Téměř podle všeho jsou doby hojně levného benzínu pryč. Ale nejsme nutně odsouzeni k únavě z ceny paliva na věčnost. Do roku 2025 je docela možné, že průměrný osobní automobil bude schopen ujet více než 50 mil na galon (21,3 kilometrů na litr) – pokud vůbec bude jezdit na konvenční palivo.
Dosáhnout této značky nepřijde snadno ani levně. Naštěstí mají inženýři a vědci, kteří mají za úkol zefektivnit automobily, několik triků v společném rukávu.
Jednou z největších dostupných oblastí, ve které lze dosáhnout zisků, je snižování hmotnosti osobních a nákladních automobilů – široká disciplína známá jako automobilové odlehčení. Lightweighting se snaží snížit kila z celkové hmotnosti vozidla pomocí pokročilých materiálů, důmyslné konstrukce a nových systémů. Odhaduje se, že každých 10 procent snížení hmotnosti vede ke snížení spotřeby paliva o 6 až 7 procent. Takže i malá úspora hmotnosti – vynásobená tisíci dílů na typickém vozidle – může navýšit značné částky.
Tento trend ve skutečnosti probíhá již desítky let:Průměrný sedan dnes váží 3 000 liber (1 361 kilogramů), ve srovnání s 4 500 librami (2 041 kilogramy) před 30 lety. A to i přes neustálý růst věcí, bezpečnostních prvků a pohodlí pro tvory, díky kterým se naše vozidla v průběhu let stala jako kolejové domy a kanceláře. Pokračování ve zlehčování vozidel závisí na inteligentních přístupech k odlehčení jejich součástí.
Na několika příštích stránkách pokryjeme pět nejchytřejších inovací, které vzniknou a v některých případech právě nyní odlehčují automobilové díly.
ObsahMezi nejtěžší části auta nebo kamionu patří ty, které tvoří jeho „srdce“ — motor. Předměty v motorovém prostoru, jako je blok motoru, písty, klikový hřídel a různé příslušenství, jsou vyrobeny z vysoce pevných, žáruvzdorných kovů. Musí být, aby vydržely ohromné namáhání a teploty vytvářené silou tisíců řízených explozí za minutu, které se odehrávají pod kapotou.
Kompromisem této odolnosti je, že tradiční motory jsou extrémně těžké – několik set liber v případě typického osobního automobilu.
Jakmile motor běží, musí přenést svou rotační energii z motorového prostoru na kola alespoň ve dvou ze čtyř rohů vozu. K tomu je zapotřebí převodovka, hnací nápravy a další díly, které zvyšují hmotnost a neefektivnost.
Elektromotory umístěné přímo na náboji jednotlivého kola eliminují potřebu mnoha těch objemných a na údržbu náročných dílů na běžném voze. Tyto motory pak řídí počítač, který je nasměruje k roztočení kol podle potřeby. Michelin a automobilová společnost Venturi udělaly s touto technologií velký úspěch v roce 2010, když předvedly systém aktivních kol Michelin na nápadně vyhlížejícím konceptu Venturi Volage. Nejen, že obsahoval elektromotory v kolech, ale také výkonný elektrický brzdový systém a aktivní odpružení (také uvnitř náboje kola)!
Kromě designu samotných dílů je docela důležité, z čeho jsou vyrobeny. Přejděte na další stránku a přečtěte si o chytrých materiálech, díky kterým jsou díly automobilů lehčí.
V jedné z nejslavnějších filmových linií všech dob pronesl „Pan McGuire“ (Walter Brooke) to, co se stalo klasickou radou „Benjaminovi“ (tehdy s čerstvou tváří Dustin Hoffman) ve filmu „The Graduate:“ z roku 1967:" "Chci ti říct jen jedno slovo... plasty. Plasty mají velkou budoucnost, budeš o tom přemýšlet?"
O desítky let později se rady pana McGuire ukázaly nejen jako prorocké, ale také pozoruhodně trvalé. Plast se v nějaké podobě objevuje téměř na každém předmětu, který kupujeme, od obalu až po samotný předmět. Dokonce i dnes vědci hledají způsoby, jak vyrobit plasty všestrannějšími, pevnějšími a schopnějšími odolat extrémnějším podmínkám.
Jedna společnost, Polimotor, zašla tak daleko, že navrhla a vyrobila plastové motory, přičemž si nárokuje 30procentní úsporu hmotnosti oproti tradičním celokovovým motorům.
V blízké budoucnosti však stále pravděpodobně uvidíte plast na konvenčních místech, jen více.
Kromě částí interiéru, jako jsou obložení, knoflíky, konzoly a panely, které jsou vyrobeny z plastu, se také používá pro přední a zadní nárazníky, boční prahy a kryty zrcátek.
Nemusí to být příliš daleko, že uvidíte každodenní sériová vozidla, jejichž celé vnější karoserie jsou vyrobeny z plastu, pominou hliník nebo ocel, které se obvykle používají pro panely karoserie.
Dokonce bychom mohli najít dobré využití pro některé z odhadovaných 2,5 milionu tun plastových lahví na vodu, které se každý rok vyhodí:Koncept Hyundai QarmaQ se jako příklad může pochlubit tělem vyrobeným v podstatě z recyklovaných plastových lahví na vodu. Existuje ještě další „zázračný materiál“, který zmírní část zátěže způsobené ocelovými díly a zároveň poskytne stejnou nebo lepší pevnost. Přečtěte si o tom vše na další stránce.
Karbonové vlákno rozhodně není na automobilové scéně žádným nováčkem. Tato technologie vyšlechtěná z leteckého průmyslu, poté použitá v automobilových závodech k odlehčení vozidel na dráze, se tato technologie přesunula ke speciálnímu použití na trhu s náhradními díly.
Mezi davem výkonných „tunerů“ je odznakem statusu přišroubovat kapoty z uhlíkových vláken, spoilery a dokonce i panely karoserie s nelakovanými kusy a viditelným karbonovým výpletem.
Stručně řečeno, uhlíkové vlákno se skládá z vláken uhlíkových atomů zformovaných do vláken, která jsou následně tkaná do snadno formovatelné látky. Když se plechy namočí do speciální pryskyřice, nanesou do formy nebo formy a nechají se vytvrdit, výsledný produkt může být pevný jako ocel, ale s poloviční hmotností (a o 30 procent lehčí než hliník). Funguje velmi podobně jako sklolaminát, ale poskytuje mnohem vyšší pevnost.
Tak proč už uhlíková vlákna nevidíme všude? Náklady. Zdlouhavý a složitý cyklus výroby dílů z uhlíkových vláken způsobuje, že jejich výroba je mnohonásobně dražší než výroba podobných dílů vyrobených z oceli nebo dokonce z lehkých kovů, které jsou dražší než ocel.
Po dlouhou dobu by úspory paliva, které by si kupující auta užívali v důsledku lehčích dílů z uhlíkových vláken, finančně neospravedlňovaly dodatečné náklady z nepoužívání oceli.
Řada výrobců automobilů, zejména Lexus a BMW, pracuje na tom, aby to změnila intenzivním výzkumem vývoje způsobů, jak snížit náklady na výrobu uhlíkových vláken pro vozidla. Lexus například vyvinul pozoruhodný trojrozměrný robotický tkalcovský stav schopný tkát nejen ploché pláty uhlíkových vláken, ale také zakřivené kusy již vytvarované podle obrysů konkrétních částí karoserie.
Jak má výrobce automobilů „dostat olovo“ z hlediska hmotnosti, když se vozidla spoléhají na baterie (tradičně těžké olověné kyselinové) k zajištění mnoha elektrických potřeb vozidla? Ještě před několika lety byly olověné baterie dodavatelem šťávy pro elektromobily – především proto, že to bylo vše, co bylo snadno dostupné.
Pak přišly nikl-metal hydridové (NiMH) baterie, které byly lehčí a stále schopné nabít silný náboj – a široce používané v hybridních vozidlech.
Výrobci automobilů sází na hybridní a plně elektrická vozidla, která jim v budoucnu pomohou splnit vládou nařízené požadavky na dojezd. Ale i NiMH baterie postrádají kapacitu pro ukládání energie, aby prakticky splnily očekávání spotřebitelů. Je to kvůli vlastnosti zvané „hustota energie“. V současné době nejsou baterie schopny udržet stejný energetický „úder“ pro danou hmotnost jako fosilní paliva.
Vstupte do lithium-iontových baterií, které mají vyšší hustotu energie než olovo nebo nikl-metal hydrid. Dlouho poháněly bezdrátové elektrické nářadí a přenosné počítače, ale také trpěly ošklivou zálibou v explozi, když se příliš zahřály. I když jsou tyto katastrofické poruchy poněkud vzácné, vyskytly se dostatečně často, aby vyvolaly velké obavy, například když by mohly způsobit požár spotřebitelských notebooků. Také nechávali velké výrobce automobilů na pochybách, zda je nasadí do sériově vyráběných vozidel, dokud nebudou možné chyby vyřešit.
Přesto společnosti jako Tesla považovaly za vhodné je nasadit do svého rychlého, elegantního elektrického sportovního vozu Roadster – který podle všeho podával fenomenální výkon.
A čas, aby se lithium-iontové autobaterie staly běžnějšími, se rychle blíží. Výzkumníci MIT například našli způsob, jak zkrátit doby opětovného nabíjení a učinit lithium-iontové baterie stabilnějšími (pomocí niklu namísto kobaltu spolu s hlavním prvkem lithiem). Díky tomuto a dalším pokrokům se zdá, že lehké lithium bude hrát hlavní roli v pomoci autům udržet si v budoucnu kila pryč.
Obvykle, když lidé mluví o „elektrickém vozidle“, mají na mysli skutečnost, že má elektrický motor, který otáčí kola. Tato fráze má ale ještě další význam – může se také vztahovat na vozy, které nahrazují těžké a objemné mechanické spoje lehčími, menšími elektrickými součástmi. Tyto elektrické a elektronické komponenty, běžně označované jako „drive-by-wire“ nebo „x-by-wire“, lze použít k přesnějšímu ovládání odezvy plynu, řízení a dokonce i brzdění.
Tato konkrétní technologie si nárokuje linii ze stíhaček. Fly-by-wire získal svůj křest ohněm, doslova, když byl použit jako jediný způsob ovládání pro F-16 Fighting Falcon, který debutoval již v roce 1978. Obezřetní piloti zpočátku vtipně přezdívali „Elektrický proudový letoun“. nakonec získal přezdívku "Viper" spolu s respektem pilotů, jak se opakovaně osvědčil v boji.
"By-wire" ovládání se začalo používat ve vojenských i komerčních letadlech a nakonec v automobilovém průmyslu.
Vzhledem k tomu, že ovládací prvky by-wire zabírají méně místa, znamená to, že autodesignéři mohou poskytnout více pohodlí tvorům, jako je lepší prostor pro nohy a hlavu, a celkově mohou dělat méně konstrukčních kompromisů. A protože váží méně, systémy by-wire umožňují vozidlům, na kterých jsou nainstalovány, jet rychleji, dále nebo obojí.
Ne každému vyhovuje myšlenka přejít na plně elektronické systémy. Co když přece jen trpí chybným programováním, stejně jako software, který někdy používáme na našich počítačích? Poslední věc, kterou chcete, je počítačová závada, která vám brání použít brzdy, když je opravdu potřebujete.
Ve skutečnosti se mechanické systémy opotřebovávají, lámou a mají také další problémy. Stejně jako u mnoha jiných automobilových inovací může být jen otázkou času, kdy lidé přijmou novější technologii řízení jako „normální“, jakmile se osvědčí stále širším používáním.
