- Phillip Hopkins
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-Non importa che tipo di macchina guidi, probabilmente ti piacerebbe ottenere una migliore distanza in miglia del gas. Anche se guidi un veicolo ibrido efficiente, ogni volta che riempi il serbatoio potresti ritrovarti a pensare: "Non sarebbe fantastico se potessi ottenere ancora più chilometri? Ad esempio, più di 100 miglia per gallone (42,5 chilometri per litro) ? " Bene, se un gruppo di ingegneri visionari ha la sua strada, potresti farlo.
Persone come l'esperta di politica energetica Amory Lovins, i designer di un'azienda chiamata Fiberforge e persino gli ingegneri automobilistici della Volkswagen hanno lavorato duramente per creare auto che siano incredibilmente leggere e ultra efficienti. Il risultato: hypercar. Con materiali avanzati e sistemi di alimentazione alternativi, le hypercar non devono sacrificare la sicurezza, le prestazioni o il lusso in nome dell'efficienza dei consumi.
Se pensi che la tecnologia automobilistica sia pronta ad evolversi dopo essere rimasta sostanzialmente la stessa negli ultimi 50 anni, questo articolo spiegherà perché potresti avere ragione. Invece di veicoli multitonnellate con telaio in acciaio alimentati da motori a combustione interna, vi mostreremo auto realizzate con materiali compositi di carbonio che sono più leggeri e più resistenti dell'acciaio, con forme aerodinamiche eleganti e motori incredibilmente efficienti. In effetti, alcune di queste auto sono così efficienti che potresti collegarle e restituire energia alla rete per uno sconto sulla bolletta elettrica. Questo non è solo il futurismo della torta nel cielo. Ti mostreremo alcune hypercar che sono in viaggio oggi.
Se hai intenzione di progettare un'auto super efficiente, la prima cosa che devi fare è capire cosa rende i veicoli attualmente sulla strada così inefficienti: si tratta di un elenco piuttosto lungo. Scopri cosa è in cima alla lista nella pagina successiva.
Contenuti- Sprecare energia
- Ultra leggero e iper efficiente
- Hypercar su strada
Pochi esperti sosterrebbero l'idea che il problema più grande delle auto moderne sia il peso. Secondo l'Environmental Protection Agency (EPA), ogni 100 libbre. (45,36 kg) rimossi da un'auto possono aumentare il consumo di carburante dell'1-2%. Il numero esatto dipende dalle dimensioni del veicolo e del suo motore: più piccola è l'auto, più drammatico è l'aumento del consumo di carburante. Ora, dall'1 al 2 percento potrebbe non sembrare molto, ma si somma. Se potessi rimuovere 2.000 libbre. (907,2 kg) da un'auto, potresti aumentare il tuo chilometraggio fino al 40 percento. Ma i vantaggi non si fermano qui. Se un'auto è progettata da zero per essere circa una tonnellata più leggera, non avrà bisogno di un motore grande per ottenere le stesse prestazioni. La parte più pesante di qualsiasi macchina è solitamente il blocco motore, quindi se puoi usare un motore più piccolo, risparmi ancora più peso. Inoltre, non avrai bisogno di portare con te tanto carburante, poiché quel motore più piccolo brucerà meno. Un gallone di gas pesa circa 6 libbre. (2,72 kg). Se hai un serbatoio del carburante da 20 galloni (75,69 litri) nel tuo SUV, bruci molto carburante senza fare altro che trasportare carburante. Una volta realizzata un'auto notevolmente più leggera, puoi ridurre il peso di molti componenti, inclusi i freni, le sospensioni e persino i pneumatici [fonte: USA TODAY].
L'inefficienza non finisce però con il peso. Molte auto moderne hanno sistemi di condizionamento d'aria molto più potenti di quanto dovrebbero essere per il piccolo spazio chiuso per il raffreddamento. Oltre al peso extra, assorbono una notevole quantità di potenza dal motore.
Gli pneumatici sono un altro punto dolente per l'energia. La maggior parte dei pneumatici non è progettata per ridurre al minimo la resistenza al rotolamento, il che significa che il motore deve spingere ancora più forte per spostare l'auto. La flessione del fianco degli pneumatici spreca ancora più energia. E ogni volta che si preme il freno, una grande quantità di energia viene dissipata sotto forma di calore. Hai indovinato: più perdita di energia.
Infine, mentre molti veicoli hanno forme del corpo aerodinamiche, non tutte le auto hanno un profilo aerodinamico ottimale. Se la resistenza al vento non sembra un grosso problema, pensa a quanta forza spinge indietro la tua mano quando la metti fuori dal finestrino di un'auto in movimento. Ora immagina quella forza che preme contro l'intera superficie anteriore dell'auto.
Qual è l'effetto netto di tutta questa inefficienza? Facciamo un esempio di base: che ne dici della tua tipica spinta al lavoro? Tutto quello che devi fare è spostarti da un punto a un altro, magari insieme a una valigetta o al cestino del pranzo. Eppure, durante il viaggio, trascini con te anche circa due tonnellate di acciaio. Secondo Amory Lovins, il 90 percento dell'energia generata dal motore del tuo veicolo non arriva nemmeno alle ruote, perché la maggior parte viene persa come calore mentre il motore e le parti della trasmissione si sfregano insieme. In definitiva, solo lo 0,3 percento di tutta la potenza che il tuo motore emette viene effettivamente utilizzato per muovere il tuo corpo [fonte: AutoblogGreen].
Ora che sai quali parti delle nostre auto stanno sprecando energia, puoi iniziare a progettare auto che funzionano meglio. Scopri come nella pagina successiva.
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Amory LovinsSe c'è una sola punta di diamante per il movimento dell'ipercar, è Amory Lovins, un ingegnere senza pretese, ambientalista e destinatario di una borsa di studio -MacArthur. La filosofia di utilizzo dell'energia di Lovins è semplice: gli Stati Uniti devono ridurre il consumo energetico complessivo. Il suo Rocky Mountain Institute (RMI) è un think tank dedicato allo sviluppo di tecnologie di banco di prova nella speranza di guidare le grandi aziende su una strada più efficiente dal punto di vista energetico. Negli ultimi anni, una società spin-off di RMI chiamata Hypercar, Inc. è diventata Fiberforge, una società focalizzata sullo sviluppo di prodotti economici per la produzione di massa fibra di carbonio [fonte: The Wall Street Journal].
NegawattsUN negawatt è un'ipotetica unità di energia che non è mai stata generata. Rappresenta un aumento dell'efficienza. Alcune hypercar potrebbero portare il concetto un ulteriore passo avanti. Le hypercar ibride possono utilizzare la frenata rigenerativa per aumentare la carica delle batterie di bordo. L'elevata efficienza dell'auto significa che potresti finire il tuo viaggio con una carica extra nelle batterie. In quel momento collegheresti il tuo veicolo a una presa. Invece di prelevare energia per ricaricare le batterie, consenti alla potenza delle batterie di fluire nella rete. Il tuo contatore elettrico tiene traccia di quanto rimetti nel sistema e la compagnia elettrica ti paga a una tariffa specifica sotto forma di uno sconto sull'elettricità o un assegno, se la tua casa è abbastanza efficiente da avere un consumo energetico complessivo negativo.
Le carrozzerie delle auto da corsa di Formula 1 sono costruite quasi interamente in fibra di carbonio. L'idea di guidare un'auto di F1 per lavorare tutti i giorni potrebbe essere allettante, ma non è molto pratica. Mark Thompson / Getty ImagesRicordando ciò che hai imparato dalla pagina precedente, se dovessi progettare un'auto per essere il veicolo più efficiente in termini di carburante possibile, ma comunque pratico per la guida di tutti i giorni, da dove inizieresti?
Il telaio potrebbe essere un buon punto di partenza. Il telaio in acciaio di un'auto standard è piuttosto pesante. È anche molto forte, quindi se vuoi renderlo più leggero, dovrai trovare qualcosa che possa resistere alle sollecitazioni del trasporto di carichi pesanti e mantenere la capacità di assorbire gli impatti per proteggere gli occupanti. Alcune case automobilistiche hanno già sperimentato con acciaio di qualità superiore, che è più forte dell'acciaio normale, consentendo di utilizzarne meno [fonte: USA TODAY]. Ma se vogliamo davvero tagliare i chili, dobbiamo guardare alla fibra di carbonio. Quando è adeguatamente preparata, la fibra di carbonio è 10 volte più resistente dell'acciaio e pesa molto meno. Sostituire tutto l'acciaio di un'auto con fibra di carbonio può ridurre il peso fino al 40 percento [fonte: Green Car Congress].
La carrozzeria del veicolo è un'altra area in cui è possibile apportare notevoli miglioramenti. La forma dell'auto dovrebbe essere testata in una galleria del vento per assicurarsi che abbia la forma aerodinamica ottimale. Tutto ciò che sporge dalla superficie del veicolo dovrebbe essere semplificato, come specchietti laterali, maniglie delle porte e persino badge del veicolo. Il corpo dovrebbe essere realizzato in fibra di carbonio forte, ma leggera.
Quando si tratta della centrale elettrica del veicolo, il motore, dovrai fare alcune scelte. Esistono diversi modi per alimentare l'auto che sono migliori dei motori a combustione interna, ma quello che scegli dipenderà in gran parte dalla tecnologia che matura più velocemente. Le celle a combustibile a idrogeno emettono solo acqua e potrebbero essere efficienti se si trovasse un metodo pulito ed ecologico per produrre idrogeno. I motori elettrici che funzionano a batterie e si collegano a prese a muro sono tecnicamente i più convenienti una volta che hai fatto i conti per convertire i watt-ora per miglio (watt-ora per chilometro) in miglia per gallone (chilometri per litro) [fonte: Hypercars ]. Ciò è particolarmente vero se si carica nelle ore non di punta e si ha accesso a elettricità pulita, come l'energia eolica o idroelettrica. A volte potresti volere un po 'di autonomia in più o più potenza di quella che può fornire un motore elettrico, quindi potrebbe essere una buona idea usare un motore a combustione molto efficiente. Un blocco di alluminio manterrà il peso basso e probabilmente potresti anche cavartela con tre cilindri considerando quanto è leggera l'auto.
Veicoli sperimentali come questa vettura francese Microjoule possono raggiungere consumi chilometrici estremi (oltre 10.000 mpg, in questo caso), ma l'obiettivo del design dell'ipercar è creare auto efficienti pratiche per l'uso quotidiano. Bryn Lennon / Getty ImagesL'interno è un'area del veicolo spesso trascurata nella riduzione del peso. Ci sono molte opportunità per perdere peso qui. Ad esempio, puoi evitare telai di sedili pesanti realizzando i sedili in fibra di carbonio e persino integrandoli nel telaio. Alcune aree imbottite le renderanno accoglienti e confortevoli, anche senza imbottitura, schiuma e rivestimento in eccesso. Puoi tagliare anche la moquette. Un piccolo compressore farà funzionare il modesto condizionatore d'aria, ma manterrà l'auto molto fresca perché il tetto è isolato e i finestrini sono a doppio vetro. Non c'è il tetto apribile: non solo lascerebbe entrare troppo calore estivo, ma i tettucci apribili aggiungono effettivamente peso a un veicolo e riducono la rigidità del telaio. Vorremo ascoltare la musica mentre guidiamo, ma non abbiamo bisogno di un enorme amplificatore o di altoparlanti fragorosi. Un sistema audio modesto farà risparmiare peso e suonerà comunque alla grande.
Naturalmente, ti consigliamo anche di ricordarti di usare pneumatici a bassa resistenza al rotolamento che permettono all'auto di muoversi agevolmente senza sacrificare la trazione. I fianchi di questi pneumatici sono progettati per essere molto rigidi, quindi non si fletteranno e non sprecheranno energia, una caratteristica che migliora anche la maneggevolezza. Gli pneumatici dovrebbero anche utilizzare la tecnologia run flat in modo da non dover trasportare il peso extra di una ruota di scorta o anche di un martinetto per veicoli pesanti.
Ecco fatto: hai appena progettato la nostra hypercar. Successivamente, diamo un'occhiata alle hypercar che già esistono.
Economia della fibra di carbonioLa fibra di carbonio non è stata ampiamente utilizzata nell'industria automobilistica perché è molto costosa da produrre. Viene utilizzato per i telai e le carrozzerie di alcune auto da corsa e di alcune auto sportive di prezzo molto elevato. La maggior parte è fatta a mano; tuttavia, ciò potrebbe cambiare. Fiberforge, una società creata dal Rocky Mountain Institute di Amory Lovins, ha sviluppato un metodo per la produzione di massa di parti in fibra di carbonio. Le fibre sono intrecciate in nastri, che vengono combinati per formare fogli. I fogli vengono impilati insieme e riscaldati per formare un pannello, quindi posti in una pressa per dargli la forma corretta. L'intero processo richiede circa 10 minuti, un enorme aumento del potenziale di produzione della fibra di carbonio. L'aumento dei costi dell'acciaio potrebbe anche rendere la fibra di carbonio un'opzione più attraente, soprattutto quando viene calcolato l'effetto di bilanciamento dei costi del carburante notevolmente ridotti [fonte: AutoblogGreen].
Lotus ha adottato l'approccio minimalista con il suo modello Elise. Alcuni dei principi della teoria delle ipercar possono essere trovati qui. Kevin Lee / Getty ImagesDiverse aziende hanno prodotto hypercar, sebbene la maggior parte di esse siano concept o veicoli di prova. Non esiste davvero una definizione rigorosa di hypercar: significa semplicemente un'auto progettata per essere molto efficiente, generalmente di diversi ordini di grandezza migliore rispetto alla media delle auto da esposizione. I migliori ibridi disponibili nel 2008 possono raggiungere valori di mpg negli anni '40 (valori di km / h negli anni '70) in condizioni ottimali, il che è eccellente, ma non del tutto materiale hypercar.
È interessante notare che alcune aziende praticano la teoria dell'ipercar da decenni, anche se non l'hanno portata agli estremi necessari per raggiungere 100 mpg (160,93 km / l) o più. Lotus è un'azienda britannica nota per le sue auto leggere e agili ad alte prestazioni come l'Elise. La loro filosofia di design prevede di eliminare tutto ciò che non è necessario per mantenere il peso minimo. Ciò conferisce alla Elise un'eccellente maneggevolezza e un'accelerazione sorprendente, anche con un motore a quattro cilindri. Le Smart Cars incorporano anche i principi dell'ipercar, con un design piccolo e leggero destinato al trasporto di persone nelle aree urbane.
Il Rocky Mountain Institute ha sviluppato una hypercar che chiamano Hypercar Revolution. Il suo design è simile all'ipotetica hypercar che abbiamo progettato nella pagina precedente. L'Hypercar RMI è un piccolo SUV / crossover che può ospitare cinque adulti e può trainare mezza tonnellata su un ripido pendio, ma è un veicolo ultralite.
La Volkswagen ha costruito e testato un'ipercar chiamata L1 nel 2002. È un design radicale che ha la forma dell'abitacolo di un jet da combattimento. C'è spazio per il guidatore e un passeggero seduto direttamente dietro il guidatore, più un piccolo carico. Il portello si apre lateralmente e l'interno, sebbene stretto, sembra essere confortevole. La L1 è alimentata da un motore diesel monocilindrico e può guidare per 100 chilometri (62,14 miglia) con un solo litro (0,26 galloni) di carburante, da cui il nome [fonte: Wheelspin].
General Motors e Scaled Composites hanno creato l'Ultralite, un'auto dimostrativa tecnologica realizzata in fibra di carbonio e plastica. Ha dimostrato che tali progetti erano possibili da una casa automobilistica statunitense, ma GM non ha messo in produzione alcuna hypercar [fonte: Scaled Composites]. Daihatsu e Honda hanno anche programmi di sviluppo di hypercar che hanno portato a diversi concept design, ma nella concessionaria locale non è ancora stato presentato nulla.
Tuttavia, i costi energetici in tutto il mondo stanno facendo pressione sulle case automobilistiche per offrire veicoli sempre più efficienti. Se la costruzione in fibra di carbonio scende di prezzo, potremmo vedere hypercar ultraleggere su strada nei prossimi anni.
Per ulteriori informazioni su hypercar, tecnologie automobilistiche leggere e altri argomenti correlati, seguire i collegamenti nella pagina successiva.
Sicurezza e prestazioniMolti appassionati di automobili fanno una smorfia al pensiero dell'efficienza, mentre molte altre persone temono che i veicoli incredibilmente leggeri non faranno un lavoro adeguato per proteggere gli occupanti. Le hypercar sono effettivamente migliori in entrambi gli aspetti rispetto a molte auto compatte oggi in circolazione. Sebbene abbiano motori piccoli, il rapporto peso / potenza di un'ipercar può essere molto più alto di un'auto pesante con motore V8. Ciò consente un'accelerazione impressionante e una maneggevolezza ancora più impressionante.
Quella maneggevolezza è anche una caratteristica di sicurezza. Il peso leggero equivale a spazi di frenata più brevi e, combinando questo con manovre di evitamento di precisione, le hypercar possono potenzialmente evitare del tutto alcuni incidenti. In caso di collisione, le hypercar possono utilizzare tecniche avanzate di assorbimento dell'energia. La stessa fibra di carbonio ha eccellenti proprietà d'urto, deviando e assorbendo molta energia cinetica prima che arrivi agli occupanti. Anche il telaio in fibra di carbonio monoscocca (pezzo unico) utilizzato da alcune hypercar è molto rigido, aggiungendo ulteriore protezione. Oltre alle caratteristiche di sicurezza più tradizionali come gli airbag, le zone di schiacciamento integrate che assorbono gli impatti in aree chiave creano anche una protezione aggiuntiva.
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Altri ottimi link
- Rocky Mountain Institute
- Hypercars
- Risparmio di carburante
fonti
- Palla, Jeffrey. "Tilting at Energy Windmills: Amory Lovins crede che gli Stati Uniti possano ridurre drasticamente il consumo di petrolio. Ecco come". Il giornale di Wall Street. 25 luglio 2005 (26 luglio 2008) http://www.rmi.org/images/PDFs/Energy/E05-07_TiltingAtEnergy.pdf
- Agenzia per la protezione ambientale. "Suggerimenti per il chilometraggio del gas". (26 luglio 2008) http://www.fueleconomy.gov/feg/driveHabits.shtml
- Green Car Congress. "Toray, Nissan, Honda Partner per la fibra di carbonio per auto." 26 luglio 2008. (26 luglio 2008) http://www.greencarcongress.com/2008/07/toray-nissan-ho.html
- Hypercars.com. "Hypercar: auto ultramoderne, super efficienti e ad alte prestazioni." (26 luglio 2008) http://www.hypercars.com/
- Linton, Lascelles. "Eco-tech Future Fuels". AutoblogGreen. 20 agosto 2007. (26 luglio 2008) http://www.autobloggreen.com/2007/08/20/liveblogging-eco-tech-future-fuels/
- Compositi in scala. "GM Ultralite Show Car". (26 luglio 2008) http://www.scaled.com/projects/gmcar.html
- Wheelspin. "Ferdinand Piëch guida un'auto da 1 litro all'AGM della Volkswagen." 15 aprile 2002 (26 luglio 2008) http://www.ltv-vwc.org.uk/wheelspin//ws_may_2002/vw_bubble_car.htm
- Woodyard, Chris. "I componenti delle auto si alleggeriscono per migliorare il chilometraggio." USA OGGI. 7 ottobre 2007. (26 luglio 2008) http://www.usatoday.com/money/autos/2007-10-07-lighter-weight_N.htm