Hvordan Hypercars fungerer

Hva gjør kjøretøyene våre så ineffektive? Se konseptbilbilder. Justin Sullivan / Getty Images

-Nei, hva slags bil du kjører, vil du sannsynligvis elske å få bedre gass kjørelengde. Selv om du kjører et effektivt hybridkjøretøy, kan du tenke deg at hver gang du fyller tanken: "Ville det ikke være bra om jeg kunne fått enda mer kjørelengde? Som mer enn 100 miles per gallon (42,5 kilometer per liter) ?" Vel, hvis en gruppe visjonære ingeniører har det, kan du bare gjøre det.

Folk som energipolitisk ekspert Amory Lovins, designere i et selskap som heter Fiberforge og til og med bilingeniører på Volkswagen, har vært harde på å prøve å lage biler som er utrolig lette og ultraeffektive. Resultatet: hypercars. Med avanserte materialer og alternative drivstoffsystemer trenger ikke hyperbiler å ofre sikkerhet, ytelse eller luksus i navnet på drivstoffeffektivitet.

Hvis du tror bilteknologien er klar til å utvikle seg etter å ha holdt seg den samme de siste 50 årene, vil denne artikkelen forklare hvorfor du kan ha rett. I stedet for stålrammer med flere tonns kjøretøyer drevet av forbrenningsmotorer, viser vi deg biler laget av karbonkomposittmaterialer som er lettere og sterkere enn stål, med slanke aerodynamiske former og utrolig effektive motorer. Faktisk er noen av disse bilene så effektive at du kan koble dem til og returnere strøm til nettet for å få en rabatt på strømregningen. Dette er ikke bare kake i himmelen futurisme, heller. Vi viser deg noen hypercars som er på vei i dag.

Hvis du planlegger å designe en supereffektiv bil, er det første du trenger å gjøre å finne ut hva som gjør kjøretøyene som er på veien så ineffektive - det viser seg å være en ganske lang liste. Finn ut hva som topper listen på neste side.

innhold

1. Kaste bort energi
2. Ultra lett og hypereffektiv
3. Hypercars on the Road

Mye energi (og penger) sløses bort bare ved å bære drivstoff. Noel Hendrickson / Getty Images

Få eksperter vil hevde med ideen om at det største problemet med moderne biler er vekt. I følge Environmental Protection Agency (EPA) er hver 100 pund. (45,36 kg) fjernet fra en bil kan øke drivstoffkilometeret med 1 til 2 prosent. Det nøyaktige antallet avhenger av størrelsen på kjøretøyet og motoren - jo mindre bilen er, jo mer dramatisk er økningen i drivstoffkilometeret. Nå høres kanskje ikke 1 til 2 prosent ut som mye, men det legger opp. Hvis du kan fjerne 2000 pund. (907,2 kg) fra en bil, kan du øke kjørelengden med opptil 40 prosent. Men fordelene stopper ikke der. Hvis en bil er designet fra grunnen til å være omtrent ett tonn lettere, trenger den ikke en stor motor for å oppnå samme ytelse. Den tyngste delen av bilen er vanligvis motorblokken, så hvis du kan bruke en mindre motor, sparer du enda mer vekt. På toppen av alt det, trenger du ikke å bære rundt så mye drivstoff, siden den mindre motoren vil brenne mindre. En liter bensin veier omtrent 6 kg. (2,72 kg). Hvis du har en drivstofftank på 20 gallon (75,69 liter) i SUV-en din, forbrenner du mye drivstoff og oppnår ikke annet enn å bære drivstoff. Når du har gjort en bil lettere, kan du redusere vekten til mange komponenter, inkludert bremser, fjæring og til og med dekkene [kilde: USA I DAG].

Ineffektiviteten ender imidlertid ikke med vekt. Mange moderne biler har klimaanlegg som er langt kraftigere enn de trenger for den lille lukkede plassen de er designet for å avkjøle. I tillegg til ekstra vekt, trekker de en betydelig mengde kraft fra motoren.

Dekk er et annet ømt sted. De fleste dekk er ikke designet for å minimere rullemotstand, noe som betyr at motoren må presse enda hardere for å bevege bilen. Sideveggs flex i dekkene sløser med enda mer energi. Og hver gang du treffer bremsene, blir en stor mengde energi forsvunnet som varme. Du gjettet det - mer energitap.

Til slutt, mens mange kjøretøyer har aerodynamiske karosseriformer, har ikke hver bil en optimal aerodynamisk profil. Hvis vindmotstand ikke virker som en stor avtale, bør du tenke på hvor mye kraft som skyver tilbake på hånden din når du stikker den ut av vinduet på en bil i bevegelse. Forestill deg den kraften som trykker mot hele frontflaten på bilen.

Hva er nettoeffekten av all denne ineffektiviteten? La oss bruke et grunnleggende eksempel - hva med den typiske stasjonen til å fungere? Alt du trenger å oppnå er å flytte deg fra et punkt til et annet, sammen med kanskje en koffert eller matpakke. Likevel, på kjøreturen dit, drar du også rundt to tonn stål sammen med deg. I følge Amory Lovins kommer 90 prosent av energien som genereres av motoren i kjøretøyet aldri en gang til hjulene, fordi det meste av det går tapt så varme som motoren og drivhjulsdelene gnir sammen. Til syvende og sist brukes bare 0,3 prosent av all kraften motoren din bruker for å bevege kroppen din [kilde: AutoblogGreen].

Nå som du vet hvilke deler av bilene våre som sløser med energi, kan du jobbe med å designe biler som gjør det bedre. Finn ut hvordan på neste side.

-

Amory Lovins

Hvis det er et eneste spydspiss for bevegelsen i hyperbil, er det Amory Lovins, en upretensiøs ingeniør, miljøvern og mottaker av et -MacArthur Fellowship. Lovins 'filosofi om energibruk er enkel: USA må redusere det samlede energiforbruket. Hans Rocky Mountain Institute (RMI) er en tenketank viet til å utvikle test-bed-teknologier i håp om å lede store selskaper nedover en mer energieffektiv vei. De siste årene ble et RMI-spinoff-selskap kalt Hypercar, Inc. Fiberforge, et selskap som fokuserte på utvikling av billig masseproduserbar karbonfiber [kilde: The Wall Street Journal].

Negawatts

EN negawatt er en hypotetisk energienhet som aldri ble generert. Det representerer en økning i effektiviteten. Noen hypercars kan ta konseptet et skritt videre. Hybridkjøretøyer kan bruke regenerativ bremsing for å øke ladningen i ombordbatteriene. Bilens høye effektivitet betyr at du kan avslutte turen med ekstra juice i batteriene. Det var da du koblet bilen til et stikkontakt. I stedet for å trekke strøm for å lade batteriene, lar du strømmen fra batteriene strømme inn i nettet. Den elektriske måleren din sporer hvor mye du legger tilbake i systemet, og elselskapet betaler deg til en spesifisert pris i form av en strømrabatt, eller en sjekk, hvis huset ditt er effektivt nok til å ha generell negativ energibruk.

Formel 1 racerbillegemer er konstruert nesten utelukkende av karbonfiber. Tanken på å kjøre en F1-bil til jobb hver dag kan være tiltalende, men den er ikke veldig praktisk. Mark Thompson / Getty Images

Husker du det du har lært fra forrige side, hvis du skulle utforme en bil til å være det mest drivstoffeffektive kjøretøyet som mulig, men likevel praktisk for hverdagskjøring, hvor vil du starte?

Chassiset kan være et bra sted å begynne. Stålrammen til en standardbil er ganske tung. Den er også veldig sterk, så hvis du vil gjøre den lettere, må du finne noe som tåler belastningen ved å bære tunge belastninger og beholde muligheten til å absorbere støt for å beskytte beboerne. Noen bilprodusenter har allerede eksperimentert med stål av høyere kvalitet, som er sterkere enn vanlig stål, slik at mindre av det kan brukes [kilde: USA I DAG]. Men hvis vi virkelig vil kutte kiloene, må vi se på karbonfiber. Når den er riktig forberedt, er karbonfiber 10 ganger så sterk som stål og veier mye mindre. Bytte ut alt stål i en bil med karbonfiber kan redusere vekten med opptil 40 prosent [kilde: Green Car Congress].

Kjøretøyets karosseri er et annet område der det kan gjøres betydelige forbedringer. Formen på bilen bør testes i en vindtunnel for å sikre at den har den optimale aerodynamiske formen. Alt som stikker ut fra kjøretøyets overflate, bør strømlinjeformes, for eksempel sidespeil, dørhåndtak og til og med bilmerking. Kroppen skal være laget av sterk, men likevel lett karbonfiber.

Når det gjelder kjøretøyets kraftverk - motoren - må du ta noen valg. Det er flere måter å drive bilen som er bedre enn forbrenningsmotorer, men den du velger vil i stor grad avhenge av teknologien som modnes raskest. Hydrogenbrenselceller avgir bare vann, og de kan være effektive hvis det blir funnet en ren og grønn metode for å produsere hydrogen. Elektriske motorer som kjører på batterier og plugges inn i vegguttak er teknisk sett de mest kostnadseffektive når du gjør regnestykket med å konvertere wattimer per kilometer (wattimer per kilometer) til miles per gallon (kilometer per liter) [kilde: Hypercars ]. Det er spesielt sant hvis du lader i høysetetid og har tilgang til ren strøm, for eksempel vind- eller vannkraft. Noen ganger vil du kanskje ha litt ekstra rekkevidde eller mer krefter enn en elektrisk motor kan gi, så det kan være en god ide å bruke en veldig effektiv forbrenningsmotor. En aluminiumsblokk vil holde vekten lav, og du kan sannsynligvis til og med klare deg med tre sylindere med tanke på hvor lett bilen er.

Eksperimentelle kjøretøyer som denne franske Microjoule-bilen kan oppnå ekstrem drivstoffkilometer (over 10 000 mpg, i dette tilfellet), men målet med hyperbilsdesign er å lage effektive biler praktiske til daglig bruk. Bryn Lennon / Getty Images

Interiøret er et område av kjøretøyet som ofte overses i vektreduksjon. Det er mange muligheter for vekttap her. For eksempel kan du unngå tunge seterammer ved å lage setene av karbonfiber og til og med integrere dem i chassiset. Noen få polstrede områder vil gjøre dem tette og komfortable, selv uten overflødig polstring, skum og møbeltrekk. Du kan også kutte ned teppet. En liten kompressor vil kjøre den beskjedne klimaanlegget, men den vil holde bilen veldig kjølig fordi taket er isolert og vinduene er dobbeltpanet. Det er ikke noe taktak - ikke bare vil det slippe inn for mye sommervarme, men taktak legger faktisk vekt på et kjøretøy, og reduserer chassisets stivhet. Vi vil høre på musikk mens vi kjører, men vi trenger ikke en enorm forsterker eller dundrende høyttalere. Et beskjedent lydsystem vil spare vekt og høres fremdeles bra ut.

Selvfølgelig vil du også huske å bruke lav-rullende motstand dekk som lar bilen bevege seg lett uten å ofre trekkraft. Sideveggene til disse dekkene er designet for å være veldig stive, slik at de ikke vil bøye og kaste bort energi - en funksjon som forbedrer håndteringen også. Dekkene bør også bruke kjørt flat teknologi, slik at du ikke trenger å bære den ekstra vekten til et reservedekk eller til og med en tung biljekk.

Der har du det - du har nettopp designet vår egen hyperbil. La oss deretter se på hypercars som allerede eksisterer.

Karbonfiberøkonomi

Karbonfiber har ikke sett bred bruk i bilindustrien fordi det er veldig dyrt å lage. Det brukes til rammer og karosserier på noen racerbiler og visse sportslige biler som er veldig dyre. Det meste er håndlaget; Det kan imidlertid være i endring. Fiberforge, et selskap opprettet av Amory Lovins 'Rocky Mountain Institute, har utviklet en metode for masseprodusering av karbonfiberdeler. Fibrene er vevd inn i bånd, som kombineres for å danne ark. Arkene blir stablet sammen og oppvarmet for å danne et panel, og deretter plassert i en presse for å forme det til riktig form. Hele prosessen tar omtrent 10 minutter - en enorm økning i karbonfiberens produksjonspotensial. Stigende stålkostnader kan også gjøre karbonfiber til et mer attraktivt alternativ, spesielt når balanseringseffekten av sterkt reduserte drivstoffkostnader beregnes [kilde: AutoblogGreen].

Lotus har tatt den minimalistiske tilnærmingen med Elise-modellen. Noen av prinsippene for hyperbil-teori finner du her. Kevin Lee / Getty Images

Flere selskaper har produsert hyperbiler, selv om de fleste av dem er konsepter eller testkjøretøyer. Det er virkelig ingen streng definisjon av hyperbil - det betyr ganske enkelt en bil designet for å være veldig effektiv, vanligvis flere størrelsesordrer bedre enn din gjennomsnittlige utstillingsbil. De beste hybridene som er tilgjengelige i 2008, kan oppnå mpg-karakterer på 40-tallet (km / t-rangering på 70-tallet) under optimale forhold, noe som er utmerket, men ikke helt hyperbil-materiale.

Interessant er at noen selskaper har praktisert hyperbil-teori i flere tiår, selv om de ikke har tatt den til ytterlighetene som er nødvendige for å oppnå 100 mpg (160,93 km / l) eller mer. Lotus er et britisk selskap kjent for sine lette, smidige høyytelsesbiler som Elise. Designfilosofien deres innebærer å fjerne noe unødvendig for å holde vekten minimal. Dette gir Elise utmerket håndtering og utrolig akselerasjon, selv med en firesylindret motor. Smart Cars har også hyperbilprinsipper, med en liten, lett design beregnet på å frakte mennesker i urbane områder.

Rocky Mountain Institute utviklet en hyperbil de kaller Hypercar Revolution. Designet ligner på den hypotetiske hyperbilen vi designet på forrige side. RMI Hypercar er en liten SUV / crossover som har plass til fem voksne og kan slepe et halvt tonn opp en bratt skråning, men det er et ultralitt kjøretøy.

Volkswagen bygde og testet en hyperbil kalt L1 i 2002. Det er en radikal design som er formet som cockpiten til en jagerfly. Det er plass til sjåføren og en passasjer som sitter rett bak sjåføren, pluss litt last. Luka svinger opp sideveis, og interiøret, mens det er stramt, ser ut til å være behagelig. L1 drives av en en-sylindret dieselmotor og kan kjøre 100 kilometer på en enkelt liter (0,26 gallon) drivstoff - derav navnet [kilde: Wheelspin].

General Motors and Scaled Composites skapte Ultralite, en teknologidemonstrasjonsbil laget av karbonfiber og plast. Det beviste at slike design var mulig av en amerikansk bilprodusent, men GM har ikke satt noen hyperbiler i produksjon [kilde: Scaled Composites]. Daihatsu og Honda har også utviklingsprogrammer for biler som har resultert i flere konseptutforminger, men ingenting har dukket opp hos det lokale forhandleret ennå.

Likevel legger energikostnader over hele verden press på bilprodusentene for å tilby stadig mer effektive biler. Hvis konstruksjonen av karbonfiber synker i pris, kan vi se ultralette hypercars på veien i løpet av de neste årene.

For mer informasjon om hyperbiler, lette bilteknologier og andre relaterte emner, følg lenkene på neste side.

Sikkerhet og ytelse

Mange bilentusiaster skriker over tanken på effektivitet, mens mange andre mennesker bekymrer seg for at utrolig lette kjøretøyer ikke vil gjøre en tilstrekkelig jobb med å beskytte beboerne. Hypercars er faktisk bedre i begge aspekter enn mange kompakte biler på veien i dag. Selv om de har små motorer, kan vekt-vekt-forholdet til en hyperbil være mye høyere enn en tung bil med en V8-motor. Dette gir imponerende akselerasjon og enda mer imponerende håndtering.

At smidig håndtering er også en sikkerhetsfunksjon. Lett vekt tilsvarer kortere bremseavstand, og når du kombinerer det med nøyaktige unngåelsesmanøvrer, kan hyperbiler potensielt unngå noen ulykker helt. I tilfelle kollisjon, kan hyperbiler bruke avanserte teknikker for energiabsorpsjon. Karbonfiber i seg selv har utmerkede krasjegenskaper, som avleder og absorberer mye kinetisk energi før den noen gang kommer til beboerne. Det monocoque (endelte) karbonfiberchassiset som brukes av noen hyperbiler er også veldig stivt og gir ytterligere beskyttelse. I tillegg til mer tradisjonelle sikkerhetsfunksjoner som kollisjonsputer, gir innebygde knusesoner som absorberer støt i viktige områder også ekstra beskyttelse.

Relaterte artikler

• Slik fungerer Aptera Hybrid
• Jaguar XKE lett
• Kan karbonfiber løse oljekrisen?
• Hvordan Chevrolet Corvette ZR1 fungerer
• Tips om hybrid kjørelengde
• Kan en bil få 100 miles per gallon?
• Hvordan få bedre drivstofføkonomi

Flere gode lenker

• Rocky Mountain Institute
• Hypercars
• Drivstofføkonomi

kilder

• Ball, Jeffrey. "Tilting at Energy Windmills: Amory Lovins tror USA kan drastisk redusere oljeforbruket. Slik gjør du det." Wall Street Journal. 25. juli 2005. (26. juli 2008) http://www.rmi.org/images/PDFs/Energy/E05-07_TiltingAtEnergy.pdf
• Miljøvernbyrået. "Tips for gass kjørelengde." (26. juli 2008) http://www.fueleconomy.gov/feg/driveHabits.shtml
• Green Car Congress. "Toray, Nissan, Honda Partner på karbonfiber for biler." 26. juli 2008. (26. juli 2008) http://www.greencarcongress.com/2008/07/toray-nissan-ho.html
• Hypercars.com. "Hypercars: Ultramoderne, supereffektive biler med høy ytelse." (26. juli 2008) http://www.hypercars.com/
• Linton, Lascelles. "Miljøtekniske fremtidige drivstoff." Autobloggreen. 20. august 2007. (26. juli 2008) http://www.autobloggreen.com/2007/08/20/liveblogging-eco-tech-future-fuels/
• Skalerte kompositter. "GM Ultralite Show Car." (26. juli 2008) http://www.scaled.com/projects/gmcar.html
• Hjulspinn. "Ferdinand Piëch kjører 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. "Auto-komponenter lyser opp for å forbedre kjørelengden." USA I DAG. 7. oktober 2007. (26. juli 2008) http://www.usatoday.com/money/autos/2007-10-07-lighter-weight_N.htm