Tương lai của công nghệ ô tô và xe hơi - Ô tô hybrid, điện & không người lái

Ô tô, ngày càng có sẵn cho bất cứ ai, đã làm mờ sự phân biệt tầng lớp xã hội, thị trường mở rộng và kích thích nền kinh tế. Ngành công nghiệp trực tiếp sử dụng hơn 2,6 triệu người và theo Auto Alliance, chiếm từ 3% đến 3,5% tổng sản phẩm quốc nội (GDP) của quốc gia.

Chuyện tình của người Mỹ với xe hơi thể hiện rõ ở số sở hữu. Theo Cục Thống kê Giao thông Vận tải, có hơn 250 triệu xe đã được đăng ký tại Hoa Kỳ vào năm 2012, hoặc một chiếc cho mỗi người Mỹ trên 18 tuổi. Một hộ gia đình trung bình sở hữu 1,75 xe. Trình điều khiển đi hơn 2,8 tỷ dặm trên 4,5 triệu dặm đường và đường cao tốc và 605.471 cây cầu trong cả nước năm đó.

Người tiêu dùng có thể chọn từ rất nhiều nhà sản xuất xe hơi, tất cả đều sản xuất các kiểu dáng, mẫu mã và kiểu dáng khác nhau. Các phương tiện sau đó có thể được tùy chỉnh thêm theo màu sắc, loại động cơ, hộp số, thiết kế nội thất và loại bánh xe. Ngoài ra, có hàng ngàn cửa hàng sửa chữa ô tô, cơ khí hiệu suất cao và cửa hàng tùy chỉnh thân xe sẵn sàng thực hiện ước mơ của bất kỳ chủ sở hữu ô tô nào.

Tác động tiêu cực của ô tô đối với cuộc sống hiện đại

Đối với tất cả những đóng góp của nó cho cuộc sống hiện đại, ô tô cũng gây ra những hậu quả tiêu cực đáng kể cho toàn bộ cá nhân và xã hội:

Chi phí. Việc mua và vận hành liên tục của một chiếc ô tô là một trong những khoản chi lớn nhất mà người tiêu biểu thực hiện trong cả cuộc đời. Ô tô chiếm khoảng một phần sáu ngân sách của một gia đình, nhiều hơn cả thực phẩm hoặc chăm sóc sức khỏe và bảo hiểm cộng lại, theo Cục Thống kê Lao động. BLS thông tin cho rằng trong năm 2010 các xe khách trung bình ở Mỹ là 11,4 tuổi và được thúc đẩy 11.318 dặm trong khi đốt $ 2.132 trên gas và dầu. Hơn nữa, trung bình, các tài xế đã chi trung bình 787 đô la để sửa chữa và bảo trì.
Tử vong và chấn thương. Theo Cục điều tra dân số Hoa Kỳ, kể từ năm 1990, hơn 10 triệu vụ tai nạn liên quan đến ô tô xảy ra mỗi năm, khiến hơn 30.000 người chết mỗi năm. Trong khi tỷ lệ giảm mỗi năm - phản ánh những cải tiến trong thiết kế và công nghệ mới - Cục Quản lý An toàn Giao thông Quốc lộ ước tính rằng chi phí tai nạn trong năm 2010 là 871 tỷ đô la.
Phát triển đô thị. Dân số Hoa Kỳ đã tăng gấp ba lần từ 76 triệu người năm 1900 lên 281 triệu người năm 2000. Tuy nhiên, theo nghiên cứu của Tổng điều tra Hoa Kỳ năm 2002, số người sống ở khu vực đô thị đã giảm đáng kể kể từ năm 1950. Vào giữa thế kỷ, nhiều hơn hơn 7.000 người chiếm một dặm vuông diện tích đất; vào năm 2000, có ít hơn 3.000 mỗi dặm vuông. Sự lây lan này làm giảm hiệu quả vận chuyển hàng loạt và tăng áp lực xây dựng mạng lưới đường bộ và đường cao tốc rộng lớn hơn.
Tắc nghẽn. Theo một nghiên cứu về di động của Texas A & M năm 2012, một người đi làm ô tô trung bình dành hơn 50 giờ mỗi tuần ngồi trong xe của mình bị kẹt xe. Ở các thành phố như Los Angeles, Boston và New York, tắc nghẽn là hơn 60 giờ mỗi năm, khiến người Mỹ phải đi lại tích lũy hơn 5,5 tỷ giờ so với mức cần thiết và phải mua thêm 2,9 tỷ gallon nhiên liệu.
sự ô nhiễm. Trong khi ô nhiễm khí quyển có trước ô tô, hầu hết các nhà khoa học đều đồng ý rằng ô tô cá nhân của chúng ta là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu. Theo Liên minh các nhà khoa học quan tâm, ô tô và xe tải chiếm gần một phần năm tổng lượng khí thải của Hoa Kỳ - khoảng 24 pound carbon dioxide và các loại khí nóng lên toàn cầu khác cho mỗi gallon khí đốt.

Tương lai của ô tô

Mặc dù ô tô đã thay đổi đáng kể kể từ khi được giới thiệu, tốc độ cải tiến của ô tô đang tăng lên - đặc biệt liên quan đến những tiến bộ để chống lại các tác động tiêu cực của chúng. Một số nhà tương lai dự đoán sự xuất hiện của ô tô tự trị - xe tự lái - trong vòng thập kỷ tới.

ExtremeTech báo cáo rằng Mercedes-Benz đã tiết lộ chiếc xe không người lái của họ tại Triển lãm Điện tử tiêu dùng 2015, chiếc xe hạng sang F-105, đi kèm ghế trước có thể xoay để người lái và hành khách ngồi trước có thể ngồi đối diện với lưng hành khách -seat. Trong khi đó, BMW đã trình diễn i3 EV của mình rằng tự đỗ xe và có thể tìm kiếm nhà để xe để tìm không gian mở.

Theo CNBC, một số nhà phân tích dự đoán rằng các nhà sản xuất mới như Google và Apple sẽ thay thế các nhà sản xuất ô tô đại chúng truyền thống như General Motors, Ford, Honda và Volkswagen với sự khởi đầu của họ về công nghệ mới. Các dự đoán khác bao gồm:

Ít xe hơn sẽ thuộc sở hữu của các gia đình vì một chiếc xe có thể phục vụ nhiều thành viên theo tuần tự và đồng thời mà không cần chờ tài xế. Ví dụ, một chiếc xe không người lái có thể trở về căn cứ của mình sau khi đưa một công nhân đến văn phòng và sẵn sàng vận chuyển các thành viên khác trong gia đình vào ban ngày trước khi quay lại đón người đi làm vào buổi tối.
Sẽ có sự gia tăng tính di động chung, nơi mọi người sử dụng xe hơi mà không sở hữu chúng.

Các yếu tố thay đổi đáng kể

Những cải tiến đáng kể sẽ làm giảm tác động tiêu cực của ô tô trong tương lai. Chúng bao gồm các khía cạnh và các yếu tố sau.

Thiết kế

Những chiếc ô tô đầu tiên giống như những chiếc xe ngựa mà họ thay thế, những chiếc hộp đơn giản trên bánh xe. Các nhà sản xuất ban đầu có ít kiến thức về khí động học - sức cản của các vật thể di chuyển trong không khí, hoặc kéo. Kéo tăng tỷ lệ thuận với tốc độ. Hình dạng của chiếc xe, đặc biệt là khu vực phía trước, ảnh hưởng trực tiếp đến năng lượng tiêu thụ khi xe di chuyển về phía trước.

Một tác động khác của việc tăng tốc độ là lực nâng bổ sung - xu hướng thân xe tăng lên từ mặt đường - từ không khí chảy bên dưới xe, làm giảm lực kéo và sự ổn định trong các lượt. Việc sử dụng các đường hầm gió đã hướng dẫn các kỹ sư thiết kế ô tô để giảm các cạnh sắc nét và cải thiện tinh giản, do đó giảm lực cản, nâng và tiêu thụ năng lượng.

Kết quả là, nhãn hiệu và kiểu dáng xuất hiện tương tự nhau khi mỗi nhà sản xuất nhanh chóng chấp nhận bất kỳ lợi thế nào có được từ đối thủ. Những chiếc xe trong tương lai có thể sẽ ngắn hơn với nhiều đường cong hơn trong khi duy trì hoặc tăng không gian nội thất cho hành khách.

Nguyên vật liệu

Trọng lượng của một chiếc xe ảnh hưởng trực tiếp đến mức tiêu thụ nhiên liệu được sử dụng trong các hoạt động. Đại học Washington báo cáo rằng việc sử dụng rộng rãi xây dựng unibody, vật liệu nhẹ và động cơ nhỏ hơn đã giảm trọng lượng ô tô trung bình 1.700 pound trong khoảng thời gian từ 1975 đến 2009. Tuy nhiên, phần lớn lợi thế đã được bù đắp bởi sự gia tăng kích thước xe và thêm chức năng.

Áp lực liên bang liên tục để tăng nền kinh tế nhiên liệu sẽ dẫn đến việc sử dụng nhiều hơn thép nhẹ, nhôm, vật liệu tổng hợp và nhựa để giảm trọng lượng và cải thiện khả năng va chạm. Ví dụ, thân của Tesla Roadster được chế tạo từ hỗn hợp sợi carbon / epoxy nhẹ, mạnh như thép và nặng hơn 30%. Khi chi phí sản xuất vật liệu giảm xuống, nhiều nhà sản xuất sẽ chuyển sang sử dụng vật liệu composite mới mang tính cách mạng cho xe của họ.

Hiệu quả cơ học

Động cơ đốt trong bốn thì là nguồn năng lượng chính cho ô tô trong nhiều thập kỷ. Trong những năm qua, những tiến bộ công nghệ như cam kép trên cao với bốn van với thời gian van biến đổi, cưỡng bức không khí, phun nhiên liệu, phun nhiên liệu điều chỉnh bằng máy tính và thời gian van biến thiên đã tăng hiệu suất và công suất động cơ.

Việc sử dụng rộng rãi bộ điều khiển động cơ - một máy tính trên tàu điều chỉnh thời điểm đánh lửa, hỗn hợp không khí / nhiên liệu và tốc độ không tải - tạo ra hiệu quả nhiên liệu cao hơn và chẩn đoán động cơ không đổi. Việc truyền tải hiệu quả hơn, phát triển từ việc chuyển đổi thủ công ba bánh răng tiến và lùi, sang dịch chuyển tự động sáu đến tám bánh răng và đảo ngược. Hệ thống thủy lực được cải tiến cho phép điều khiển điện dễ dàng, trong khi hệ thống chống bó cứng đã giảm đáng kể thời gian và không gian dừng.

Kể từ năm 2015, xe hybrid - sự kết hợp giữa động cơ xăng và động cơ điện - đã không trở nên phổ biến ở các vùng của Hoa Kỳ. Theo Experian Ô tô (thông qua Adam Goldfein), một trong bốn giống lai đã được bán ở California, một số tiền lớn hơn năm tiểu bang tiếp theo (Florida, Texas, New York, Virginia và Washington) cộng lại.

Mặc dù hầu hết các nhà sản xuất ô tô lớn hiện đang cung cấp một mô hình lai, các mẫu Prius của Toyota đã chiếm lĩnh thị trường với tổng doanh số khoảng 5 triệu kể từ năm 2000, theo 24/7 Wall St. Kể từ khi doanh số bán ô tô hàng năm của Mỹ kể từ năm 2000 đã dao động ở mức thấp 10,4 triệu (năm 2009) đến 17,4 triệu (năm 2000), con lai đã chiếm chưa đến 3% tổng doanh số kể từ năm 2000 và, theo Green Car Report, trung bình khoảng 3% tổng doanh số hàng năm hiện tại.

Nhiều nhà quan sát tin rằng sự kết hợp của những điều sau đây đã hạn chế việc bán các giống lai cho đến nay:

Giá tiêu dùng cao so với các mô hình động cơ truyền thống (5.000 đô la trở lên cho một chiếc xe tương đương)
Ít cơ sở dịch vụ độc lập có khả năng phục vụ hoặc sửa chữa xe hybrid hoặc xe điện, đòi hỏi xe phải được bảo trì bởi các đại lý bán
Thiếu sự quen thuộc của người tiêu dùng với công nghệ mới
Tăng hiệu suất nhiên liệu của động cơ xăng
Một nền văn hóa ô tô lý tưởng hóa mã lực và tốc độ đường cao tốc

Trong khi các phương tiện điện hoàn toàn chạy bằng pin nhiên liệu (không phải hybrid) đã thu hút được sự ưa thích của công chúng, việc cải tiến pin nhiên liệu đã không tiến triển nhanh như dự kiến. Xe điện trung bình có giới hạn lái xe 150 dặm và cần 20 đến 30 phút để sạc lại.

Ngược lại, một chiếc Ford Focus 2015 với một bốn xi-lanh, flex-fuel (xăng hoặc xăng-ethanol pha trộn) động cơ và một chiếc xe tăng 12,4 gallon có thể di chuyển hơn 360 dặm mà không cần tiếp nhiên liệu. Mặc dù ô tô điện có thể thay thế các nguồn năng lượng truyền thống trong tương lai, nhưng kết quả rất có thể là sự phổ biến ngày càng tăng của động cơ hybrid, sự chuyển đổi hợp lý giữa động cơ xăng và điện.

Nhiên liệu

Trong phần lớn sự tồn tại của nó, ô tô đã dựa vào xăng - một sản phẩm dầu mỏ tinh chế - làm nhiên liệu. Tetraethyl chì đã được thêm vào trong lịch sử để cung cấp thêm khả năng chống lại sự tự bốc cháy, một trình điều khiển có tên gọi là gõ gõ gõ khi đánh lửa bị tắt. Từ những năm 1970, ethanol - một loại nhiên liệu tái tạo được pha trộn với xăng - đã thay thế chì, sự kết hợp đôi khi được gọi là nhiên liệu flex flex.

Các nhiên liệu khác bao gồm:

Khí nén tự nhiên. Một số phương tiện, đặc biệt là xe tải và xe buýt lớn, được thiết kế để hoạt động với khí tự nhiên nén, nhiên liệu hóa thạch đốt sạch hơn dầu mỏ và tạo ra ít chất gây ô nhiễm hơn. Những người ủng hộ như người khai thác dầu T. Boone Pickens đã ủng hộ CNG như một sự thay thế tốt hơn cho môi trường và rẻ hơn cho xăng dầu. Tuy nhiên, cơ sở hạ tầng để cung cấp CNG như một sự thay thế khả thi cho một quốc gia ô tô không tồn tại, do đó hạn chế sự hấp dẫn của nó đối với người lái xe.
Điện lực. Xe điện và hybrid đang ngày càng phổ biến, với mức tiết kiệm nhiên liệu lớn hơn khoảng 33% so với động cơ chạy bằng xăng. Trong khi những chiếc xe chạy bằng pin có thể được sạc tại nhà hoặc tại các trạm sạc công cộng, thì phạm vi của những chiếc xe chỉ dùng điện ít hơn đáng kể so với một chiếc xe chạy bằng xăng có dung lượng lưu trữ từ 12 gallon trở lên. Những cải tiến trong công nghệ pin đã chậm hơn so với dự kiến ban đầu và các phương tiện chạy bằng điện vẫn đắt hơn so với một giải pháp thay thế chạy bằng xăng. Tuy nhiên, ô tô điện sẽ tiếp tục thu thập thị phần lớn hơn khi chi phí sản xuất giảm và lợi thế môi trường của chúng trở nên rõ ràng hơn. Các mô hình hybrid dựa vào động cơ xăng để sạc pin hoặc cung cấp năng lượng cho động cơ điện có thể được điều khiển xa hơn so với xe chạy bằng xăng và cũng giữ được lợi thế tiết kiệm nhiên liệu.
Hydro. Một số nhà khoa học và nhà sản xuất ô tô ủng hộ hydro là nhiên liệu của tương lai, chủ yếu vì lợi ích môi trường của nó. Năm 2014, Hyundai bắt đầu cho thuê chiếc xe chạy bằng hydro đầu tiên tại Hoa Kỳ, trong khi Toyota công bố kế hoạch bán chiếc xe chạy bằng nhiên liệu hydro đầu tiên vào năm 2015. Hầu hết các nhà sản xuất lớn đều có xe chạy bằng hydro. Tuy nhiên, cơ sở hạ tầng nhiên liệu cần thiết để hỗ trợ hydro làm nhiên liệu chính chưa tồn tại.

Không có khả năng bất kỳ nhiên liệu thay thế nào sẽ thay thế xăng làm nhiên liệu chính của ô tô trước năm 2025. Ô tô điện và xe hybrid sẽ tiếp tục thu thập thị phần đáng kể khi quãng đường di chuyển trên mỗi lần sạc điện tăng. Giá dầu thế giới cũng sẽ ảnh hưởng lớn đến việc chuyển đổi bán buôn cuối cùng sang nhiên liệu thay thế. Nếu giá tiếp tục ở mức $ 4 mỗi gallon hoặc cao hơn, việc chuyển sang nhiên liệu thay thế sẽ được thúc đẩy.

Truyền thông

Giao tiếp điện tử giữa ô tô và môi trường mà nó vận hành đã trải qua những thay đổi mạnh mẽ nhất. Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) có sẵn trong hầu hết các xe mới, mặc dù là một vật phẩm bổ sung cho nhiều người. Khi các hệ thống này trở thành tiêu chuẩn cho tất cả các xe mới, việc theo dõi xe theo thời gian thực sẽ ngày càng khả dụng, cũng như giám sát động cơ ngoài công trường. Một hệ thống GPS là điều cần thiết cho những chiếc xe không người lái.

Truyền thông từ phương tiện đến phương tiện (V2V) và phương tiện đến cơ sở hạ tầng (V2I) sẽ trở nên phổ biến để ô tô tự động nhận biết vị trí và chuyển động của các phương tiện khác, ngoài việc thay đổi điều kiện đường xá. Biển báo đường tương tác và tín hiệu giao thông sẽ cung cấp liên lạc tự động, liên tục cho các phương tiện cho phép điều chỉnh tốc độ và tốc độ mà không cần sự can thiệp của lái xe. Khi các yếu tố này - đã có sẵn về mặt kỹ thuật - được đưa ra, chiếc xe không người lái sẽ trở thành hiện thực.

Đường bộ và đường cao tốc

Trong những thập kỷ tới, Hoa Kỳ sẽ xây dựng lại cơ sở hạ tầng lâu đời và bao gồm công nghệ truyền thông mới. Làn đường hạn chế cho xe tải lớn là phổ biến trên đường cao tốc ngày nay. Trung đội trên đường cao tốc liên bang - những chiếc xe riêng lẻ được liên kết với nhau bằng điện tử và đi cùng nhau như một đơn vị - sẽ trở nên phổ biến khi đất nước xây dựng lại đường cao tốc để phù hợp với khả năng giao tiếp.

Lý do cho giới hạn tốc độ trong lịch sử là như sau:

Lái xe an toàn. Lái xe ở tốc độ thấp hơn cho phép người lái có nhiều thời gian hơn để điều chỉnh nếu cần thiết và giảm lực tác động. Tai nạn trên đường cao tốc sẽ được giảm đáng kể khi máy tính thay thế người lái xe, trước đây điều chỉnh ngay lập tức khi điều kiện đường xá và giao thông thay đổi. Bạn đọc cần lưu ý rằng Autobahn ở Tây Đức không có giới hạn tốc độ cao hơn và đã trải qua tỷ lệ tử vong giao thông thấp hơn nhiều so với Hệ thống Đường cao tốc Liên bang Hoa Kỳ trong nhiều năm.
Tiết kiệm nhiên liệu. Giới hạn tốc độ 55 dặm một giờ được áp đặt bởi chính phủ liên bang thông qua Đạo luật Bảo tồn Năng lượng Quốc lộ khẩn cấp vào năm 1974 để giảm tiêu thụ xăng. Các giới hạn đã được nâng lên 65 dặm / giờ vào năm 1987 và bãi bỏ vào năm 1995. Có rất ít bằng chứng cho thấy các giới hạn tốc độ thấp hơn dẫn đến tiết kiệm nhiên liệu quốc gia đáng kể.

Khi cơ sở hạ tầng đường cao tốc được thay thế và số lượng xe robot tăng theo tỷ lệ, giới hạn tốc độ tối đa sẽ biến mất ở cấp tiểu bang.

Sự an toàn

An toàn cho người lái và hành khách đã tăng lên đáng kể trong những năm gần đây thông qua thiết kế xe tốt hơn và sử dụng túi khí tự động triển khai. Điều khiển đèn chùm tự động hiện đang là tiêu chuẩn trên nhiều xe ô tô và khả năng quan sát ban đêm với tính năng phát hiện người đi bộ tự động trên các mẫu xe sang có thể là tiêu chuẩn vào năm 2025. Radar gắn phía sau và camera đa hướng, đa cảm biến đã xuất hiện sang trọng mô hình ô tô, và có khả năng sẽ trở thành tiêu chuẩn trong những năm tới.

Hệ thống lái khẩn cấp tự động kết hợp phanh và lái lảng tránh sẽ giảm hoặc tránh va chạm nguy hiểm trong tương lai. Nissan Motor Corporation là một trong những công ty đang phát triển các thiết bị để phát hiện người lái không có khả năng vận hành an toàn phương tiện - cảm biến phát hiện rượu, camera để theo dõi biểu cảm khuôn mặt hoặc phần mềm để nhận biết lái xe thất thường - để sử dụng cuối cùng.

Từ cuối cùng

Ô tô của tương lai sẽ khác với ngày nay vì những chiếc ô tô đầu tiên khác với ngựa và xe lôi. Ô tô không người lái sẽ tiết kiệm năng lượng hơn đáng kể, an toàn hơn, ít gây hại cho môi trường hơn và vận hành tiết kiệm hơn bất kỳ phương thức vận chuyển nào theo kinh nghiệm của con người.

Quá trình chuyển đổi sang tương lai của ô tô sẽ không nhanh chóng, mất ít nhất một chục năm hoặc hơn để thay thế đội xe ô tô hiện có trong nước. Việc xây dựng lại đường cao tốc và đường bộ của quốc gia để thích ứng với công nghệ mới có thể sẽ còn lâu hơn nữa khi các nhà lãnh đạo quốc gia vật lộn với các ưu tiên quốc gia mâu thuẫn. Tốc độ cải tiến công nghệ sẽ tiếp tục tăng, nhưng lợi ích của những cải tiến đó dường như không được thực hiện đầy đủ cho đến năm 2050 hoặc muộn hơn.

Bạn dự đoán gì về tương lai của ô tô?