Sådan fungerer hypercars

Hvad gør vores køretøjer så ineffektive? Se konceptbilbilleder. Justin Sullivan / Getty Images

-Nej, hvad slags bil du kører, vil du sandsynligvis elske at få en bedre gas kilometertal. Selv hvis du kører et effektivt hybridkøretøj, kan du hver gang du fylder tanken tænke, "Ville det ikke være dejligt, hvis jeg kunne få endnu mere kilometertal? Ligesom mere end 100 miles per gallon (42,5 kilometer per liter) ?" Nå, hvis en gruppe visionære ingeniører har deres måde, kan du bare gøre.

Mennesker som energipolitisk ekspert Amory Lovins, designere i et firma kaldet Fiberforge og endda bilingeniører hos Volkswagen har været hårdt på arbejde med at skabe biler, der er utroligt lette og ultraeffektive. Resultatet: hypercars. Med avancerede materialer og alternative brændstofsystemer behøver hypercars ikke at ofre sikkerhed, ydelse eller luksus i brændstofeffektivitetens navn.

Hvis du mener, at bilteknologi er klar til at udvikle sig, efter at du stort set har været den samme i de sidste 50 år, vil denne artikel forklare, hvorfor du muligvis har ret. I stedet for stålrammede multi-ton køretøjer drevet af forbrændingsmotorer, viser vi dig biler lavet af kulstofkompositmaterialer, der er lettere og stærkere end stål, med slanke aerodynamiske former og utroligt effektive motorer. Faktisk er nogle af disse biler så effektive, at du kan tilslutte dem og returnere strøm til nettet for at få en rabat på din elektriske regning. Dette er heller ikke bare tærter i himmelens futurisme. Vi viser dig nogle hypercars der er på vej i dag.

Hvis du planlægger at designe en supereffektiv bil, er den første ting, du skal gøre, at finde ud af, hvad der gør de køretøjer, der i øjeblikket er på vejen, så ineffektive - det viser sig at være en ret lang liste. Find ud af, hvad der er toppen af ​​listen på næste side.

Indhold

1. Spild af energi
2. Ultra let og hypereffektiv
3. Hypercars på vejen

En masse energi (og penge) spildes ved blot at transportere brændstof. Noel Hendrickson / Getty Images

Få eksperter argumenterer med tanken om, at det største problem med moderne biler er vægt. Ifølge Environmental Protection Agency (EPA) er hver 100 lbs. (45,36 kg) fjernet fra en bil kan øge brændstofets kilometertal med 1 til 2 procent. Det nøjagtige antal afhænger af køretøjets størrelse og dets motor - jo mindre bilen er, jo mere dramatisk er stigningen i brændstofkørsel. Nu lyder 1 til 2 procent måske ikke meget, men det tilføjer. Hvis du kunne fjerne 2.000 kg. (907,2 kg) fra en bil, kan du øge din kilometertal med op til 40 procent. Men fordelene stopper ikke der. Hvis en bil er designet fra bunden til at være cirka et ton lettere, behøver den ikke en stor motor for at få den samme ydelse. Den tyngste del af enhver bil er normalt motorblokken, så hvis du kan bruge en mindre motor, sparer du endnu mere vægt. Oven på alt dette behøver du ikke medbringe så meget brændstof, da den mindre motor brænder mindre. En gallon gas vejer ca. 6 kg. (2,72 kg). Hvis du har en 20 gallon (75,69 liter) brændstoftank i din SUV, forbrænder du en masse brændstof, hvilket kun udgør bortset fra brændstof. Når du har gjort en bil betydeligt lettere, kan du reducere vægten af ​​mange komponenter, herunder bremser, affjedring og endda dækkene [kilde: USA I DAG].

Ineffektiviteten ender dog ikke med vægt. Mange moderne biler har airconditionanlæg, der er langt mere kraftfulde end de har brug for for det lille lukkede rum, de er designet til at køle af. Ud over ekstra vægt trækker de en betydelig mængde kraft fra motoren.

Dæk er en anden øm energi. De fleste dæk er ikke designet til at minimere rullemodstand, hvilket betyder, at motoren skal skubbe endnu hårdere for at bevæge bilen. Sidevægs flex i dækkene spilder endnu mere energi. Og hver gang du rammer bremserne, spredes en stor mængde energi som varme. Du gætte på det - mere energitab.

Endelig, mens mange køretøjer har aerodynamiske kropsformer, har ikke hver bil en optimal aerodynamisk profil. Hvis vindmodstand ikke ser ud som en big deal, skal du tænke på hvor meget kraft, der skubber tilbage på din hånd, når du stikker den ud af vinduet i en bevægelig bil. Forestil dig nu den kraft, der presser mod hele fronten på bilen.

Hvad er nettoeffekten af ​​al denne ineffektivitet? Lad os bruge et grundlæggende eksempel - hvad med dit typiske drev til at arbejde? Alt hvad du behøver at udrette er at flytte dig selv fra et punkt til et andet sammen med måske en dokumentmappe eller frokostkasse. Alligevel, på drevet der, trækker du også omkring to ton stål sammen med dig. Ifølge Amory Lovins bringer 90 procent af energien, der genereres af motoren i dit køretøj, aldrig engang hen til hjulene, fordi det meste af det går tabt som varme, da motoren og drivhjulsdelene gnider sammen. I sidste ende bruges faktisk kun 0,3 procent af al den strøm, din motor udskriver, til at bevæge din krop [kilde: AutoblogGreen].

Nu hvor du ved, hvilke dele af vores biler, der spilder energi, kan du gå i gang med at designe biler, der gør det bedre. Find ud af, hvordan du finder det på næste side.

-

Amory Lovins

Hvis der er et enkelt spydspids til hypercar-bevægelsen, er det Amory Lovins, en beskedt ingeniør, miljøforkæmper og modtager af et -MacArthur Fellowship. Lovins 'filosofi om energibrug er enkel: De Forenede Stater er nødt til at reducere det samlede energiforbrug. Hans Rocky Mountain Institute (RMI) er en tænketank, der er afsat til at udvikle test-bed-teknologier i håb om at føre store virksomheder ned ad en mere energieffektiv vej. I de senere år blev et RMI-spinoff-firma kaldet Hypercar, Inc. Fiberforge, et selskab med fokus på udvikling af billig masseproducerbar kulfiber [kilde: The Wall Street Journal].

negawatt

EN negawatt er en hypotetisk energienhed, der aldrig blev genereret. Det repræsenterer en stigning i effektiviteten. Nogle hypercars kunne tage konceptet et skridt videre. Hybride hyperbiler kan bruge regenerativ bremsning for at øge opladningen i ombordets batterier. Den høje effektivitet af bilen betyder, at du muligvis afslutter din rejse med ekstra juice i batterierne. Det var da du ville tilslutte dit køretøj til en stikkontakt. I stedet for at trække strøm til at genoplade batterierne lader du strømmen fra batterierne strømme ind i gitteret. Din elektriske måler sporer, hvor meget du lægger tilbage i systemet, og elselskabet betaler dig til en specificeret sats i form af en elektricitetsrabat eller en check, hvis dit hus er effektivt nok til at have generel negativ energiforbrug.

Formel 1-racerbiler er konstrueret næsten udelukkende af kulfiber. Ideen om at køre en F1-bil til arbejde hver dag kan være tiltalende, men den er ikke særlig praktisk. Mark Thompson / Getty Images

Husk du, hvad du har lært fra den forrige side, hvis du skulle designe en bil til at være det mest brændstofeffektive køretøj, men alligevel praktisk til daglig kørsel, hvor ville du starte?

Chassiset kan være et godt sted at begynde. Stålrammen i en standardbil er ret tung. Det er også meget stærkt, så hvis du vil gøre det lettere, skal du finde noget, der kan modstå belastningerne ved at bære tunge belastninger og bevare evnen til at absorbere stød for at beskytte de rejsende. Nogle bilproducenter har allerede eksperimenteret med stål af højere kvalitet, som er stærkere end almindeligt stål, hvilket gør det muligt at bruge mindre af det [kilde: USA I DAG]. Men hvis vi virkelig ønsker at skære pundene, er vi nødt til at se på kulfiber. Når den er korrekt forberedt, er kulfiber 10 gange så stærk som stål og vejer meget mindre. Udskiftning af alt stål i en bil med kulfiber kan reducere vægten med op til 40 procent [kilde: Green Car Congress].

Køretøjets karosseri er et andet område, hvor der kan foretages betydelige forbedringer. Formen på bilen skal testes i en vindtunnel for at sikre, at den har den optimale aerodynamiske form. Alt, der stikker ud fra køretøjets overflade, skal strømlinjeformes, såsom sidespejle, dørhåndtag og endda køretøjets badging. Kroppen skal også være lavet af stærk, men alligevel let carbonfiber.

Når det kommer til køretøjets kraftværk - motoren - skal du tage nogle valg. Der er flere måder at drive bilen på, der er bedre end forbrændingsmotorer, men den du vælger afhænger i vid udstrækning af den teknologi, der modnes hurtigst. Hydrogenbrændselsceller udsender kun vand, og de kan være effektive, hvis der findes en ren og grøn metode til produktion af brint. Elektriske motorer, der kører på batterier og tilsluttes stikkontakter, er teknisk set de mest omkostningseffektive, når du først foretager regnestykket med at konvertere wattimer pr. Mil (wattimer per kilometer) til miles per gallon (kilometer per liter) [kilde: Hypercars ]. Det er især tilfældet, hvis du oplader i off-peak-tider og har adgang til ren elektricitet, såsom vind- eller vandkraft. Nogle gange vil du måske have lidt ekstra rækkevidde eller mere strøm, end en elektrisk motor kan give, så det kan være en god ide at bruge en meget effektiv forbrændingsmotor. En aluminiumsblok holder vægten lav, og du kan sandsynligvis endda komme forbi med tre cylindre, når du tænker på, hvor let bilen er.

Eksperimentelle køretøjer som denne franske Microjoule-bil kan opnå ekstrem brændstof kilometertal (over 10.000 mpg, i dette tilfælde), men målet med hypercar-design er at skabe effektive biler, der er praktiske til daglig brug. Bryn Lennon / Getty Images

Det indre er et område af køretøjet, der ofte overses i vægttab. Der er mange muligheder for vægttab her. For eksempel kan du undgå tunge sæderammer ved at fremstille sæderne af kulfiber og endda integrere dem i chassiset. Et par polstret områder vil gøre dem tætske og behagelige, selv uden overskydende polstring, skum og polstring. Du kan også skære ned på tæpper. En lille kompressor kører den beskedne klimaanlæg, men den vil holde bilen meget kølig, fordi taget er isoleret og vinduerne er dobbeltpanede. Der er ikke noget tagtag - ikke kun ville det slippe for meget sommervarme, men soltager tilføjer faktisk et køretøj vægt og reducerer chassisets stivhed. Vi vil gerne lytte til musik, mens vi kører, men vi har ikke brug for en enorm forstærker eller tordenhøjttalere. Et beskedent lydsystem sparer vægt og lyder stadig godt.

Selvfølgelig vil du også huske at bruge dæk med lavt rullemodstand der gør det muligt for bilen nemt at bevæge sig uden at ofre trækkraft. Sidevæggene på disse dæk er designet til at være meget stive, så de ikke bøjes og spilder energi - en funktion, der også forbedrer håndteringen. Dækene skal også bruge kørt flad teknologi, så du ikke behøver at bære den ekstra vægt af et reservehjul eller endda en tung køretøjsstikket.

Der har du det - du har lige designet vores egen hyperbil. Lad os derefter kigge på hypercars, der allerede findes.

Kulfiberøkonomi

Carbon fiber har ikke set bred anvendelse i bilindustrien, fordi det er meget dyrt at fremstille. Det bruges til rammer og kroppe på nogle racerbiler og visse sportsbiler med meget dyre priser. Det meste af det er håndlavet; det kan dog ændre sig. Fiberforge, et firma oprettet af Amory Lovins 'Rocky Mountain Institute, har udviklet en metode til masseproduktion af kulfiberdele. Fibrene er vævet i bånd, som kombineres til at danne ark. Arkene stables sammen og opvarmes til dannelse af et panel og placeres derefter i en presse for at forme det til den rette form. Hele processen tager ca. 10 minutter - en enorm stigning i carbon fiber's produktionspotentiale. Stigende stålomkostninger kan også gøre kulfiber til en mere attraktiv mulighed, især når balanceringseffekten af ​​stærkt reducerede brændstofomkostninger beregnes [kilde: AutoblogGreen].

Lotus har taget den minimalistiske tilgang med deres Elise-model. Nogle af principperne i hyperbil teori findes her. Kevin Lee / Getty Images

Flere virksomheder har produceret hyperbiler, selvom de fleste af dem er koncepter eller testkøretøjer. Der er virkelig ingen streng definition af hypercar - det betyder simpelthen en bil designet til at være meget effektiv, generelt flere størrelsesordrer bedre end din gennemsnitlige showroom-bil. De bedste tilgængelige hybrider i 2008 kan opnå mpg-klassificering i 40'erne (km / t-klassificering i 70'erne) under optimale forhold, hvilket er fremragende, men ikke helt hypercar-materiale.

Interessant nok har nogle virksomheder praktiseret hypercar teori i årtier, selvom de ikke har taget den til de ekstreme behov, der er nødvendige for at opnå 100 mpg (160,93 km / l) eller mere. Lotus er et britisk selskab kendt for sine lette, smidige højtydende biler som Elise. Deres designfilosofi involverer at fjerne alt unødvendigt for at holde vægten minimal. Dette giver Elise fremragende håndtering og fantastisk acceleration, selv med en fircylindret motor. Smart Cars indgår også hypercar-principper med et lille, let design beregnet til at transportere mennesker i byområder.

Rocky Mountain Institute udviklede en hypercar, de kalder Hypercar Revolution. Dens design ligner den hypotetiske hyperbil, vi designet på den forrige side. RMI Hypercar er en lille SUV / crossover med plads til fem voksne og kan trække et halvt ton op ad en stejl hældning, men det er et ultralitkøretøj.

Volkswagen byggede og testede en hyperbil kaldet L1 i 2002. Det er et radikalt design, der er formet som cockpiten fra en jagerfly. Der er plads til chaufføren og en passager, der sidder direkte bag chaufføren, plus lidt last. Lugen svinger åbent sidelæns, og interiøret, mens det er stramt, ser ud til at være behageligt. L1 drives af en en-cylindret dieselmotor og kan køre i 100 kilometer (62,14 miles) på en enkelt liter (0,26 gallon) brændstof - deraf navnet [kilde: Wheelspin].

General Motors og skalerede kompositter skabte Ultralite, en teknologidemonstrationsbil lavet af kulfiber og plast. Det beviste, at sådanne design var mulige af en amerikansk bilproducent, men GM har ikke sat nogen hypercars i produktion [kilde: Scaled Composites]. Daihatsu og Honda har også hypercar-udviklingsprogrammer, der har resulteret i adskillige konceptdesign, men intet har dukket op hos det lokale forhandler endnu.

Ikke desto mindre lægger energiomkostningerne over hele verden pres på bilproducenterne til at tilbyde stadig mere effektive køretøjer. Hvis konstruktionen af ​​kulfiber falder i pris, kunne vi se ultralette hypercars på vejen inden for de næste par år.

For mere information om hyperbiler, letvægtsbilteknologier og andre relaterede emner, skal du følge linkene på næste side.

Sikkerhed og ydeevne

En masse bilentusiaster grimaser over tanken om effektivitet, mens mange andre mennesker bekymrer sig for, at utroligt lette køretøjer ikke vil gøre et tilstrækkeligt stykke arbejde med at beskytte beboerne. Hypercars er faktisk bedre i begge aspekter end mange kompakte biler i dag. Selvom de har små motorer, kan forholdet mellem vægt og vægt på en hypercar være meget højere end en tung bil med en V8-motor. Dette muliggør imponerende acceleration og endnu mere imponerende håndtering.

Denne smidige håndtering er også en sikkerhedsfunktion. Letvægt er lig med kortere bremseafstand, og når du kombinerer det med præcise undgåelsesmanøvrer, kan hyperbiler potentielt undgå nogle ulykker helt. I tilfælde af kollision kan hyperbiler bruge avancerede energiabsorptionsteknikker. Kulfiber i sig selv har fremragende crashegenskaber, som afbøjer og absorberer en masse kinetisk energi, før det nogensinde kommer til beboerne. Det monocoque (enkeltstykke) carbonfiberchassis, der bruges af nogle hypercars, er også meget stift og tilføjer yderligere beskyttelse. Ud over mere traditionelle sikkerhedsfunktioner som airbags skaber indbyggede knusningszoner, der absorberer stød i nøgleområder, også yderligere beskyttelse.

Relaterede artikler

• Sådan fungerer Aptera Hybrid
• Jaguar XKE Letvægt
• Kan kulfiber løse oliekrisen?
• Sådan fungerer Chevrolet Corvette ZR1
• Tip om hybrid kilometertal
• Kan en bil komme 100 miles pr. Gallon?
• Sådan får du bedre brændstoføkonomi

Flere gode links

• Rocky Mountain Institute
• Hypercars
• Brændstof økonomi

Kilder

• Ball, Jeffrey. "Tilting at Energy Windmills: Amory Lovins mener, at USA kan drastisk skære sit olieforbrug. Sådan er det." Wall Street Journal. 25. juli 2005. (26. juli 2008) http://www.rmi.org/images/PDFs/Energy/E05-07_TiltingAtEnergy.pdf
• Miljøstyrelsen. "Tip til gasstrækning." (26. juli 2008) http://www.fueleconomy.gov/feg/driveHabits.shtml
• Green Car Congress. "Toray, Nissan, Honda Partner på kulfiber til biler." 26. juli 2008. (26. juli 2008) http://www.greencarcongress.com/2008/07/toray-nissan-ho.html
• Hypercars.com. "Hypercars: Ultramoderne, supereffektive biler med høj ydeevne." (26. juli 2008) http://www.hypercars.com/
• Linton, Lascelles. "Fremtidens brændstof med miljøteknologi." Autobloggreen. 20. august 2007. (26. juli 2008) http://www.autobloggreen.com/2007/08/20/liveblogging-eco-tech-future-fuels/
• Skalerede kompositter. "GM Ultralite Show Car." (26. juli 2008) http://www.scaled.com/projects/gmcar.html
• Hjulspind. "Ferdinand Piëch kører 1-liters bil til Volkswagens generalforsamling." 15. april 2002. (26. juli 2008) http://www.ltv-vwc.org.uk/wheelspin //ws_may_2002/vw_bubble_car.htm
• Woodyard, Chris. "Autokomponenter lyser op for at forbedre kilometertal." USA I DAG. 7. oktober 2007. (26. juli 2008) http://www.usatoday.com/money/autos/2007-10-07-lighter-weight_N.htm