مستقبل السيارات وتكنولوجيا السيارات - السيارات الهجينة والكهربائية والسائق

السيارات ، التي أصبحت متاحة بشكل متزايد لأي شخص ، أدت إلى عدم وضوح الفروق الاجتماعية ، وتوسيع الأسواق ، وحفز الاقتصاد. توظف هذه الصناعة مباشرة أكثر من 2.6 مليون شخص ، ووفقًا لأوتو ألاينس ، تمثل 3 ٪ إلى 3.5 ٪ من الناتج المحلي الإجمالي للبلاد (GDP).

علاقة الحب الأمريكية بالسيارات واضحة في العدد الذي تملكه. وفقًا لمكتب إحصاءات النقل ، كان هناك أكثر من 250 مليون سيارة مسجلة في الولايات المتحدة في عام 2012 ، أو واحدة لكل أمريكي فوق سن 18 عامًا. وتمتلك الأسرة العادية 1.75 سيارة. سافر السائقون أكثر من 2.8 مليار ميل على مدى 4.5 مليون ميل من الطرق والطرق السريعة و 605471 جسرا في البلاد في ذلك العام.

يمكن للمستهلكين الاختيار من بين مجموعة كبيرة من الشركات المصنعة للسيارات ، والتي تنتج جميعها نماذج وطرز وأنماط مختلفة للهيكل. يمكن بعد ذلك تخصيص المركبات حسب اللون ونوع المحرك وناقل الحركة والتصميم الداخلي ونوع العجلات. بالإضافة إلى ذلك ، هناك الآلاف من محلات تصليح السيارات ، والميكانيكا عالية الأداء ، ومحلات تخصيص الأجسام الجاهزة لتحقيق أحلام أي صاحب سيارة.

التأثير السلبي للسيارات على الحياة الحديثة

على الرغم من كل إسهاماتها في الحياة الحديثة ، أحدثت السيارات أيضًا عواقب سلبية كبيرة على الأفراد والمجتمع ككل:

• مصروف. يعد شراء سيارة وتشغيلها المستمر أحد أكبر النفقات التي يقوم بها الشخص العادي في حياته. تمثل السيارات نحو سدس ميزانية الأسرة ، أكثر من الغذاء أو الرعاية الصحية والتأمين مجتمعين ، وفقاً لمكتب إحصاءات العمل. تقارير BLS أنه في عام 2010 كان متوسط ​​سيارة الركاب في الولايات المتحدة 11.4 سنة وكان يقود 11318 ميلا بينما كان يحرق 2132 $ على الغاز والنفط. علاوة على ذلك ، أنفق السائقون ، في المتوسط ​​، 787 دولارًا للإصلاح والصيانة.
• الوفيات والإصابات. وفقًا لمكتب الإحصاء الأمريكي ، منذ عام 1990 ، يحدث أكثر من 10 ملايين حادث على السيارات كل عام ، مما تسبب في أكثر من 30،000 حالة وفاة كل عام. في حين أن المعدل ينخفض ​​كل عام - مما يعكس التحسينات في التصميم والتكنولوجيا الجديدة - تقدر الإدارة الوطنية لسلامة المرور على الطرق السريعة أن تكلفة الحوادث في عام 2010 كانت 871 مليار دولار.
• الزحف العمراني. تضاعف عدد سكان الولايات المتحدة أكثر من ثلاثة أضعاف من 76 مليون شخص في عام 1900 إلى 281 مليون في عام 2000. ومع ذلك ، وفقاً لدراسة تعداد الولايات المتحدة لعام 2002 ، انخفض عدد الأشخاص الذين يعيشون في منطقة حضرية بشكل كبير منذ عام 1950. وفي منتصف القرن ، زاد عدد السكان أكثر من 7000 شخص احتلوا مساحة ميل مربع من الأرض ؛ في عام 2000 ، كان هناك أقل من 3000 لكل ميل مربع. يقلل هذا الانتشار من كفاءة النقل الجماعي ويزيد من الضغط لبناء المزيد من شبكات الطرق والطرق السريعة.
• ازدحام، اكتظاظ، احتقان. وفقًا لدراسة تنقلية تكساس إيه آند إم لعام 2012 ، يقضي متوسط ​​مسافر السيارات أكثر من 50 ساعة أسبوعيًا جالسًا في سيارته عالقة في حركة المرور. في مدن مثل لوس أنجلوس وبوسطن ونيويورك ، يبلغ الازدحام أكثر من 60 ساعة في السنة ، مما يجعل الأميركيين يسافرون 5.5 مليار ساعة تراكمية أكثر من اللازم ويشترون 2.9 مليار جالون إضافي من الوقود.
• التلوث. في حين أن التلوث الجوي يسبق السيارات ، يتفق معظم العلماء على أن سياراتنا الشخصية هي سبب رئيسي للاحتباس الحراري. وفقًا لاتحاد العلماء المهتمين ، تمثل السيارات والشاحنات ما يقرب من خمس جميع انبعاثات الولايات المتحدة - حوالي 24 رطلاً من ثاني أكسيد الكربون وغازات الاحتباس الحراري الأخرى مقابل كل غالون من الغاز المحروق.

مستقبل السيارات

على الرغم من أن السيارات قد تغيرت بشكل كبير منذ طرحها ، إلا أن وتيرة التحسينات في السيارات تتزايد - خاصة فيما يتعلق بالتطورات الرامية إلى مكافحة آثارها السلبية. يتوقع بعض المستقبليين ظهور السيارات ذاتية الحكم - السيارات ذاتية القيادة - خلال العقد المقبل.

تقارير ExtremeTech أن مرسيدس بنز كشفت النقاب عن سيارتها بدون سائق في معرض Consumer Electronics 2015 ، السيارة الفاخرة F-105 ، والتي تأتي بمقاعد أمامية تدور بحيث يمكن للسائق والراكب في المقعد الأمامي الجلوس وجهاً لوجه مع الخلف ركاب الركاب. وفي الوقت نفسه ، أظهرت BMW أن i3 EV لها حدائق ذاتية ويمكنها البحث في مرآب للسيارات بحثًا عن أماكن مفتوحة.

وفقًا لقناة CNBC ، يتوقع بعض المحللين أن تحل الشركات المصنعة الجديدة مثل Google و Apple محل مصنعي السيارات الشاملين التقليديين مثل جنرال موتورز وفورد وهوندا وفولكس واجن مع انطلاقة جديدة في التكنولوجيا الجديدة. تشمل التنبؤات الأخرى ما يلي:

• سيتم امتلاك عدد أقل من السيارات من قبل العائلات ، حيث يمكن لسيارة واحدة أن تخدم مجموعة متنوعة من الأعضاء بالتسلسل والتزامن دون انتظار سائق. على سبيل المثال ، يمكن للسيارة بدون سائق العودة إلى قاعدتها الرئيسية بعد تسليم العامل إلى المكتب وتكون متاحة لنقل أفراد الأسرة الآخرين خلال اليوم قبل العودة لاستلام الركاب في وقت لاحق من المساء.
• ستكون هناك زيادة في التنقل المشترك حيث يستخدم الناس السيارات دون امتلاكها.

عناصر التغيير الكبير

تحسينات كبيرة ستقلل من التأثير السلبي للسيارات في المستقبل. وتشمل هذه الجوانب والعناصر التالية.

التصميم

كانت السيارات الأولى تشبه العربات التي تجرها الخيول التي استبدلتها ، وصناديق بسيطة على عجلات. كان لدى المنتجين الأوائل معرفة قليلة بالديناميكا الهوائية - مقاومة الأجسام المتحركة في الهواء ، أو "السحب". السحب يزيد بشكل متناسب مع السرعة. يؤثر شكل السيارة ، خاصة المنطقة الأمامية ، بشكل مباشر على الطاقة المستهلكة أثناء تحرك السيارة للأمام.

تأثير آخر لزيادة السرعة هو الرفع الإضافي - ميل جسم السيارة للارتفاع من سطح الطريق - من الهواء المتدفق أسفل السيارة ، مما يقلل من الجر والاستقرار أثناء المنعطفات. أدى استخدام أنفاق الرياح إلى توجيه مهندسي تصميم السيارات لتقليل الحواف الحادة وتحسين الانسياب ، وبالتالي تقليل استهلاك الطاقة والرفع والاستهلاك.

نتيجة لذلك ، تظهر الماركات والموديلات متشابهة لأن كل شركة تصنيع تتبنى بسرعة أي ميزة يكتسبها منافس. من المحتمل أن تكون السيارات المستقبلية أقصر مع مزيد من المنحنيات مع الحفاظ على أو زيادة المساحة الداخلية للركاب.

المواد

يؤثر وزن السيارة بشكل مباشر على استهلاك الوقود المستخدم أثناء العمليات. أفادت جامعة واشنطن أن الاستخدام الواسع النطاق للبناء الأحادي ، والمواد خفيفة الوزن ، والمحركات الأصغر ، قلل من متوسط ​​وزن السيارة بواقع 1700 رطل بين عامي 1975 و 2009. ومع ذلك ، فقد تم تعويض الكثير من المزايا بزيادة حجم السيارة والوظائف الإضافية.

سيؤدي استمرار الضغط الفيدرالي لزيادة الاقتصاد في استهلاك الوقود إلى زيادة استخدام الفولاذ الخفيف والألومنيوم والمواد المركبة والبلاستيك لتقليل الوزن وتحسين صلاحية الأعطال. على سبيل المثال ، يتم تصنيع هيكل Tesla Roadster من ألياف خفيفة من ألياف الكربون / الإيبوكسي قوية مثل الفولاذ وتزن أقل بنسبة 30 ٪. مع انخفاض تكاليف تصنيع المواد ، سيتجه عدد أكبر من المصنّعين إلى المواد المركبة الثورية الجديدة لسياراتهم.

الكفاءة الميكانيكية

يعد محرك الاحتراق الداخلي رباعي الأشواط مصدر الطاقة الأساسي للسيارات على مدار عقود. على مر السنين ، أدت التطورات التكنولوجية مثل الكاميرات العلوية المزدوجة ذات أربعة صمامات مع توقيت الصمام المتغير ، والتسخير القسري للهواء ، وحقن الوقود ، وحقن الوقود بالكمبيوتر ، وتوقيت الصمام المتغير إلى زيادة كفاءة المحرك وقوته.

الاستخدام الواسع النطاق لوحدة التحكم في المحرك - كمبيوتر على متن الطائرة ينظم توقيت الإشعال ، ومزيج الهواء / الوقود ، وسرعة الخمول - يخلق كفاءة أكبر في استهلاك الوقود وتشخيصًا ثابتًا للمحرك. تعد عمليات النقل أكثر كفاءة ، حيث تتطور من التبديل اليدوي لثلاثة تروس أمامية وخلفية ، إلى التبديل التلقائي من ستة إلى ثمانية تروس وعكس. تعمل المكونات الهيدروليكية المحسّنة على تمكين توجيه السلطة دون جهد ، في حين أن الفرامل المانعة للانغلاق قلصت بشكل كبير من وقت التوقف والفضاء.

اعتبارًا من عام 2015 ، أصبحت السيارات الهجينة - وهي مزيج من محرك البنزين والمحرك الكهربائي - شائعة في أجزاء من الولايات المتحدة. وفقًا لـ Experian Automotive (عبر Adam Goldfein) ، تم بيع واحد من كل أربعة أنواع هجينة في كاليفورنيا ، وهو مبلغ أكبر من الولايات الخمس التالية (فلوريدا وتكساس ونيويورك وفرجينيا وواشنطن) مجتمعة.

على الرغم من أن معظم شركات صناعة السيارات الكبرى تقدم حاليًا نموذجًا هجينًا ، فقد سيطرت طرز Prius من تويوتا على السوق بحوالي 5 ملايين إجمالي المبيعات منذ عام 2000 ، وفقًا لساعة وول ستريت 24/7 منذ أن تراوحت مبيعات السيارات الأمريكية السنوية منذ عام 2000 منخفضة من 10.4 مليون (عام 2009) إلى 17.4 مليون (عام 2000) ، مثلت الهجينة أقل من 3 ٪ من إجمالي المبيعات منذ عام 2000 ، ووفقًا لتقارير Green Car ، يبلغ متوسطها حوالي 3 ٪ من إجمالي المبيعات السنوية حاليًا.

يعتقد العديد من المراقبين أن المجموعة التالية قد قيدت بيع السيارات الهجينة حتى الآن:

• ارتفاع أسعار المستهلك مقارنة بطرز المحرك التقليدية (5000 دولار أو أكثر لسيارة مماثلة)
• عدد قليل من مرافق الخدمة المستقلة القادرة على خدمة أو إصلاح السيارات الهجينة أو السيارات الكهربائية ، مما يتطلب صيانة السيارة من قبل وكيل البيع
• عدم معرفة المستهلكين بالتكنولوجيا الجديدة
• زيادة كفاءة الوقود لمحركات الغاز
• ثقافة السيارات التي تعمل على تحسين القدرة الحصانية وسرعة الطريق السريع

في حين أن السيارات الكهربائية البحتة التي تعمل بخلايا الوقود (وليس الهجينة) قد استحوذت على خيال الجمهور ، إلا أن تحسينات خلايا الوقود لم تتقدم بالسرعة المتوقعة. السيارة الكهربائية المتوسطة لديها حد القيادة 150 ميل ويتطلب 20 إلى 30 دقيقة لإعادة شحن.

على النقيض من ذلك ، يمكن لسيارة فورد فوكس عام 2015 المزودة بأربعة أسطوانات أو مزيج من الوقود المرن (مزيج من البنزين أو البنزين والإيثانول) وخزان سعة 12.4 جالون أن يسافر أكثر من 360 ميلًا دون التزود بالوقود. في حين أن السيارات الكهربائية قد تحل محل مصادر الطاقة التقليدية في المستقبل ، فإن النتيجة الأكثر ترجيحًا هي زيادة شعبية المحرك الهجين ، والانتقال المنطقي بين محركات الغاز والمحركات الكهربائية.

الوقود

بالنسبة لمعظم وجودها ، اعتمدت السيارات على البنزين - منتج بترول مكرر - للحصول على الوقود. تمت إضافة الرصاص رباعي الإيثيل تاريخيا لتوفير المزيد من المقاومة للاشعال الذاتي ، وهي حالة يشار إليها بالسائقين على أنها "طرق" عندما تم إيقاف الإشعال. منذ سبعينيات القرن العشرين ، استبدل الإيثانول - وهو وقود متجدد ممزوج بالبنزين - بالرصاص ، والذي يطلق عليه أحيانًا "الوقود المرن".

أنواع الوقود الأخرى تشمل ما يلي:

• الغاز الطبيعي المضغوط. تم تصميم بعض المركبات ، وخاصة الشاحنات الكبيرة والحافلات ، لتعمل بالغاز الطبيعي المضغوط ، وهو وقود أحفوري يحرق أنظف من البترول وينتج عددًا أقل من الملوثات. وقد دعا مؤيدون مثل رجل النفط T. Boone Pickens إلى الغاز الطبيعي المضغوط كبديل بيئي أفضل وأقل تكلفة للبنزين. ومع ذلك ، لا توجد البنية التحتية لتوفير الغاز الطبيعي المضغوط كبديل قابل للتطبيق لأمة من السيارات ، مما يحد من جاذبيتها لسائقي السيارات.
• كهرباء. السيارات الكهربائية والهجينة شائعة بشكل متزايد ، مع الاقتصاد في استهلاك الوقود حوالي 33 ٪ أكبر من محرك البنزين. بينما يمكن إعادة شحن السيارات التي تعمل بالبطاريات في المنزل أو في محطات الشحن العامة ، إلا أن نطاق السيارات التي تعمل بالكهرباء هو أقل بكثير من سيارة تعمل بالبنزين بسعة تخزين تبلغ 12 جالونًا أو أكثر. كانت التحسينات في تقنية البطاريات أبطأ من المتوقع في البداية ، وتبقى السيارات التي تعمل بالكهرباء أعلى تكلفة من البديل الذي يعمل بالبنزين. ومع ذلك ، ستستمر السيارات الكهربائية في الحصول على حصة أكبر من السوق مع انخفاض تكاليف التصنيع وزيادة مزاياها البيئية. النماذج الهجينة التي تعتمد على محرك البنزين لإعادة شحن البطاريات أو الطاقة يمكن أن يكون محرك كهربائي مدفوعة أبعد من السيارات التي تعمل بالبنزين ، والحفاظ على ميزة الاقتصاد في استهلاك الوقود وكذلك.
• هيدروجين. يدافع بعض العلماء ومصنعي السيارات عن الهيدروجين كوقود للمستقبل ، وذلك في المقام الأول لفوائده البيئية. في عام 2014 ، بدأت شركة هيونداي في تأجير أول سيارة تعمل بالهيدروجين في الولايات المتحدة ، في حين أعلنت شركة تويوتا عن خطط لبيع أول سيارة تعمل بالهيدروجين في عام 2015. معظم الشركات المصنعة الكبرى لديها سيارات تعمل بالهيدروجين قيد التطوير. ومع ذلك ، فإن البنية التحتية للوقود اللازمة لدعم الهيدروجين كوقود أساسي ليست موجودة بعد.

من غير المحتمل أن يحل أي وقود بديل واحد محل البنزين كوقود أساسي للسيارات قبل عام 2025. وستستمر السيارات الكهربائية والسيارات الهجينة في الحصول على حصة كبيرة في السوق مع زيادة المسافة المقطوعة لكل شحنة كهربائية. سيؤثر السعر العالمي للنفط أيضًا بشكل كبير على تحويل الجملة النهائي إلى وقود بديل. إذا استمرت الأسعار عند 4.00 دولارات للجالون أو أكثر ، فسيتم تحفيز الانتقال إلى أنواع الوقود البديلة.

مجال الاتصالات

شهدت الاتصالات الإلكترونية بين السيارات والبيئة التي تعمل فيها أكثر التغييرات دراماتيكية. تتوفر أنظمة تحديد المواقع العالمية (GPS) في معظم السيارات الجديدة ، وإن كان كبند إضافي للعديد من السيارات. نظرًا لأن هذه الأنظمة أصبحت قياسية لجميع السيارات الجديدة ، فسيكون تتبع المركبات في الوقت الفعلي متاحًا بشكل متزايد ، بالإضافة إلى مراقبة المحركات خارج الموقع. نظام GPS ضروري للمركبات بدون سائق.

ستصبح الاتصالات من مركبة إلى أخرى (V2V) ومركبات البنية التحتية (V2I) أمرًا شائعًا بحيث تكون السيارات على دراية تلقائيًا بوضع وحركة المركبات الأخرى ، بالإضافة إلى تغيير ظروف الطريق. توفر إشارات الطرق التفاعلية وإشارات المرور اتصالات تلقائية ومستمرة للمركبات التي تسمح بتصحيح المسار والسرعة دون تدخل السائق. مع وضع هذه العناصر - المتوفرة تقنيًا بالفعل - في مكانها الصحيح ، ستصبح السيارة بدون سائق حقيقة.

الطرق والطرق السريعة

في العقود القادمة ، ستعيد الولايات المتحدة بناء بنيتها التحتية المتقادمة وستشمل تكنولوجيا الاتصالات الجديدة. الممرات المقيدة للشاحنات الكبيرة شائعة على الطرق السريعة اليوم. سوف يصبح الانتصار على الطرق السريعة بين الولايات - السيارات الفردية المرتبطة ببعضها إلكترونيًا والسفر معًا كوحدة واحدة - أمرًا شائعًا حيث تعيد الدولة بناء طرقها السريعة لاستيعاب قدرات الاتصال.

كان الأساس المنطقي لحدود السرعة تاريخياً كما يلي:

• سلامة السائق. يتيح القيادة بسرعات أقل للسائقين مزيدًا من الوقت لإجراء التعديلات إذا لزم الأمر ويقلل من قوة التأثير. سيتم تقليل حوادث الطرق بشكل كبير حيث تحل أجهزة الكمبيوتر محل برامج التشغيل البشرية ، حيث تقوم الأولى بإجراء تعديلات فورية مع تغير ظروف الطرق وحركة المرور. يجب على القراء ملاحظة أن Autobahn في ألمانيا الغربية لا يوجد بها حدود سرعة قصوى وقد شهدت معدل وفيات مرورية أقل بكثير من نظام الطرق السريعة في الولايات المتحدة لسنوات.
• اقتصاد الوقود. فرضت الحكومة الفيدرالية حدًا أقصى للسرعة قدره 55 ميلًا في الساعة عن طريق قانون الطوارئ لحفظ الطاقة على الطرق السريعة في عام 1974 للحد من استهلاك البنزين. تم رفع الحدود إلى 65 ميلاً في الساعة في عام 1987 وألغيت في عام 1995. لا يوجد سوى القليل من الأدلة على أن حدود السرعة المنخفضة أدت إلى توفير كبير في الوقود على المستوى الوطني.

مع استبدال البنية التحتية للطرق السريعة وزيادة عدد سيارات الروبوت بشكل متناسب ، ستختفي حدود السرعة القصوى على مستوى الولاية.

سلامة

زادت سلامة السائقين والركاب بشكل كبير في السنوات الأخيرة من خلال تصميم أفضل للسيارات واستخدام الأكياس الهوائية التي يتم نشرها تلقائيًا. تعد ميزة التحكم التلقائي في المصابيح عالية المعيار حاليًا في العديد من السيارات ، وقد تكون إمكانات الرؤية الليلية مع الكشف التلقائي للمشاة في الموديلات الفاخرة قياسية بحلول عام 2025. يظهر الرادار المثبت في الخلفية والكاميرات متعددة الاتجاهات ومتعددة الاستشعار بالفعل في الرفاهية نماذج السيارات ، ومن المرجح أن تصبح قياسية في السنوات المقبلة.

تعمل أنظمة التوجيه التلقائية للطوارئ التي تجمع بين الفرامل والتوجيه المراوغ على تقليل أو تجنب الاصطدامات الخطيرة في المستقبل. تُعد Nissan Motor Corporation من بين الشركات التي تقوم بتطوير أجهزة لاكتشاف عدم قدرة السائق على تشغيل السيارة بأمان - أجهزة استشعار تكتشف الكحول أو الكاميرات لمراقبة تعبيرات الوجه أو البرامج للتعرف على القيادة غير المنتظمة - للاستخدام النهائي.

كلمة أخيرة

السيارات في المستقبل ستكون مختلفة عن اليوم كما تختلف السيارات الأولى عن الحصان وعربات التي تجرها الدواب. ستكون السيارات بدون سائق أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وأكثر أمانًا وأقل ضرراً بالبيئة وأكثر تشغيلًا من أي وسيلة نقل في التجربة البشرية.

لن يكون الانتقال إلى مستقبل السيارات سريعًا ، حيث يستغرق الأمر ما لا يقل عن اثنتي عشرة سنة أو أكثر لاستبدال أسطول السيارات الحالي في البلاد. من المرجح أن تستغرق عملية إعادة بناء الطرق السريعة والطرق في البلاد لاستيعاب التكنولوجيا الجديدة وقتًا أطول بينما يتصارع قادة البلاد مع الأولويات الوطنية المتضاربة. ستستمر وتيرة التحسين التكنولوجي في الزيادة ، لكن من غير المحتمل أن تتحقق فوائد هذه التحسينات بالكامل حتى عام 2050 أو ما بعد ذلك.

ما هي التوقعات التي لديك فيما يتعلق بمستقبل السيارات?