Jak Hypercars práce

Proč jsou naše vozidla tak neefektivní? Podívejte se na obrázky koncepčních vozů. Justin Sullivan / Getty Images

-Ne, bez ohledu na to, jaké auto řídíte, pravděpodobně byste rádi získali lepší kilometrový výkon. I když řídíte efektivní hybridní vozidlo, pokaždé, když naplníte nádrž, můžete přemýšlet: „Nebylo by skvělé, kdybych mohl získat ještě více najetých kilometrů? Stejně jako více než 100 mil na galon (42,5 km na litr) ? “ Pokud má skupina vizionářských techniků cestu, stačí.

Lidé, jako je odborník na energetickou politiku Amory Lovins, návrháři ve společnosti s názvem Fiberforge a dokonce i automobiloví inženýři ve společnosti Volkswagen, se těžko snažili vytvořit automobily, které jsou neuvěřitelně lehké a mimořádně efektivní. Výsledek: hypercars. U moderních materiálů a alternativních palivových systémů nemusejí hypercars obětovat bezpečnost, výkon nebo luxus ve jménu palivové účinnosti.

Pokud si myslíte, že automobilová technologie je připravena se vyvíjet poté, co zůstala v podstatě stejná po dobu posledních 50 let, pak tento článek vysvětlí, proč byste měli mít pravdu. Namísto ocelových rámů s více tuny poháněných spalovacími motory vám ukážeme auta vyrobená z uhlíkových kompozitních materiálů, které jsou lehčí a pevnější než ocel, s elegantními aerodynamickými tvary a neuvěřitelně účinnými motory. Ve skutečnosti jsou některá z těchto vozidel tak účinná, že je můžete připojit a vrátit energii do sítě za slevu na vašem účtu za elektřinu. To také není jen koláč na obloze futurismus. Ukážeme vám několik hypercarů, které jsou dnes na cestě.

Pokud plánujete navrhnout superúčinné auto, musíte nejprve zjistit, co dělá vozidla, která jsou v současné době na silnici, tak neefektivní - ukáže se, že je to docela dlouhý seznam. Zjistěte, co se v seznamu nachází na následující stránce.

Obsah

1. Plýtvání energií
2. Ultra lehký a hyperaktivní
3. Hypercars na silnici

Mnoho energie (a peněz) se plýtvá pouhým přepravováním paliva. Noel Hendrickson / Getty Images

Jen málo odborníků by argumentovalo, že největším problémem moderních automobilů je váha. Podle Agentury na ochranu životního prostředí (EPA) je každých 100 liber. (45,36 kg) odebraných z automobilu může zvýšit ujeté kilometry o 1 až 2 procenta. Přesný počet závisí na velikosti vozidla a jeho motoru - čím menší auto, tím dramatičtější je počet najetých kilometrů. Nyní, 1 až 2 procenta nemusí znít jako hodně, ale sčítá. Pokud byste mohli odstranit 2 000 liber. (907,2 kg) z auta, můžete zvýšit svůj počet najetých kilometrů až o 40 procent. Výhody zde ale nekončí. Pokud je vůz navržen od země až o přibližně jednu tunu lehčí, nebude k dosažení stejného výkonu potřeba velký motor. Nejtěžší součástí každého automobilu je obvykle blok motoru, takže pokud můžete použít menší motor, ušetříte ještě více hmotnosti. Navíc nemusíte nosit tolik paliva, protože menší motor bude méně hořet. Galon plynu váží asi 6 liber. (2,72 kg). Pokud máte ve svém SUV palivovou nádrž o objemu 20 galonů (75,69 litrů), spálíte hodně paliva a neděláte nic jiného než přenášet palivo. Jakmile automobil podstatně odlehčíte, můžete snížit hmotnost mnoha součástí, včetně brzd, odpružení a dokonce i pneumatik [zdroj: USA TODAY].

Neúčinnost však nekončí váhou. Mnoho moderních automobilů má klimatizační systémy, které jsou mnohem výkonnější, než je třeba pro malý uzavřený prostor, který mají chladit. Kromě větší hmotnosti odebírají z motoru značné množství energie.

Pneumatiky jsou dalším energetickým bolavým místem. Většina pneumatik není navržena tak, aby minimalizovala valivý odpor, což znamená, že motor musí při jízdě vozidlem tlačit ještě tvrději. Boční stěna v pneumatikách plýtvá ještě více energie. A pokaždé, když narazíte na brzdy, rozptýlí se velké množství energie jako teplo. Uhádli jste - více energetických ztrát.

Konečně, zatímco mnoho vozidel má aerodynamické tvary karoserie, ne každé auto má optimální aerodynamický profil. Pokud se odpor větru nezdá jako velký problém, přemýšlejte o tom, kolik síly tlačí zpět na vaši ruku, když ji vystrčíte z okna jedoucího auta. Nyní si představte, že síla tlačí na celý přední povrch vozu.

Jaký je čistý účinek této neefektivnosti? Podívejme se na základní příklad - a co typická cesta k práci? Vše, co musíte udělat, je pohybovat se z jednoho místa do druhého, možná s kufříkem nebo poledníkem. Přesto, na projížďce tam, také přepravujete asi dvě tuny oceli spolu s vámi. Podle Amory Lovins se 90 procent energie generované motorem ve vašem vozidle nikdy nedostane na kola, protože většina z toho se ztrácí jako teplo, protože se motor a hnací ústrojí otírají dohromady. Nakonec se pouze 0,3 procenta veškeré energie, kterou motor dává, skutečně používá k pohybu vašeho těla [zdroj: AutoblogGreen].

Nyní, když víte, které části našich automobilů plýtvají energií, můžete navrhnout auta, která fungují lépe. Zjistěte, jak na další stránce.

-

Amory Lovins

Pokud existuje jediná přední postava pro hypercarcarské hnutí, je to Amory Lovinsová, nenáročný inženýr, environmentalista a příjemce -MacArthur Fellowship. Filozofie využití energie Lovins je jednoduchá: Spojené státy musí snížit celkovou spotřebu energie. Jeho Rocky Mountain Institute (RMI) je think tank zaměřený na vývoj technologií zkušebny v naději, že přední velké společnosti povedou na energeticky účinnější silnici. V posledních letech se společnost RMI spinoff s názvem Hypercar, Inc. stala společností Fiberforge, společností zaměřenou na vývoj levné hromadné výroby. uhlíkové vlákno [zdroj: The Wall Street Journal].

Negawatti

A negawatt je hypotetická jednotka energie, která nebyla nikdy vytvořena. Představuje to zvýšení účinnosti. Některá hypercars mohla tento koncept posunout o krok dále. Hybridní hypercars mohou využívat regenerativní brzdění ke zvýšení náboje v palubních bateriích. Vysoká účinnost automobilu znamená, že můžete dokončit cestu s extra šťávou v bateriích. Tehdy byste své vozidlo zapojili do zásuvky. Namísto čerpání energie pro dobití baterií necháte energii z baterií proudit do mřížky. Váš elektroměr sleduje, kolik vložíte zpět do systému, a elektrická společnost vám zaplatí stanovenou sazbu ve formě slevy na elektřinu nebo šeku, pokud je váš dům dostatečně účinný, aby měl celkově negativní spotřebu energie.

Karoserie závodních vozů Formule 1 jsou konstruovány téměř výhradně z uhlíkových vláken. Myšlenka řízení vozu F1 do každodenní práce může být přitažlivá, ale není příliš praktická. Mark Thompson / Getty Images

Pokud byste si vzpomněli na to, co jste se dozvěděli na předchozí stránce, pokud byste měli navrhnout auto tak, aby bylo co nejúspornějším palivem, ale přesto praktické pro každodenní řízení, kde byste nastartovali?

Šasi může být dobrým místem pro začátek. Ocelový rám standardního automobilu je poměrně těžký. Je to také velmi silné, takže pokud chcete, aby byl lehčí, budete muset najít něco, co vydrží stres při přenášení těžkých břemen a zachová schopnost absorbovat nárazy a chránit tak cestující. Někteří výrobci automobilů již experimentovali s ocelí vyšší kvality, která je silnější než běžná ocel, což umožňuje použití menšího množství [zdroj: USA TODAY]. Ale pokud opravdu chceme snížit libry, musíme se podívat na uhlíkové vlákno. Když je to správně připravené, uhlíkové vlákno je desetkrát silnější než ocel a váží mnohem méně. Nahrazení celé oceli v autě uhlíkovým vláknem může snížit hmotnost až o 40 procent [zdroj: Green Car Congress].

Karoserie vozidla je další oblastí, kde lze provést značná zlepšení. Tvar vozu by se měl zkoušet ve větrném tunelu, aby se zajistilo, že má optimální aerodynamický tvar. Všechno, co vyčnívá z povrchu vozidla, by mělo být zefektivněno, jako jsou boční zrcátka, kliky dveří a dokonce i odznaky vozidla. Tělo by mělo být vyrobeno ze silného, ​​ale zároveň lehkého uhlíkového vlákna.

Pokud jde o elektrárnu vozidla - motor -, musíte si vybrat. Existuje několik způsobů, jak pohánět auto, které jsou lepší než motory s vnitřním spalováním, ale ten, který vyberete, bude do značné míry záviset na technologii, která zraje nejrychleji. Vodíkové palivové články emitují pouze vodu a mohly by být účinné, pokud bude nalezen čistý a zelený způsob výroby vodíku. Elektrické motory, které pracují na bateriích a zapojují se do zásuvek, jsou technicky nejúspornější, jakmile uděláte matematiku převodu watt-hodin na kilometr (watt-hodiny na kilometr) na míle na galon (kilometry na litr) [zdroj: Hypercars ]. To platí zejména, pokud nabíjíte v době mimo špičku a máte přístup k čisté elektřině, jako je vítr nebo vodní energie. Někdy můžete chtít trochu větší rozsah nebo více energie, než může poskytnout elektromotor, takže by bylo dobré použít velmi účinný spalovací motor. Hliníkový blok udrží nízkou hmotnost a pravděpodobně byste se dokonce mohli dostat se třemi válci, kteří zvažují, jak lehký je vůz.

Experimentální vozidla, jako je toto francouzské auto s mikrojoulou, mohou dosáhnout extrémního počtu najetých kilometrů (v tomto případě více než 10 000 mpg), ale cílem designu hypercarů je vytvořit efektivní automobily praktické pro každodenní použití. Bryn Lennon / Getty Images

Interiér je jednou z oblastí vozidla, která se při snižování hmotnosti často přehlíží. Existuje spousta příležitostí pro hubnutí zde. Například těžkým rámům sedadel se můžete vyhnout tím, že sedadla vyrobíte z uhlíkových vláken a dokonce je integrujete do podvozku. Několik čalouněných oblastí je učiní pohodlnými a pohodlnými, a to i bez nadměrného čalounění, pěny a čalounění. Můžete také snížit koberce. Malý kompresor bude provozovat skromnou klimatizační jednotku, ale udrží auto velmi chladné, protože střecha je izolovaná a okna jsou dvojitá. Neexistuje žádné střešní okno - nejen by to uvolnilo příliš mnoho tepla v létě, ale střešní okna skutečně zvýší hmotnost vozidla a sníží tuhost podvozku. Budeme chtít poslouchat hudbu, zatímco jedeme, ale nepotřebujeme velký zesilovač ani hromové reproduktory. Skromný zvukový systém ušetří váhu a bude znít skvěle.

Samozřejmě budete také chtít zapamatovat pneumatiky s nízkým valivým odporem které umožňují vozu snadno se pohybovat bez obětování trakce. Boční stěny těchto pneumatik jsou navrženy tak, aby byly velmi tuhé, takže se nebudou ohýbat a plýtvat energií - funkce, která také zlepšuje manipulaci. Pneumatiky by také měly používat technologii run flat, takže nemusíte přenášet další hmotnost rezervní pneumatiky ani zvedák těžkého vozidla.

Tam to máte - právě jste navrhli vlastní hypercar. Dále se podívejme na hypercars, které již existují.

Ekonomika uhlíkových vláken

Uhlíkové vlákno nevidělo široké použití v automobilovém průmyslu, protože je velmi nákladné jej vyrábět. Používá se pro rámy a karoserie některých závodních automobilů a určitých velmi cenově dostupných sportovních vozů. Většina z nich je vyráběna ručně; to se však může změnit. Fiberforge, společnost vytvořená společností Rocky Mountain Institute Amory Lovins, vyvinula metodu hromadné výroby dílů z uhlíkových vláken. Vlákna jsou tkaná do pásek, které jsou spojeny do listů. Plechy se stohují dohromady a zahřívají se, aby se vytvořil panel, a pak se umístí do lisu, aby se vytvořil do správného tvaru. Celý proces trvá asi 10 minut - obrovský nárůst produkčního potenciálu uhlíkových vláken. Rostoucí náklady na ocel by také mohly učinit z uhlíkových vláken atraktivnější variantu, zejména pokud se vypočítá vyrovnávací účinek značně snížených nákladů na palivo [zdroj: AutoblogGreen].

Lotus zaujal minimalistický přístup se svým modelem Elise. Zde jsou uvedeny některé principy teorie hyper aut. Kevin Lee / Getty Images

Několik společností vytvořilo hypercars, ačkoli většina z nich jsou koncepty nebo testovací vozidla. Ve skutečnosti neexistuje žádná přísná definice hypercar - jednoduše to znamená, že auto navržené tak, aby bylo velmi efektivní, obvykle o několik řádů lepší než vaše průměrné auto v showroomu. Nejlepší hybridy dostupné v roce 2008 mohou dosáhnout hodnocení mpg ve 40. letech (km / h v 70. letech) za optimálních podmínek, což je vynikající, ale ne zcela hypercarový materiál.

Je zajímavé, že některé společnosti praktikují teorii hypercarů po celá desetiletí, i když ji nevedly k extrémům nezbytným k dosažení 100 mpg (160,93 km / l) nebo více. Lotus je britská společnost známá svými lehkými, obratnými vysoce výkonnými vozy, jako je Elise. Jejich designová filozofie zahrnuje odstranění všeho zbytečného pro udržení minimální hmotnosti. Díky tomu má Elise vynikající ovladatelnost a úžasné zrychlení, a to i se čtyřválcovým motorem. Inteligentní auta zahrnují také zásady hypercar, s malým, lehkým designem určeným k přepravě lidí v městských oblastech.

Rocky Mountain Institute vyvinul hypercar, který nazývají Hypercar Revolution. Její design je podobný hypotetickému hypercaru, který jsme navrhli na předchozí stránce. Hypercar RMI je malý SUV / crossover, který pojme pět dospělých a může táhnout půl tuny do prudkého svahu, ale je to ultralite vozidlo.

Volkswagen postavil a testoval hypercar s názvem L1 v roce 2002. Je to radikální design ve tvaru kokpitu stíhačky. Přímo za řidičem seděl řidič a jeden cestující plus malý náklad. Šrafy se otvírají do stran a interiér, i když je těsný, se zdá být pohodlný. Pohon L1 je poháněn jednoválcovým dieselovým motorem a může jezdit 100 kilometrů na jeden litr paliva (0,26 galonu) paliva - odtud název [zdroj: Wheelspin].

General Motors and Scaled Composites vytvořili Ultralite, technologický demonstrační vůz vyrobený z uhlíkových vláken a plastu. Ukázalo se, že takové návrhy byly možné výrobcem v USA, ale společnost GM do výroby nezavedla žádné hypercars [zdroj: Scaled Composites]. Daihatsu a Honda mají také programy pro vývoj hypercarů, které vyústily v několik návrhů konceptů, ale v místním zastoupení se zatím nic neobjevilo.

Náklady na energii na celém světě však vyvíjejí tlak na výrobce automobilů, aby nabízeli stále účinnější vozidla. Pokud cena uhlíkových vláken klesne v ceně, mohli bychom vidět ultralehké hypercars na silnici během několika příštích let.

Další informace o hypercarech, lehkých automobilových technologiích a dalších souvisejících tématech naleznete na odkazech na následující stránce.

Bezpečnost a výkon

Mnoho auto nadšenců ušklíbá myšlenku na efektivitu, zatímco spousta dalších lidí se obává, že neuvěřitelně lehká vozidla nebudou dostatečně chránit cestující. Hypercars jsou vlastně lepší v obou aspektech než mnoho kompaktních vozů na silnici dnes. Ačkoli mají malé motory, poměr výkonu k hmotnosti hypercar může být mnohem vyšší než těžké auto s motorem V8. To umožňuje působivé zrychlení a ještě působivější ovládání.

Tato obratná manipulace je také bezpečnostním prvkem. Nízká hmotnost se rovná kratším brzdným dráhám a pokud zkombinujete, že s přesnými manévry se vyhýbáním, mohou hypercars potenciálním nehodám úplně zabránit. V případě kolize mohou hypercars používat pokročilé techniky absorpce energie. Samotné uhlíkové vlákno má vynikající nárazové vlastnosti, odvádí a absorbuje velké množství kinetické energie, než se dostane k cestujícím. Monokokový (jednodílný) podvozek z uhlíkových vláken používaný některými hypercary je také velmi tuhý a přidává další ochranu. Kromě tradičních bezpečnostních prvků, jako jsou airbagy, vytvářejí vestavěné tlačné zóny absorbující nárazy v klíčových oblastech další ochranu.

Související články

• Jak funguje hybrid Aptera
• Lehký Jaguar XKE
• Může uhlíková vlákna vyřešit ropnou krizi?
• Jak funguje Chevrolet Corvette ZR1 v roce 2009
• Hybridní kilometrové tipy
• Může auto získat 100 mil za galon?
• Jak dosáhnout lepší spotřeby paliva

Další skvělé odkazy

• Rocky Mountain Institute
• Hypercars
• Úspora paliva

Prameny

• Míč, Jeffrey. „Naklonění na větrných mlýnech s energií: Amory Lovinsová věří, že USA mohou drasticky snížit spotřebu oleje. Wall Street Journal. 25. července 2005 (26. července 2008) http://www.rmi.org/images/PDFs/Energy/E05-07_TiltingAtEnergy.pdf
• Agentura na ochranu životního prostředí. "Tipy na najetí plynu." (26. července 2008) http://www.fueleconomy.gov/feg/driveHabits.shtml
• Kongres zelených aut. "Toray, Nissan, partner Honda na uhlíkových vláknech pro auta." 26. července 2008 (26. července 2008) http://www.greencarcongress.com/2008/07/toray-nissan-ho.html
• Hypercars.com. "Hypercars: Ultra-Modern, Super-efektivní, High-Performance Cars." (26. července 2008) http://www.hypercars.com/
• Linton, Lascelles. "Ekologická paliva budoucnosti." AutoblogGreen. 20. srpna 2007. (26. července 2008) http://www.autobloggreen.com/2007/08/20/liveblogging-eco-tech-future-fuels/
• Měřítko kompozity. "GM Ultralite Show Car." (26. července 2008) http://www.scaled.com/projects/gmcar.html
• Spin. "Ferdinand Piëch řídí 1 litrový vůz do koncernu Volkswagen." 15. dubna 2002. (26. července 2008) http://www.ltv-vwc.org.uk/wheelspin//ws_may_2002/vw_bubble_car.htm
• Woodyard, Chris. "Auto komponenty se odlehčí, aby se zlepšilo najetých kilometrů." USA DNES. 7. října 2007. (26. července 2008) http://www.usatoday.com/money/autos/2007-10-07-lighter-weight_N.htm