Як виглядатиме автомобіль майбутнього через 25 років? Чи буде існувати двигуни внутрішнього згоряння? Дізнайтеся про майбутнє для наших машин.
Автомобіль майбутнього – це виключно безпілотна машина? – Ніт!
Заспокойтеся: через чверть століття ті з нас, хто полюбляють водіння – все ще будуть крутити руль, натискати педалі та переключати коробку передач з допомогою наших власних кінцівок, які управлятимуться сигналами з нашого мозку.
Водночас життя виробників швидких машин не буде легшим. З роками виробники піддаються все більш інтенсивному законодавчому тиску, щоб поліпшити безпеку та ефективність і зменшити забруднення. Водночас вони стикаються з тиском своїх акціонерів, щоб продати більше автомобілів і зробити їх дешевшими.
Будьте впевнені, що виробники автомобілів не є фанатами того, щоб змусити нас дозволити машинам робити всю роботу самостійно. Більшість виробників покладаються на сильний емоційний зв’язок з водіями, щоб продавати свої останні моделі. Як водії ми пов’язані з нашими залізними друзями безліччю способів: нам подобається як вони виглядають, їх запах, як вони відчуваються, як вони економлять час та гроші, але також як вони їдуть.
Більшість водіїв не зацікавлені в тому, щоб сісти в автономний ящик на колесах і вийти на іншому кінці своєї подорожі, не роблячи жодного внеску в процес пересування.
Водночас спорткар майбутнього може виглядати трохи інакше за сьогодняшній – він буде запакований новітніми технологіями, що тільки зараз з’являються на наших радарах.
Здатність автомобіля збуджувати, розважати та захоплювати не відійде в історію. По правді кажучи, передбачення розвитку автомобільної промисловості – це надто складне завдання завдяки численним змінам і інтенсивності цих змін сьогодні.
Проте ми все ж спробує надати картину яким буде автомобіль майбутнього.
Який двигун матиме автомобіль майбутнього?
Коли ми будемо вже в 2040 році, «більшість автомобілів будуть електрифіковані, а двигун внутрішнього згорання більше не може бути основною тяговою силою. Відсили його роль полягатиме в підтримці електромотору», говорить головний технічний та інноваційний директор Ricardo, Невілл Джексон. У цьому випадку, двигун буде меншим, покращеним з допомогою турбокомпресора або електричної системи. Буде переосмислена повністю ідея його ефективності.
Сьогодні тільки близько 20-30% палива, що спалюється в двигуні перетворюється на енергію. Ricardo має багато ідей щодо пристроїв для відновлення теплової енергії, яка зазвичай втрачається через вихлопну систему і систему охолодження. Одна з ідей полягає в тому, щоб використовувати невеликий двигун Стірлінга (винайдений у 1816 році як конкурент парового двигуна).
Двигун Стірлінга опирається на зовнішнє джерело тепла, щоб виробити механічну енергію, яка в цьому випадку буде подана назад в трансмісію. Інша ідея полягає у використанні термо-електричних матеріалів, перетворюючи тепло в електрику, щоб підживити електричну частину гібридного двигуна.
Двигун 2040 року – це буде не чотиритактний двигун, який використовують усі автомобілі сьогодні. Це може бути двигуном з розділеним циклом, де циліндри працюють парами, одна для стиснення, інша для вихлопу.
Альтернативно, двигуни можуть стати гібридними бензинним і дизельним двигунами, перемикаючись між запалюванням іскри і стисненням і спалюючи майбутній коктейль з викопного і синтетичного палива. “Технічні можливості є величезні,” каже Джексон, “для пересічного водія автомобілі тільки стануть кращими та більш ефективними.”
Можливо ви вже почали задумуватися про те, щоб ваш наступний автомобіль став електромобілем? Які ж найкращі електромобілі будуть на авторинку в 2020 році?
Автомобіль майбутнього буде на водневому двигуні?
Протягом майже двох десятиліть, світ був захоплений ідеєю електричних двигунів на водневому паливі (FCEVs), з достатнім діапазоном руху на одній заправці та нульовими вихлопами – лише води та тепло. Зараз шанси появи автомобіля на водневому паливі до 2040 року збільшилися.
“Якщо робоча модель водневої інфраструктури запрацює і виробники автомобілів поставляться до цього з повною серйозністю, то після 2020 року може відбутися значне зростання таких автомобілів. Ви можете очікувати від мільйонів до десятків мільйонів машин на водневому паливі до 2040 року”, – говорить Девід Харт, консультант з питань сталого енергопостачання E4Tech.
Харт визначає таких лідерів у цій галузі як Toyota, Honda і Hyundai. Toyota Mirai (один з перших седанів на водню, які поступили в продаж) має той самий «скелет», що і гібридні моделі Toyota, але те, що відрізняється – джерело енергії, говорить спеціаліст з паливних елементів Toyota, Жулієн Руссель. «Це останній етап еволюції нашої гібридної технології», – пояснює він.
Паливний елемент містить сотні невеликих індивідуальних комірок, які перетворюють стиснений водень і кисень, що надходить з повітря, в електроенергію. При цьому єдині побічні продукти – це тепло і вода. Водень зберігається в вуглецевих баках при тиску 700 бар. Виробництво таких двигунів було трудомістким, але Toyota зменшила виробничі витрати, впровадивши автоматизацію.
Щільність енергії зберігання водню приблизно в п’ять разів вища, ніж у сучасних акумуляторних технологій. Honda FCV Clarity, представлена в минулому році, долає відстань 435 миль на одному заряді. Час перезаправки еквівалентний часу перезаправки бензину або дизельного палива, а водневе паливо, настільки ж безпечне для використання, як і два інших.
Побудова інфраструктури водневих автозаправних станцій залишається проблемою для широкомасштабного впровадження FCEV. “Водневу інфраструктуру важко розширити, але як тільки вона з’являється, вона стане прибутковим бізнесом”, – говорить експерт Рітмар фон Гельмольт. “Зарядні станції для електричних транспортних засобів не є такими, тому що вартість їх експлуатації значно більша за вартість енергії, що продається”.
Робиться багато глобальних інвестицій в дану сферу сьогодні. У Європі на підтримку водневого та паливного елементів у період з 2014 по 2020 рік було виділено 1 млрд. фунтів стерлінгів.
Чи я буду все ще заправлятися бензином та дизилем?
П’ятнадцять років тому нафтовидобувна промисловість попередила, що до 2040 року видобуток нафти може стати значно дорогим, і що деякі нафтовидобувні райони можуть почати висихати. Сьогодні історія змінилася.
За даними ВР, викопні види палива буде дешевше і легше видобувати. До 2050 року, BP вважає, енергія (нафта і газ), що може бути видобута за допомогою сучасних технологій, становить 4,8 трильйонів барелів, а прогнозований попит на 2050 рік становить 2,5 трильйони барелів. Ще 2,7 трлн. можуть бути доступні через відкриття нових родовищ та вдосконалені технології.
BP менш оптимістично ставиться до використання радикальних нових технологій, таких як водневі паливні елементи, і вважає, що глобальний попит на енергію для транспорту до 2035 року і пізніше буде задоволений в основному рідким паливом.
У доповіді також зазначається, що до 2050 року біомаса могла б стати альтернативою нафті.
Які шини матиме мій автомобіль майбутнього?
Шини вже є невід’ємною частиною продуктивності автомобіля, але вони будуть мати ще більшу роль до 2040 року. “До 2040 року автомобілі майбутнього будуть підключені до інтернету речей. Зростає інтерес до використання великих даних шляхом підключення транспортних засобів, щоб вони могли передавати інформацію про дорожні умови», – пояснює директор технологічних програм Goodyear Ромен Хансен.
Перший етап буде підключення шин бездротово до автомобіля для поліпшення безпеки. «Якщо автомобіль знає склад шини і як вони працюють, система ABS може зменшити гальмівний шлях», – каже Хансен.
Після досягнення цієї стадії автомобілі зможуть обмінюватися інформацією про стан дорожнього покриття та температуру з іншими транспортними засобами через зв’язок між транспортними засобами (V2V). Адаптивні шини за концепцією TripleTube компанії Goodyear, змінять форму відповідно до дорожніх умов і використання. У вологому стані тиск збільшуватиметься для отримання більш довгої контактної поверхні, щоб протидіяти акваплануванню.
Використання термоелектричних матеріалів перетворить теплову енергію, що втрачається, коли шина деформується при використанні, в електричну. П’єзоелектричні чіпи, вбудовані в боковину шини, також відновлюють енергію, яка зазвичай втрачається, коли дно шини деформується при русі.
Чи покращиться акумулятор?
Основними питаннями будь-якого акумулятора чи батареї електричного автомобіля є діапазон руху за один заряд і час, необхідний для перезарядки. До 2040 року справи можуть виглядати значно кращими: електричні автомобілі будуть здатні їхати до 500 миль на єдиному заряді та зарядитися до 75% за 15 хвилин.
Тривають змагання з розробки більш легких, більш дешевих, більш стійких батарей з набагато більш високою здатністю зберігання енергії (щільність енергії). Типова EV батарея сьогодні має енергетичну щільність 30кВт, даючи середній діапазон проїзду близько 100 миль. До кінця десятиліття Bosch має намір виготовити друге покоління твердотільної батареї 60 кВт, здатну забезпечити діапазон проїзду більше 200 миль.
Сьогодні не всі літієво-іонні батареї хімічно однакові і виготовлені з різних хімічних коктейлів. Ті з найбільшою щільністю енергії (що дає найдовший діапазон проїзду) використовують кобальт. “Кобальт є рідкісним металом, доступним лише в декількох шахтах у світі”, говорить Йоахім Фетцер, керівник бензинових двигунів і електромобільності Bosch.
Очікується, що літієва батарея третього покоління вирішить ці проблеми до 2030 року. Ця дивно названа «пост-літієва» технологія буде безпечною і легкою і матиме вдвічі більшу щільність енергії (128 кВт-год) за акумулятора другого покоління тієї ж ваги.
Це повинно дати машинам розміром з нещодавно представлений Chevrolet Bolt, можливість проїзду близько 400 миль на одній зарядці.
Хто, або що, буде вести мою машину?
Чи будемо ми керувати автомобілями майбутнього, або вони будуть нас возити? Можливо буде поєднаня обох варіантів. Проте всі головні виробники працюють над безпілотним веденням автомобілів сьогодні. Безпілотна технологія автомобіля майбутнього не є новою. Протягом двох десятиліть вона підкрадається до нас поступово, говорить Тоні Харпер, керівник дослідження Jaguar Land Rover. “Ми знаходимося на траєкторії, що почалася з радара, адаптивного круїз-контролю, потім моніторингу” сліпих точок “, який переміщав радар до боків автомобіля, і тепер є камери, що спрямовуються на обєкти перед автомобілем.”
Наступним етапом є інтеграція датчиків і подальша розробка програмних алгоритмів. “До 2020 року ми побачимо автоматизовані функції паркування, маневрування на малих швидкостях у пробках, також деякі елементи швидкісного водіння, такі як зміна смуги, стануть автоматизованими”, – говорить Харпер.
Після 2020 року будуть потрібні більш складні сенсори, такі як lidar, і перші випадки повної автономії будуть “короткостроковими місіями”, як автономна парковка автомобіля і автономне водіння в спеціальних смугах автострад. Кількість зон зростатиме, коли розвиватиметься інфраструктура для прийняття автономних транспортних засобів. Але, зрештою, говорить Харпер, «обмеження будуть відмінятися один за одним, поки ми не дістанемо повну автономію. Ніхто точно не знає, коли це станеться, але подорож почнеться з 2025 року.
Таким чином чи до 2040 року автомобілі будуть повністю самостійні або водій все ще матиме вибір? Харпер каже: “Ми віримо, що автомобіль майбутнього буде керований, але є багато ситуацій, коли ми можемо вибрати автономію: починаючи від виклику автомобіля до вас, до необхідності нудної подорожі і збільшення продуктивності”.
Спеціальна підготовка не потрібна для використання безпілотного автомобіля, на думку Харпера. “Якщо хтось потребує навчання, щоб використовувати безпілотну функцію”, пояснює він, “тоді ви отримали неправильну безпілотну функцію. Вона повинна робити все те, що ви очікуєте від неї самостійно. Не треба володіти якимись навичками водію, щоб підкоритися машині, що бере на себе контроль.
Як буде виглядати інтер’єр автомобіля майбутнього?
Ми вже отримали цифрові кластери з приладами та цифрові інформаційно-розважальні екрани, але поєднання цих двох елементів для створення однієї бездоганної поверхні розглядається як наступний крок у створенні інтер’єру автомобіля наступного покоління.
BMW вже переглянув свій майбутній салон, який включає в себе великий екран, що працює майже по всій ширині кабіни. Система повністю підготовлена для безпілотного водіння, що дозволяє водіям приймати відео-дзвінки, коли автомобіль знаходиться в режимі самостійного водіння і демонструє вміст від Open Mobility Cloud, коли водій входить до машини.
Наступний крок – дозволити водіям персоналізувати салон, вибираючи теми для приладової панелі і навіть завантажуючи різні стилі набору для кластера приладів. Ранні версії цієї персоналізації вже доступні в Mercedes-Benz нового E-класу з трьома темами, які змінюють зовнішній вигляд і зміст інструментів і інформаційно-розважальної системи.
У найближчому майбутньому, очікують значно більше автомобілів з оцифрованими інструментами панелі. Як показала Ауді, технологія може бути швидко прийнята в нові транспортні засоби і з часом стане дешевше, ніж стандартні аналогові циферблати.
Чи не відволікають мене ці високотехнологічні інтер’єри?
Хаптичний (тактильний) зворотній зв’язок (що таке тактильний інтернет) сам по собі не є новою технологією – він вже представлений в таких автомобілях, як Lexus NX – але все це призначене для того, щоб допомогти утримати увагу водіїв на дорозі, а не на дисплеї інформаційно-розважальних систем.
Bosch виводить систему на новий рівень. Її дивовижний зворотній зв’язок здатен надавати відчуття реальних кнопок на плоскій поверхні, а водії «натискають» на поверхню, щоб активувати різні функції. Система може розпізнати силу тиску на поверхню, що призводить до різних функцій. Наприклад, легкий дотик може відкрити меню довідки, тоді як більш чіткий дотик активує систему електронних викликів.
Навіть, натискання на сенсорний екран може стати старомодним. Наступним кроком в інформаційно-розважальних системах буде контроль жестів. Ваші рухи будуть відстежені внутрішніми камерами, тому автомобіль знатиме, хто просить, щоб звук або температура були підняті, і в якому місці машини це зробити. Крім того, технологія також дозволяє автомобілям розпізнавати, коли водії наближаються і відкривати двері автоматично для них.
Як автомобілі будуть вироблятися в майбутньому?
Ми, безумовно, ще матимемо виробничі лінії та постачання компонентів, які все ще будуть виготовлятися сторонніми виробниками, фабрики яких розташовані поруч. Тим не менш, є дві речі, які автовиробники хотіли б досягти на звичайних виробничих лініях.
Однією з них – можливість виготовляти автомобілі з індивідуальними специфікаціями набагато швидше і ефективніше. На даний момент виробництво автомобіля за зазначеними приватним покупцем специфікаціями, може зайняти до 12 тижнів від часу замовлення в салоні до остаточної доставки. Інша річ, яку виробники переслідують, – здатність ефективно знижувати потужність під час спаду продажів.
Ось, чому Toyota намагається переосмислити традиційну концепцію автомобільної фабрики і виробничої лінії.
Після того, як продажі Toyota були сильно вражені глобальною фінансовою кризою 2009 року, так і великим японським землетрусом у 2011 році, компанія заморозила інвестиції в нові заводи і вирішила переосмислити традиційну виробничу лінію. Результатом став новий спосіб будівництва заводів і лінійного обладнання.
По-перше, Toyota більше не використовує кабельні виробничі лінії. Це дозволяє новій будівлі заводу бути простішою і менш дорогою для будівництва, витрат світла і тепла.
По-друге, виробнича лінія побудована, як модель залізничного шляху, що розташована безпосередньо на фабричному поверсі і з’єднується в секції. Це дозволяє скоротити або розширити лінію за лічені години. Лінійне обладнання, яке допомагає працівникам виробничих ліній підбирати та монтувати важкі вузли, такі як панелі приладів та сидіння, було перероблено власними інженерами компанії.
Це обладнання буде легшим, простішим і рухомим, а не зафіксованим у статичному положенні.
Підсумком є те, що, якщо Toyota вирішить додати нову функцію до автомобіля, виробнича лінія може бути розширена і нова робоча станція буде додана за лічені години.
У важкі часи, Toyota може скоротити цю нову виробничу лінію устаткування та демонтувати її.
Нова виробнича система Toyota буде поступово вводитися з кожною новою фабрикою, яку компанія будує, тому вона повинна перейти повіністю на нову систему до 2035 року.
Однак існує ще один майбутній сценарій для виробництва автомобілів. Якщо транспортні засоби, що живляться насамперед електродвигунами, стануть нормою, виробництво автомобілів може бути зведені до операцій простого виготовлення на замовлення верхнього корпусу і інтер’єру.
Це пояснюється тим, що електродвигуни та акумуляторні батареї будуть закуповуватися на стороні у зовнішніх постачальників.
Таке майбутнє обов’язково спростило б звичайні фабрики автомобілів, оскільки ходова частина стає загальною, і виробники автомобілів прикладуть більше зусиль до дизайну автомобіля і всього, що робить марку більш відмінною від інших.
З чого буде зроблено мій автомобіль майбутнього?
Перше серйозне використання вуглепластику у серійному автомобілі – “Carbon Core” відбулося у 2015 BMW 7 Серії. Через 25 років автомобіль майбутнього буде будуватися використовують більш широкий різновид легких матеріали ніж сьогодні. Навіть двигуни та коробки передач могли б бути частково виготовлені з пластику, що дало б значну економію ваги.
Найбільш зношені ділянки передач можуть бути покриті металевим покриттям, а інші ділянки виготовлені з високоякісної пластмаси. Пластикові компоненти не тільки важать менше, але й поглинають вібрацію та шум.
Solvay, виробник високоефективних полімерів, є провідним спонсором проекту під назвою Polimotor 2. “Ми хочемо зробити волоконно-полімерний композитний двигун внутрішнього згоряння, щоб продемонструвати потенціал використання пластмас”, – говорить представник Solvay Марк Райт.
Polimotor 2 – це дітище інженера з Флориди Матті Хольцберга, який розробив і випустив свій перший пластиковий двигун Polymotor 1 у 1980-х роках. Полімотор 2 в основному виготовлений з полімерних і композитних матеріалів (включаючи блок). Сталь і сплав використовуються для ключових компонентів, таких як маховик, циліндри і камери згоряння.
Легка сталь, алюміній, карбон, пластмаси та деякі біоматеріали, такі як льон, можуть сформувати основну структуру автомобілів у 2040 році. Якщо промисловість вуглецевого волокна успішно реалізує свої цілі, то ціна на вуглецеві волокна як сировину може бути більш ніж на 80% нижче, ніж сьогодні.
Чи будуть пов’язані міста впливати на автомобілі?
Фраза «пов’язане місто» стала улюбленою урядами і містобудівниками останнім часом. Ідея проста: використання Інтернету та взаємозв’язку для того, щоб зробити великі міста більш ефективними (що таке інтернет речей). Це може означати прості речі, такі як вуличне освітлення, яке вимикається до тих пір, поки не буде виявлено рух або надання інформації про рух громадського транспорту.
.jpg)
Ідея міста, заснованого на Інтернеті та великих даних, набагато легше втілюється, коли місто будується з нуля. Найбільший проект у Великобританії називається «Старий Дуб і Парк Роял» – великий екс-промисловий район у районі Віллісден на північному заході Лондона.
Але це такі проекти, які змушують автовиробників нервувати. Побудова нового зв’язаного міста з нуля може призвести до того, що приватні транспортні засоби будуть повністю позбавлені можливості проїхати через ці нові міські райони. І це є викликом для автомобіляя майбутнього.
Виведення приватних автомобілів з центру міста є прикладом того, що відбулося в центральному Лондоні за останні 16 років. Місця для паркування на вулиці, були передані мережам прокату автомобілів і велосипедів.
На вершині всього цього – повітряне забруднення з дизельних автомобілів, яке є головним політичним питанням у багато Європейських столицях. В Парижі врешті-решт заборонити машини на дизельному паливі. Лондон вже сказав, що вимагатиме від всіх таксі і приватних транспортних засобів для прокату нульового рівня викидів.
Автомобіль майбутнього – якщо він хоче отримати доступ до міських центрів майбутнього – повинен буде практично не мати негативного впливу на навколишнє середовище, мати здатність уникати аварій і взагалі здійснювати помірний і м’який рух через забудовані райони. Майже всі автомобілі отримають бензинові електричні гібридні трансмісії з резервними батареями, достатньо великими, щоб дозволити мати нульовий рівень шкідливих викидів в центрі міста.
Ці автомобілі також будуть мати автоматичне гальмування, камери, які виявляють пішоходів та велосипедистів та, навіть, більше – технології анти-зіткнення. Системи супутникового навігації оновлюватимуться інформацією, зібраною іншими транспортними засобами.
Наприклад, флагманський Hyundai Genesis G90 має супутникову навігацію, що попереджає водія про зміни дозволеної швидкості (дуже корисна функція вночі), місцеві обмеження швидкості і навіть розташування місцевих шкіл. Він також використовує інформацію про ДТП, щоб попередити водія, коли він вступає в ділянку дороги з історією нещасних випадків, кількість яких перевищує середню.
Така інформація – автоматично генерована майбутніми транспортними засобами, відправляється в хмару, а потім завантажується в супутникову систему. Автомобілі майбутнього також зможуть з’єднатися з світлофорами, так що гібридна трансмісія автомобіля могла розрахувати, коли більш економічно ефективно для збереження палива вимкнути двигун в той час, коли світофор вже збирається показати червоне світло.
Потрібно ще більше зробити, щоб захистити присутність автомобіля в містах майбутнього. Audi піклується про надання паркування і спонсорує проект у Бостоні, США, котрий включає будівництво компактних підземних парківок у яких можуть самостійно паркуватися безпілотні автомобілі.
Автомобіль майбутнього буде під впливом технологій більше дружніх до міст майбутнього, але ми не чекатимемо довго поки такі автомобілі стануть мейнстрімом. Нові моделі, запущені в 2020 році, швидше за все, будуть облаштовані технологіями, описаними вище. Виробники автомобілів повинні випередити соціальні тенденції та місцевих політиків.
Електричні транспортні засоби та гібридні модулі стануть легше використовуватися завдяки наявності бездротової зарядки. Замість того, щоб підключати зарядку, буде достатньо просто припаркувати автомобіль майбутнього над майданчиком, який зарядить акумулятор.
Бездротова зарядка працює за допомогою “магнітного резонансу”, пояснює Кріс Бороні з компанії Qualcomm. «Ми можемо працювати з відстанню до восьми дюймів. Ви можете уявляти її так само, як і оперного співака, який розбиває скло з голосом ». Котушка в зарядній панелі генерує змінне магнітне поле в аналогічній котушці, встановленій під машиною для виробництва електроенергії електромагнітною індукцією.
Компанія Qualcomm також розробляє «динамічні» системи бездротової зарядки з прокладками, які встановлюються з інтервалом на поверхні дороги для зарядки під час їзди.
Водночас деякі експерти припускають, що встановлення зарядного обладнання на дорозі може не відбутися до 2040 року, особливо якщо батареї будуть для далекої відстані та технологія водневих паливних елементів будуть достатньо розвинуті.
Джерело:www.autocar.co.uk/
