Jak działają Hypercars

Co sprawia, że ​​nasze pojazdy są tak nieefektywne? Zobacz zdjęcia samochodów koncepcyjnych. Justin Sullivan / Getty Images

-Bez względu na to, jakim samochodem jeździsz, prawdopodobnie chciałbyś uzyskać lepszy przebieg na benzynie. Nawet jeśli jeździsz wydajnym pojazdem hybrydowym, za każdym razem, gdy napełniasz bak, możesz pomyśleć: „Czy nie byłoby wspaniale, gdybym mógł uzyskać jeszcze większy przebieg? Na przykład ponad 100 mil na galon (42,5 km na litr) ? ” Cóż, jeśli grupa wizjonerskich inżynierów postawi na swoim, po prostu możesz.

Ludzie tacy jak ekspert ds. Polityki energetycznej Amory Lovins, projektanci w firmie Fiberforge, a nawet inżynierowie samochodowi z Volkswagena ciężko pracowali nad stworzeniem samochodów, które są niewiarygodnie lekkie i niezwykle wydajne. Wynik: hipersamochody. Dzięki zaawansowanym materiałom i alternatywnym układom paliwowym hipersamochody nie muszą poświęcać bezpieczeństwa, osiągów ani luksusu w imię niskiego zużycia paliwa.

Jeśli uważasz, że technologia motoryzacyjna jest gotowa do ewolucji po tym, jak pozostała praktycznie taka sama przez ostatnie 50 lat, ten artykuł wyjaśni, dlaczego możesz mieć rację. Zamiast wielotonowych pojazdów o stalowej ramie, napędzanych silnikami spalinowymi, pokażemy Wam samochody wykonane z materiałów węglowo-kompozytowych, które są lżejsze i mocniejsze niż stal, z eleganckimi aerodynamicznymi kształtami i niesamowicie wydajnymi silnikami. W rzeczywistości niektóre z tych samochodów są tak wydajne, że można je podłączyć i oddać prąd do sieci, aby uzyskać zniżkę na rachunek za prąd. Futuryzm to nie tylko ciasto na niebie. Pokażemy wam kilka hipersamochodów, które są dzisiaj w trasie.

Jeśli planujesz zaprojektować super wydajny samochód, pierwszą rzeczą, którą musisz zrobić, jest dowiedzieć się, co sprawia, że ​​pojazdy obecnie poruszające się po drogach są tak nieefektywne - okazuje się, że jest to dość długa lista. Dowiedz się, co znajduje się na szczycie listy na następnej stronie.

Zawartość

1. Marnowanie energii
2. Ultra lekki i niezwykle wydajny
3. Hypercars na drodze

Wiele energii (i pieniędzy) jest marnowanych po prostu przez noszenie paliwa. Noel Hendrickson / Getty Images

Niewielu ekspertów zaprzeczałoby twierdzeniu, że największym problemem współczesnych samochodów jest waga. Według Agencji Ochrony Środowiska (EPA), każde 100 funtów. (45,36 kg) usunięte z samochodu może zwiększyć przebieg paliwa o 1 do 2 procent. Dokładna liczba zależy od wielkości pojazdu i jego silnika - im mniejszy samochód, tym gwałtowniejszy wzrost przebiegu paliwa. Teraz 1 do 2 procent może nie brzmieć dużo, ale to się sumuje. Gdybyś mógł usunąć 2000 funtów. (907,2 kg) z samochodu, możesz zwiększyć przebieg nawet o 40 procent. Ale korzyści nie kończą się na tym. Jeśli samochód jest od podstaw projektowany tak, aby był lżejszy o około jedną tonę, nie będzie potrzebował dużego silnika, aby uzyskać takie same osiągi. Najcięższą częścią każdego samochodu jest zwykle blok silnika, więc jeśli możesz użyć mniejszego silnika, oszczędzasz jeszcze więcej. Co więcej, nie będziesz musiał nosić ze sobą tyle paliwa, ponieważ ten mniejszy silnik będzie spalał mniej. Galon gazu waży około 6 funtów. (2,72 kg). Jeśli masz 20 galonów (75,69 litrów) zbiornika paliwa w swoim SUV-ie, spalasz dużo paliwa, nic poza noszeniem paliwa. Gdy sprawisz, że samochód będzie znacznie lżejszy, możesz zmniejszyć wagę wielu elementów, w tym hamulców, zawieszenia, a nawet opon [źródło: USA TODAY].

Nieefektywność nie kończy się jednak na wadze. Wiele nowoczesnych samochodów jest wyposażonych w systemy klimatyzacji, które są o wiele bardziej wydajne niż są potrzebne w przypadku niewielkiej, zamkniętej przestrzeni, którą mają chłodzić. Oprócz dodatkowego ciężaru pobierają znaczną ilość mocy z silnika.

Opony to kolejny problem energetyczny. Większość opon nie jest zaprojektowana tak, aby minimalizować opory toczenia, co oznacza, że ​​silnik musi naciskać jeszcze mocniej, aby ruszyć samochodem. Wygięcie ściany bocznej w oponach powoduje jeszcze większe straty energii. Za każdym razem, gdy naciskasz hamulec, duża ilość energii jest rozpraszana w postaci ciepła. Zgadłeś - większa utrata energii.

Wreszcie, chociaż wiele pojazdów ma aerodynamiczne kształty nadwozia, nie każdy samochód ma optymalny profil aerodynamiczny. Jeśli opór wiatru nie wydaje się wielkim problemem, zastanów się, ile siły odpycha dłoń, gdy wystawiasz ją przez okno jadącego samochodu. Teraz wyobraź sobie tę siłę działającą na całą przednią powierzchnię samochodu.

Jaki jest efekt netto całej tej nieefektywności? Skorzystajmy z prostego przykładu - co powiesz na typową jazdę do pracy? Wszystko, co musisz zrobić, to przenieść się z jednego punktu do drugiego, wraz z może teczką lub pudełkiem na drugie śniadanie. Jednak podczas tej jazdy wozisz ze sobą około dwóch ton stali. Według Amory'ego Lovinsa 90% energii wytwarzanej przez silnik w Twoim pojeździe nigdy nie przedostaje się nawet na koła, ponieważ większość z niej jest tracona w postaci ciepła, w jakim ścierają się ze sobą części silnika i układu napędowego. Ostatecznie tylko 0,3% całej mocy generowanej przez silnik jest faktycznie wykorzystywane do poruszania Twoim ciałem [źródło: AutoblogGreen].

Teraz, gdy wiesz, które części naszych samochodów marnują energię, możesz przystąpić do projektowania samochodów, które działają lepiej. Dowiedz się, jak to zrobić na następnej stronie.

-

Amory Lovins

Jeśli istnieje jeden grot dla ruchu hipersamochodów, to jest nim Amory Lovins, skromny inżynier, ekolog i odbiorca Bractwa -MacArthur. Filozofia wykorzystania energii Lovinsa jest prosta: Stany Zjednoczone muszą zmniejszyć ogólne zużycie energii. Jego Rocky Mountain Institute (RMI) to think tank zajmujący się opracowywaniem technologii na stanowiskach testowych w nadziei, że wiodące duże firmy podążą bardziej energooszczędną drogą. W ostatnich latach spółka spin-off RMI o nazwie Hypercar, Inc. przekształciła się w Fiberforge, firmę skupiającą się na opracowywaniu niedrogich masowo produkowanych włókno węglowe [źródło: The Wall Street Journal].

Negawaty

ZA Negawatt jest hipotetyczną jednostką energii, która nigdy nie została wytworzona. Stanowi wzrost wydajności. Niektóre hipersamochody mogłyby posunąć tę koncepcję o krok dalej. Hybrydowe hipersamochody mogą wykorzystywać hamowanie regeneracyjne w celu zwiększenia naładowania akumulatorów pokładowych. Wysoka sprawność samochodu oznacza, że ​​możesz zakończyć podróż z dodatkowym sokiem w akumulatorach. Wtedy podłączasz swój pojazd do gniazdka. Zamiast pobierać energię do ładowania akumulatorów, pozwalasz energii z akumulatorów wpływać do sieci. Twój licznik energii śledzi, ile wkładasz z powrotem do systemu, a firma elektryczna płaci Ci określoną stawkę w postaci rabatu na energię elektryczną lub sprawdzenia, czy Twój dom jest wystarczająco wydajny, aby mieć ogólne ujemne zużycie energii.

Karoserie samochodów wyścigowych Formuły 1 są zbudowane prawie w całości z włókna węglowego. Pomysł codziennej jazdy samochodem F1 do pracy może być atrakcyjny, ale nie jest zbyt praktyczny. Mark Thompson / Getty Images

Pamiętając, czego nauczyłeś się z poprzedniej strony, gdybyś zaprojektował samochód tak, aby był pojazdem najbardziej oszczędnym pod względem zużycia paliwa, a jednocześnie praktycznym do codziennej jazdy, od czego by zacząć?

Podwozie może być dobrym miejscem do rozpoczęcia. Stalowa rama standardowego samochodu jest dość ciężka. Jest również bardzo mocny, więc jeśli chcesz, aby był lżejszy, musisz znaleźć coś, co wytrzyma stres związany z przenoszeniem ciężkich ładunków i zachowa zdolność pochłaniania uderzeń, aby chronić pasażerów. Niektórzy producenci samochodów już eksperymentowali ze stalą o wyższej jakości, która jest mocniejsza niż zwykła stal, co pozwala na użycie mniejszej jej ilości [źródło: USA TODAY]. Ale jeśli naprawdę chcemy obniżyć wagę, musimy spojrzeć na włókno węglowe. Odpowiednio przygotowane włókno węglowe jest 10 razy mocniejsze od stali i waży znacznie mniej. Zastąpienie całej stali w samochodzie włóknem węglowym może zmniejszyć wagę nawet o 40 procent [źródło: Green Car Congress].

Nadwozie pojazdu to kolejny obszar, w którym można dokonać znacznych ulepszeń. Kształt samochodu należy przetestować w tunelu aerodynamicznym, aby upewnić się, że ma optymalny kształt aerodynamiczny. Wszystko, co odstaje od powierzchni pojazdu, powinno być opływowe, np. Lusterka boczne, klamki drzwi, a nawet plakietki. Korpus powinien być również wykonany z mocnego, ale lekkiego włókna węglowego.

Jeśli chodzi o silnik pojazdu - silnik - będziesz musiał dokonać pewnych wyborów. Istnieje kilka sposobów zasilania samochodu, które są lepsze niż silniki spalinowe, ale ten, który wybierzesz, będzie w dużej mierze zależał od technologii, która dojrzewa najszybciej. Wodorowe ogniwa paliwowe emitują tylko wodę i mogłyby być wydajne, gdyby znaleziono czystą i ekologiczną metodę produkcji wodoru. Silniki elektryczne, które działają na baterie i są podłączane do gniazdek ściennych, są technicznie najbardziej opłacalne, gdy wykonasz obliczenia polegające na przeliczeniu watogodzin na milę (watogodzin na kilometr) na mile na galon (kilometry na litr) [źródło: Hypercars ]. Jest to szczególnie ważne, jeśli ładujesz poza godzinami szczytu i masz dostęp do czystej energii elektrycznej, takiej jak energia wiatrowa lub wodna. Czasami możesz potrzebować trochę dodatkowego zasięgu lub większej mocy, niż może zapewnić silnik elektryczny, więc dobrym pomysłem może być użycie bardzo wydajnego silnika spalinowego. Aluminiowy blok utrzyma niską wagę, a biorąc pod uwagę, jak lekki jest samochód, prawdopodobnie można by sobie poradzić nawet z trzema cylindrami.

Pojazdy eksperymentalne, takie jak ten francuski samochód Microjoule, mogą osiągać ekstremalne przebiegi paliwowe (w tym przypadku ponad 10 000 mpg), ale celem projektowania hipersamochodów jest stworzenie wydajnych samochodów praktycznych do codziennego użytku. Bryn Lennon / Getty Images

Wnętrze jest jednym z obszarów pojazdu, które są często pomijane w redukcji wagi. Możliwości odchudzania jest tutaj wiele. Możesz na przykład uniknąć ciężkich ram siedzeń, wykonując siedzenia z włókna węglowego, a nawet integrując je z podwoziem. Kilka wyściełanych obszarów sprawi, że będą przytulne i wygodne, nawet bez nadmiaru wyściółki, pianki i tapicerki. Możesz także wyciąć wykładzinę. Mały kompresor napędza skromny klimatyzator, ale dzięki temu samochód będzie bardzo chłodny, ponieważ dach jest izolowany, a szyby są podwójnie oszklone. Nie ma szyberdachu - nie tylko przepuszczałby zbyt wiele letnich upałów, ale w rzeczywistości zwiększają wagę pojazdu i zmniejszają sztywność podwozia. Będziemy chcieli słuchać muzyki podczas jazdy, ale nie potrzebujemy wielkiego wzmacniacza ani głośnych głośników. Skromny system dźwiękowy pozwoli zaoszczędzić na wadze i nadal będzie brzmiał świetnie.

Oczywiście będziesz też chciał pamiętać o użyciu opony o niskim oporze toczenia które umożliwiają łatwe poruszanie się samochodu bez utraty przyczepności. Ściany boczne tych opon są zaprojektowane tak, aby były bardzo sztywne, więc nie wyginają się i nie marnują energii - cecha, która również poprawia obsługę. Opony powinny również wykorzystywać technologię run flat, dzięki czemu nie musisz nosić dodatkowego ciężaru koła zapasowego ani nawet ciężkiego podnośnika samochodowego.

Masz to - właśnie zaprojektowałeś nasz własny hipersamochód. Następnie przyjrzyjmy się już istniejącym hipersamochodom.

Ekonomika włókna węglowego

Włókno węglowe nie znalazło szerokiego zastosowania w przemyśle samochodowym, ponieważ jest bardzo drogie w produkcji. Jest stosowany do ram i nadwozi niektórych samochodów wyścigowych i niektórych bardzo drogich samochodów sportowych. Większość jest wykonywana ręcznie; jednak to może się zmienić. Fiberforge, firma stworzona przez Rocky Mountain Institute Amory'ego Lovinsa, opracowała metodę masowej produkcji części z włókna węglowego. Włókna są wplecione w taśmy, które są łączone w arkusze. Arkusze są układane w stosy i podgrzewane w celu utworzenia panelu, a następnie umieszczane w prasie, aby uformować go w odpowiedni kształt. Cały proces trwa około 10 minut - to ogromny wzrost potencjału produkcyjnego włókna węglowego. Rosnące koszty stali mogą również sprawić, że włókno węglowe stanie się bardziej atrakcyjną opcją, zwłaszcza gdy oblicza się efekt równoważenia znacznie obniżonych kosztów paliwa [źródło: AutoblogGreen].

Lotus przyjął minimalistyczne podejście w swoim modelu Elise. Niektóre zasady teorii hiper-samochodów można znaleźć tutaj. Kevin Lee / Getty Images

Kilka firm wyprodukowało hipersamochody, chociaż większość z nich to pojazdy koncepcyjne lub testowe. Naprawdę nie ma ścisłej definicji hipersamochodu - oznacza to po prostu samochód zaprojektowany tak, aby był bardzo wydajny, generalnie o kilka rzędów wielkości lepszy niż przeciętny samochód wystawowy. Najlepsze hybrydy dostępne w 2008 roku mogą osiągać wskaźniki MPG w latach 40. (km / hw latach 70.) w optymalnych warunkach, co jest doskonałym, ale niezupełnie materiałem hipersamochodowym.

Co ciekawe, niektóre firmy od dziesięcioleci praktykują teorię hipersamochodów, chociaż nie doprowadziły jej do skrajności koniecznych do osiągnięcia 100 mpg (160,93 km / l) lub więcej. Lotus to brytyjska firma znana z lekkich, zwinnych samochodów o wysokich osiągach, takich jak Elise. Ich filozofia projektowania polega na usunięciu wszystkiego, co jest niepotrzebne, aby utrzymać minimalną wagę. Daje to Elise doskonałe prowadzenie i niesamowite przyspieszenie, nawet z czterocylindrowym silnikiem. Inteligentne samochody również wykorzystują zasady hipersamochodów, z małą, lekką konstrukcją przeznaczoną do przewozu ludzi na obszarach miejskich.

Rocky Mountain Institute opracował hipersamochód, który nazywają rewolucją hipercar. Jego konstrukcja jest podobna do hipotetycznego hipersamochodu, który zaprojektowaliśmy na poprzedniej stronie. RMI Hypercar to mały SUV / crossover, który może pomieścić pięć dorosłych osób i może holować pół tony pod stromym zboczem, ale jest to pojazd ultralitowy.

Volkswagen zbudował i przetestował hipersamochód o nazwie L1 w 2002 roku. To radykalny projekt, który ma kształt kokpitu myśliwca. Jest miejsce dla kierowcy i jednego pasażera siedzącego bezpośrednio za kierowcą oraz niewielki ładunek. Klapa otwiera się na boki, a wnętrze, choć ciasne, wydaje się wygodne. L1 jest napędzany jednocylindrowym silnikiem wysokoprężnym i może przejechać 100 km (62,14 mil) na jednym litrze (0,26 galona) paliwa - stąd nazwa [źródło: Wheelspin].

General Motors i Scaled Composites stworzyły Ultralite, samochód demonstracyjny technologii wykonany z włókna węglowego i plastiku. Udowodniło, że takie projekty były możliwe w przypadku amerykańskiego producenta samochodów, ale GM nie wprowadził do produkcji żadnych hipersamochodów [źródło: Scaled Composites]. Daihatsu i Honda mają również programy rozwoju hipersamochodów, które zaowocowały kilkoma projektami koncepcyjnymi, ale jak dotąd nic nie pojawiło się w lokalnym salonie.

Niemniej jednak koszty energii na całym świecie wywierają presję na producentów samochodów, aby oferowali coraz bardziej wydajne pojazdy. Gdyby cena konstrukcji z włókna węglowego spadła, w ciągu najbliższych kilku lat moglibyśmy zobaczyć na drogach ultralekkie hipersamochody.

Aby uzyskać więcej informacji na temat hipersamochodów, lekkich technologii motoryzacyjnych i innych powiązanych tematów, skorzystaj z łączy na następnej stronie.

Bezpieczeństwo i wydajność

Wielu entuzjastów motoryzacji krzywi się na myśl o wydajności, podczas gdy wiele innych osób martwi się, że niewiarygodnie lekkie pojazdy nie będą w stanie odpowiednio chronić pasażerów. Hypercars są obecnie lepsze w obu aspektach niż wiele samochodów kompaktowych poruszających się obecnie po drogach. Chociaż mają małe silniki, stosunek mocy do masy hipersamochodu może być znacznie wyższy niż ciężkiego samochodu z silnikiem V8. Pozwala to na imponujące przyspieszenie i jeszcze bardziej imponujące prowadzenie.

Zwinne prowadzenie jest również cechą bezpieczeństwa. Niska waga oznacza krótszą drogę hamowania, a połączenie tego z precyzyjnymi manewrami unikania pozwala potencjalnie całkowicie uniknąć niektórych wypadków. W przypadku zderzenia hipersamochody mogą wykorzystywać zaawansowane techniki pochłaniania energii. Samo włókno węglowe ma doskonałe właściwości zderzeniowe, odchylając i pochłaniając dużą ilość energii kinetycznej, zanim dotrze do pasażerów. Monocoque (jednoczęściowe) podwozie z włókna węglowego używane w niektórych hipersamochodach jest również bardzo sztywne, zapewniając dodatkową ochronę. Oprócz bardziej tradycyjnych funkcji bezpieczeństwa, takich jak poduszki powietrzne, wbudowane strefy zgniotu, które pochłaniają uderzenia w kluczowych obszarach, również zapewniają dodatkową ochronę.

Powiązane artykuły

• Jak działa hybryda Aptera
• Jaguar XKE Lekki
• Czy włókno węglowe może rozwiązać kryzys naftowy??
• Jak działa Chevrolet Corvette ZR1 2009
• Wskazówki dotyczące przebiegu hybrydowego
• Czy samochód może dostać 100 mil za galon?
• Jak uzyskać lepszą oszczędność paliwa

Więcej świetnych linków

• Rocky Mountain Institute
• Hypercars
• Oszczędność paliwa

Źródła

• Piłka, Jeffrey. „Tilting at Energy Windmills: Amory Lovins uważa, że ​​Stany Zjednoczone mogą drastycznie obniżyć zużycie ropy. Oto jak”. Dziennik Wall Street. 25 lipca 2005. (26 lipca 2008) http://www.rmi.org/images/PDFs/Energy/E05-07_TiltingAtEnergy.pdf
• Agencja Ochrony Środowiska. „Wskazówki dotyczące przebiegu gazu”. (26 lipca 2008) http://www.fueleconomy.gov/feg/driveHabits.shtml
• Kongres Zielonych Samochodów. „Toray, Nissan, partner Hondy ds. Włókna węglowego w samochodach”. 26 lipca 2008. (26 lipca 2008) http://www.greencarcongress.com/2008/07/toray-nissan-ho.html
• Hypercars.com. „Hypercars: ultranowoczesne, super wydajne samochody o wysokich osiągach”. (26 lipca 2008) http://www.hypercars.com/
• Linton, Lascelles. „Eco-tech Future Fuels”. AutoblogGreen. 20 sierpnia 2007. (26 lipca 2008) http://www.autobloggreen.com/2007/08/20/liveblogging-eco-tech-future-fuels/
• Kompozyty łuskowe. „GM Ultralite Show Car”. (26 lipca 2008) http://www.scaled.com/projects/gmcar.html
• Wheelspin. „Ferdinand Piëch prowadzi 1-litrowy samochód na WZA Volkswagena”. 15 kwietnia 2002. (26 lipca 2008) http://www.ltv-vwc.org.uk/wheelspin//ws_may_2002/vw_bubble_car.htm
• Woodyard, Chris. „Części samochodowe się rozjaśniają, aby poprawić przebieg”. USA DZIŚ. 7 października 2007. (26 lipca 2008) http://www.usatoday.com/money/autos/2007-10-07-lighter-weight_N.htm