spațiul mic închis pe care sunt proiectate să se răcească. În plus față de greutatea suplimentară, atrag o cantitate semnificativă de putere din motor.

Anvelopele sunt un alt punct energetic. Majoritatea anvelopelor nu sunt proiectate pentru a reduce rezistența la rulare, ceea ce înseamnă că motorul trebuie să împingă și mai tare pentru a muta mașina. Partea laterală flexibilă în anvelope risipește și mai multă energie. Și de fiecare dată când lovești frânele, o cantitate mare de energie este disipată sub formă de căldură. Ai ghicit - mai multă pierdere de energie.

În sfârșit, în timp ce multe vehicule au forme de caroserie aerodinamică, nu fiecare mașină are un profil aerodinamic optim. Dacă rezistența vântului nu pare a fi mare, gândiți-vă la câtă forță împinge înapoi pe mână atunci când o lipiți pe fereastra unei mașini în mișcare. Acum imaginați-vă acea forță apăsând pe întreaga suprafață frontală a mașinii.

Care este efectul net al acestei ineficiențe? Să folosim un exemplu de bază - ce zici de unitatea ta de lucru tipică? Tot ce trebuie să realizați este să vă deplasați singur dintr-un punct în altul, împreună cu poate o servietă sau o cutie de prânz. Cu toate acestea, în drum spre acolo, transportați și voi aproximativ două tone de oțel. Conform lui Amory Lovins, 90% din energia generată de motorul din vehiculul dvs. niciodată nu se ajunge la roți, deoarece cea mai mare parte a acesteia se pierde la fel de căldură pe măsură ce motorul și piesele de antrenare se freacă între ele. În cele din urmă, doar 0,3 la sută din puterea pe care motorul o scoate este de fapt folosită pentru a vă deplasa corpul [sursa: AutoblogGreen].

Acum că știți ce părți ale mașinilor noastre pierd energie, puteți să vă gândiți la proiectarea mașinilor care se descurcă mai bine. Aflați cum se află în pagina următoare.

-

Amory Lovins

Dacă există o singură vârf de lance pentru mișcarea hipercarului, este Amory Lovins, un inginer fără probleme, ecologist și beneficiar al unei Burse -MacArthur. Filozofia de utilizare a energiei Lovins este simplă: Statele Unite trebuie să reducă consumul total de energie. Institutul său Rocky Mountain (RMI) este un think tank dedicat dezvoltării tehnologiilor de test-test în speranța de a conduce companiile importante pe un drum mai eficient din punct de vedere energetic. În ultimii ani, o companie Roff spinoff numită Hypercar, Inc. a devenit Fiberforge, o companie axată pe dezvoltarea unor produse ieftine de masă fibra de carbon [sursa: The Wall Street Journal].

negawaților

A negawatt este o unitate ipotetică de energie care nu a fost niciodată generată. Reprezintă o creștere a eficienței. Unele hipercare ar putea face conceptul cu un pas mai departe. Hipercarsele hibride pot folosi frânarea regenerativă pentru a crește încărcarea bateriilor de la bord. Eficiența ridicată a mașinii înseamnă că puteți termina călătoria cu suc suplimentar în baterii. Atunci ar fi să vă conectați vehiculul la o priză. În schimb, atrageți puterea pentru a reîncărca bateriile, permiteți alimentarea bateriilor să curgă în rețea. Contorul dvs. electric urmărește cât de mult repuneți în sistem, iar compania electrică vă plătește la o rată specificată sub forma unei reduceri de energie electrică sau un control, dacă casa dvs. este suficient de eficientă pentru a avea consum energetic negativ în general..

Caroseriile de curse Formula 1 sunt construite aproape în totalitate din fibre de carbon. Ideea de a conduce o mașină F1 să funcționeze zilnic poate fi atrăgătoare, dar nu este foarte practică. Mark Thompson / Getty Images

Amintindu-ți ce ai aflat de la pagina precedentă, dacă ar fi să proiectezi o mașină pentru a fi cel mai eficient vehicul cu consum de combustibil posibil, dar totuși practic pentru conducerea de zi cu zi, de unde ai începe?

Sasiul ar putea fi un loc bun pentru început. Cadrul de oțel al unei mașini standard este destul de greu. De asemenea, este foarte puternic, așa că, dacă doriți să o faceți mai ușoară, va trebui să găsiți ceva care să reziste la eforturile de a transporta sarcini grele și să păstreze capacitatea de a absorbi impacturile pentru a proteja ocupanții. Unii producători auto au experimentat deja cu oțel de calitate superioară, care este mai puternic decât oțelul obișnuit, permițând utilizarea mai puținului acestuia [sursa: USA TODAY]. Dar dacă dorim cu adevărat să tăiem kilogramele, trebuie să ne uităm la fibra de carbon. Când este pregătită corect, fibra de carbon este de 10 ori mai puternică decât oțelul și cântărește mult mai puțin. Înlocuirea întregului oțel dintr-o mașină cu fibră de carbon poate reduce greutatea cu până la 40 la sută [sursa: Green Car Congress].

Caroseria vehiculului este o altă zonă în care se pot aduce îmbunătățiri considerabile. Forma mașinii trebuie testată într-un tunel de vânt pentru a vă asigura că are forma aerodinamică optimă. Orice lucru care iese de pe suprafața vehiculului ar trebui eficientizat, cum ar fi oglinzile laterale, mânerele ușilor și chiar insemnele vehiculului. Corpul trebuie să fie confecționat și din fibre de carbon puternice, dar ușoare.

Când vine vorba de centrala vehiculului - motorul - va trebui să faceți câteva alegeri. Există mai multe modalități de a alimenta mașina, care sunt mai bune decât motoarele cu ardere internă, dar cea pe care o alegeți va depinde în mare măsură de tehnologia care se maturizează cel mai rapid. Celulele cu combustibil de hidrogen emit numai apă și ar putea fi eficiente dacă se găsește o metodă curată și verde de producere a hidrogenului. Motoarele electrice care funcționează pe baterii și se conectează la prizele de perete sunt, din punct de vedere tehnic, cele mai eficiente din punct de vedere al costurilor, odată ce faceți matematica de a converti watt-ore pe mile (watt-ore pe kilometru) în mile pe galon (kilometri pe litru) [sursa: Hypercars ]. Acest lucru este valabil mai ales dacă încarcați la orele de vârf și aveți acces la electricitate curată, cum ar fi energia eoliană sau hidroenergetică. Uneori, s-ar putea să doriți un pic mai mare sau mai multă putere decât poate oferi un motor electric, așa că ar putea fi o idee bună să folosiți un motor cu combustie foarte eficient. Un bloc de aluminiu va menține greutatea scăzută și, probabil, puteți ajunge chiar și cu trei cilindri, având în vedere cât de ușoară este mașina.

Vehicule experimentale precum această mașină franceză Microjoule pot atinge kilometraj de combustibil extrem (peste 10.000 mpg, în acest caz), dar obiectivul proiectării hipercar este de a crea mașini eficiente practice pentru utilizarea de zi cu zi. Bryn Lennon / Getty Images

Interiorul este o zonă a vehiculului adesea trecute cu vederea în reducerea greutății. Există o mulțime de oportunități pentru pierderea în greutate aici. De exemplu, puteți evita ramele grele ale scaunelor făcând scaunele din fibră de carbon și chiar integrându-le în șasiu. Câteva zone captusite le vor face confortabile și confortabile, chiar și fără exces de captuseală, spumă și tapițerie. Puteți reduce și covoarele. Un compresor mic va conduce unitatea modestă de aer condiționat, dar va menține mașina foarte rece, deoarece acoperișul este izolat, iar ferestrele sunt dublate. Nu există trapa - nu numai că ar lăsa prea multă căldură de vară, dar acoperișurile adaugă greutate unui vehicul și reduc rigiditatea șasiului. Vom dori să ascultăm muzică în timp ce conducem, dar nu avem nevoie de un amplificator imens sau de boxe furtunoase. Un sistem de sunet modest va economisi greutate și va suna încă excelent.

Desigur, veți dori, de asemenea, să vă amintiți să folosiți anvelope cu rezistență redusă la rulare care permit mașina să se deplaseze cu ușurință fără a sacrifica tracțiunea. Pereții laterali ai acestor anvelope sunt proiectate să fie foarte rigide, astfel încât acestea să nu se flexeze și să risipească energia - o caracteristică care îmbunătățește și manipularea. Anvelopele ar trebui să utilizeze de asemenea tehnologia de rulare plană, astfel încât nu va trebui să purtați greutatea suplimentară a unei anvelope de rezervă sau chiar a unei mufe pentru vehicule grele.

Acolo îl ai - tocmai ai proiectat propriul nostru hipercarc. În continuare, să aruncăm o privire la hipercarele care există deja.

Economia fibrelor de carbon

Fibra de carbon nu a cunoscut o utilizare largă în industria auto, deoarece este foarte scumpă. Este utilizat pentru cadrele și caroseriile unor mașini de curse și ale anumitor mașini sport cu un preț foarte ridicat. Cea mai mare parte este făcută manual; cu toate acestea, acest lucru ar putea fi în schimbare. Fiberforge, o companie creată de Institutul Rocky Mountain din Amory Lovins, a dezvoltat o metodă de producere a pieselor din fibră de carbon. Fibrele sunt țesute în benzi, care sunt combinate pentru a forma foi. Foile sunt stivuite împreună și încălzite pentru a forma un panou, apoi așezate într-o presă pentru a-l forma în forma corespunzătoare. Întregul proces durează aproximativ 10 minute - o creștere uriașă a potențialului de producție a fibrei de carbon. Creșterea costurilor de oțel ar putea face, de asemenea, fibra de carbon o opțiune mai atractivă, mai ales atunci când se calculează efectul de echilibrare al costurilor de combustibil foarte reduse [sursa: AutoblogGreen].

Lotus a luat abordarea minimalistă cu modelul lor Elise. Câteva dintre principiile teoriei hiper auto pot fi găsite aici. Kevin Lee / Getty Images

Mai multe companii au produs hipercare, deși majoritatea sunt concepte sau vehicule de încercare. În realitate nu există o definiție strictă a hipercarului - înseamnă pur și simplu o mașină concepută să fie foarte eficientă, în general, mai multe comenzi de mărime mai bune decât mașina dvs. de showroom medie. Cei mai buni hibrizi disponibili în 2008 pot obține evaluări mpg în anii 40 (km / h în anii 70) în condiții optime, ceea ce este excelent, dar nu destul de hipercar.

Interesant este faptul că unele companii practică teoria hipercarcarilor de zeci de ani, deși nu au dus-o la extremele necesare pentru a obține 100 mpg (160,93 km / l) sau mai mult. Lotus este o companie britanică cunoscută pentru mașinile ușoare, agile de înaltă performanță, precum Elise. Filozofia lor de proiectare presupune eliminarea a tot ceea ce nu este necesar pentru a menține greutatea minimă. Acest lucru oferă Elisei o manevrabilitate excelentă și o accelerație uimitoare, chiar și cu un motor cu patru cilindri. Mașinile inteligente încorporează și principii de hipercar, cu un design mic, ușor, destinat transportului oamenilor în zonele urbane.

Institutul Rocky Mountain a dezvoltat un hipercar pe care îl numesc Revoluția Hypercar. Designul său este similar hipoteticului hipercar pe care l-am proiectat pe pagina anterioară. Hypercar RMI este un SUV / crossover de dimensiuni mici, care poate adăuga cinci adulți și poate remorca o jumătate de tonă pe o pantă abruptă, dar este un vehicul ultralit.

Volkswagen a construit și testat un hipercar numit L1 în 2002. Este un design radical care are forma unui cockpit al unui avion de luptă. Există loc pentru șofer și un pasager așezat direct în spatele șoferului, plus o mică marfă. Trapa se leagănă lateral, iar interiorul, în timp ce este strâns, pare a fi confortabil. L1 este alimentat de un motor diesel cu un cilindru și poate conduce 100 km (62,14 mile) pe un singur litru (0,26 litri) de combustibil - de unde și numele [sursa: Wheelspin].

General Motors și Scaled Composites au creat Ultralite, o mașină demonstrativă tehnologică din fibră de carbon și plastic. S-a dovedit că astfel de proiectări au fost posibile de către un producător auto din SUA, dar GM nu a pus nici o hipercare în producție [sursa: Scaled Composites]. Daihatsu și Honda au, de asemenea, programe de dezvoltare de hipercaruri care au dus la mai multe concepte conceptuale, dar încă nu s-a prezentat nimic la distribuția locală.

Cu toate acestea, costurile energetice la nivel mondial fac presiuni asupra producătorilor de automobile pentru a oferi vehicule din ce în ce mai eficiente. Dacă construcția de fibre de carbon scade în preț, în următorii ani am putea vedea hipercare ultra-ușoare pe drum.

Pentru mai multe informații despre hipercare, tehnologii ușoare pentru automobile și alte subiecte conexe, urmați linkurile de pe pagina următoare.

Siguranță și performanță

O mulțime de entuziaști auto se aruncă cu gândul la eficiență, în timp ce o mulțime de alte persoane se tem că vehiculele incredibil de ușoare nu vor face o muncă adecvată pentru protejarea ocupanților. Hypercars-urile sunt de fapt mai bune în ambele aspecte decât multe mașini compacte pe drum. Deși au motoare mici, raportul dintre puterea și greutatea unui hiper poate fi mult mai mare decât o mașină grea cu un motor V8. Aceasta permite o accelerare impresionantă și o manipulare și mai impresionantă.

Această manipulare agilă este, de asemenea, o caracteristică de siguranță. Greutatea ușoară este egală cu distanțe de frânare mai scurte și atunci când combinați asta cu manevrele de evitare a preciziei, hipercarele pot evita unele accidente cu totul. În caz de coliziune, hipercarele pot folosi tehnici avansate de absorbție a energiei. Fibra de carbon în sine are proprietăți excelente de prăbușire, care deviază și absoarbe multă energie cinetică înainte de a ajunge vreodată la ocupanți. Șasiul monocasic (dintr-o singură bucată) din fibră de carbon folosit de unii hipercare este, de asemenea, foarte rigid, adăugând o protecție suplimentară. Pe lângă caracteristicile de siguranță mai tradiționale, cum ar fi airbag-urile, zonele de strivire încorporate care absorb impactul în zonele cheie creează, de asemenea, o protecție suplimentară.

Articole similare

• Cum funcționează hibridul Aptera
• Jaguar XKE Ușor
• Fibra de carbon poate rezolva criza petrolului?
• Cum funcționează Chevrolet Corvette ZR1 din 2009
• Sfaturi de kilometraj hibrid
• Poate o mașină să obțină 100 de mile pe galon?
• Cum să obții o economie de combustibil mai bună

Mai multe legături grozave

• Rocky Mountain Institute
• Hypercars
• Economie de combustibil

surse

• Ball, Jeffrey. "Înclinarea la mori de vânt energetice: Amory Lovins consideră că SUA își pot reduce drastic consumul de ulei. Iată cum." The Wall Street Journal. 25 iulie 2005. (26 iulie 2008) http://www.rmi.org/images/PDFs/Energy/E05-07_TiltingAtEnergy.pdf
• Agenție de protecție a mediului. "Sfaturi de kilometri de gaz". (26 iulie 2008) http://www.fueleconomy.gov/feg/driveHabits.shtml
• Congresul mașinii ecologice. "Toray, Nissan, partener Honda pentru fibra de carbon pentru automobile." 26 iulie 2008. (26 iulie 2008) http://www.greencarcongress.com/2008/07/toray-nissan-ho.html
• Hypercars.com. "Hypercars: mașini ultra-moderne, super-eficiente, de înaltă performanță." (26 iulie 2008) http://www.hypercars.com/
• Linton, Lascelles. „Combustibili de vârf eco-tehnologici”. AutoblogGreen. 20 august 2007. (26 iulie 2008) http://www.autobloggreen.com/2007/08/20/liveblogging-eco-tech-future-fuels/
• Compoziții la scară. "GM Ultralite Show Car". (26 iulie 2008) http://www.scaled.com/projects/gmcar.html
• Wheelspin. "Ferdinand Piëch conduce mașina cu 1 litru către AGM-ul lui Volkswagen." 15 aprilie 2002. (26 iulie 2008) http://www.ltv-vwc.org.uk/wheelspin//ws_may_2002/vw_bubble_car.htm
• Woodyard, Chris. "Componentele auto se aprind pentru a îmbunătăți kilometrajul." SUA Astăzi 7 octombrie 2007. (26 iulie 2008) http://www.usatoday.com/money/autos/2007-10-07-lighter-weight_N.htm