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L'avenir de l'automobile et de la technologie automobile - Voitures hybrides, électriques et sans conducteur


En un siècle, l'introduction de l'automobile a provoqué des changements massifs dans la culture américaine, les communautés dans lesquelles nous vivons, l'environnement, l'économie et l'indépendance personnelle. Chaque aspect de la vie quotidienne a changé, des endroits où nous vivons jusqu'à la nourriture que nous mangeons.

Les automobiles, de plus en plus accessibles à tous, ont brouillé les distinctions sociales, élargi les marchés et stimulé l'économie. L'industrie emploie directement plus de 2, 6 millions de personnes et, selon Auto Alliance, représente 3 à 3, 5% du produit intérieur brut (PIB) du pays.

L'histoire d'amour américaine avec les voitures est évidente dans le nombre détenu. Selon le Bureau of Transportation Statistics, il y avait plus de 250 millions de véhicules immatriculés aux États-Unis en 2012, ou un pour chaque Américain de plus de 18 ans. Le ménage moyen possède 1, 75 véhicules. Les conducteurs ont parcouru plus de 2, 8 milliards de miles sur 4, 5 millions de miles de routes et d'autoroutes et 605 471 ponts dans la nation cette année-là.

Les consommateurs peuvent choisir parmi une pléthore de fabricants de voitures, qui produisent toutes des marques, des modèles et des styles de carrosserie différents. Les véhicules peuvent ensuite être personnalisés en fonction de la couleur, du type de moteur, de la transmission, de la conception intérieure et du type de roues. En outre, il existe des milliers de magasins de réparation automobile, de mécanique de haute performance et de magasins de personnalisation de carrosserie prêts à réaliser les rêves de tout propriétaire d'automobile.

L'impact négatif des automobiles sur la vie moderne

Pour toutes ses contributions à la vie moderne, l'automobile a également eu des conséquences négatives considérables pour les individus et la société dans son ensemble:

  • Dépenses L'achat et l'exploitation continue d'une automobile est l'une des dépenses les plus importantes que la personne typique fait dans sa vie. Les automobiles représentent environ un sixième du budget d'une famille, plus que la nourriture ou les soins de santé et les assurances combinées, selon le Bureau of Labor Statistics. Le BLS rapporte qu'en 2010, la voiture de tourisme moyenne aux États-Unis avait 11, 4 ans et avait parcouru 11 318 miles en brûlant 2 132 dollars de gaz et de pétrole. De plus, les conducteurs ont dépensé en moyenne 787 $ pour les réparations et l'entretien.
  • Morts et blessures . Selon le Census Bureau des États-Unis, depuis 1990, plus de 10 millions d'accidents impliquant des voitures se produisent chaque année, causant plus de 30 000 décès par an. Alors que le taux diminue chaque année - reflétant des améliorations dans la conception et la nouvelle technologie - la National Highway Traffic Safety Administration estime que le coût des accidents en 2010 était de 871 milliards de dollars.
  • Étalement urbain . La population américaine a plus que triplé, passant de 76 millions de personnes en 1900 à 281 millions en 2000. Cependant, selon une étude menée en 2002 aux États-Unis, le nombre de personnes vivant dans une région métropolitaine a considérablement diminué depuis 1950. Au milieu du siècle, plus de 7 000 personnes occupaient un mile carré de superficie; en 2000, il y avait moins de 3 000 par mille carré. Cette propagation réduit l'efficacité du transport en commun et augmente la pression pour construire des réseaux routiers et routiers plus étendus.
  • Congestion Selon une étude de mobilité Texas A & M de 2012, le banlieusard automobile moyen passe plus de 50 heures par semaine assis dans sa voiture coincée dans la circulation. Dans des villes comme Los Angeles, Boston et New York, la congestion est de plus de 60 heures par an, obligeant les Américains à parcourir 5, 5 milliards d'heures de plus que nécessaire et à acheter 2, 9 milliards de gallons de carburant supplémentaires.
  • Pollution Alors que la pollution atmosphérique est antérieure à l'automobile, la plupart des scientifiques conviennent que nos voitures personnelles sont une cause majeure du réchauffement climatique. Selon l'Union of Concerned Scientists, les voitures et les camions représentent près d'un cinquième de toutes les émissions américaines - environ 24 livres de dioxyde de carbone et d'autres gaz à effet de serre pour chaque gallon de gaz brûlé.

L'avenir des automobiles

Même si les automobiles ont beaucoup changé depuis leur introduction, le rythme des améliorations dans les automobiles augmente - en particulier en ce qui concerne les progrès réalisés pour lutter contre leurs impacts négatifs. Certains futuristes prédisent l'apparition de voitures autonomes - voitures autonomes - au cours de la prochaine décennie.

ExtremeTech annonce que Mercedes-Benz a dévoilé sa voiture sans conducteur au Consumer Electronics Show 2015, le véhicule de luxe F-105, qui est équipé de sièges avant pivotant pour que le conducteur et le passager assis à l'avant puissent s'asseoir face à face -Siège des passagers. Pendant ce temps, BMW a démontré son i3 EV qui s'auto-parcelle et peut rechercher un garage de stationnement pour les espaces ouverts.

Selon CNBC, certains analystes prédisent que de nouveaux constructeurs tels que Google et Apple supplanteront les constructeurs d'automobiles de masse traditionnels tels que General Motors, Ford, Honda et Volkswagen en leur donnant une longueur d'avance sur les nouvelles technologies. D'autres prédictions sont les suivantes:

  • Moins de voitures appartiendront aux familles, car une seule voiture peut servir une variété de membres de manière séquentielle et simultanée sans attendre de chauffeur. Par exemple, une voiture sans conducteur pourrait retourner à son domicile après avoir livré un travailleur au bureau et être disponible pour transporter d'autres membres de la famille pendant la journée avant de retourner chercher le navetteur plus tard dans la soirée.
  • Il y aura une augmentation de la mobilité partagée où les gens utilisent les voitures sans les posséder.

Éléments de changement important

Des améliorations significatives réduiront l'impact négatif des automobiles dans le futur. Ceux-ci incluent les aspects et les éléments suivants.

Conception

Les premières automobiles ressemblaient aux voitures à chevaux qu'elles remplaçaient, de simples boîtes à roulettes. Les premiers fabricants avaient peu de connaissances en aérodynamique - la résistance des objets se déplaçant dans l'air, ou «traînée». La traînée augmente proportionnellement à la vitesse. La forme de la voiture, en particulier la zone frontale, affecte directement l'énergie consommée lorsque le véhicule avance.

Un autre effet de la vitesse accrue est la portance supplémentaire - la tendance de la carrosserie à remonter de la surface de la route - de l'air circulant sous la voiture, réduisant la traction et la stabilité dans les virages. L'utilisation de souffleries a guidé les ingénieurs de conception automobile dans la réduction des arêtes vives et l'amélioration de la rationalisation, réduisant ainsi la traînée, la portance et la consommation d'énergie.

En conséquence, les marques et les modèles semblent similaires car chaque constructeur adopte rapidement tout avantage acquis par un concurrent. Les futures voitures sont susceptibles d'être plus courtes avec plus de courbes tout en maintenant ou en augmentant l'espace intérieur pour les passagers.

Matériaux

Le poids d'une voiture affecte directement la consommation de carburant utilisée pendant les opérations. L'Université de Washington signale que la construction monocoque, les matériaux légers et les moteurs plus petits ont réduit le poids moyen de l'automobile de 1 700 livres entre 1975 et 2009. Cependant, une grande partie de l'avantage a été compensée par une augmentation de la taille du véhicule et une fonctionnalité accrue.

La pression fédérale continue pour augmenter l'économie de carburant se traduira par une plus grande utilisation d'acier léger, d'aluminium, de matériaux composites, et de plastiques pour réduire le poids et améliorer la résistance à l'impact. Par exemple, le corps du Tesla Roadster est fabriqué à partir d'un composite léger en fibre de carbone / époxy, aussi solide que l'acier et qui pèse 30% de moins. À mesure que les coûts de fabrication diminuent, de plus en plus de fabricants se tourneront vers les nouveaux matériaux composites révolutionnaires pour leurs véhicules.

Efficacité mécanique

Le moteur à combustion interne à quatre temps a été la principale source d'énergie pour les automobiles pendant des décennies. Au fil des ans, les progrès technologiques tels que les doubles arbres à cames en tête avec quatre soupapes à distribution variable, l'injection forcée d'air, l'injection de carburant, l'injection de carburant ajustée par ordinateur et le calage variable des soupapes ont accru l'efficacité et la puissance du moteur.

L'utilisation généralisée de l'unité de commande du moteur - un ordinateur de bord qui régule le calage de l'allumage, le mélange air / carburant et le régime de ralenti - crée une plus grande efficacité énergétique et un diagnostic moteur constant. Les transmissions sont plus efficaces, évoluant d'un changement manuel de trois vitesses avant et arrière, à un changement automatique de six à huit vitesses et inversement. L'hydraulique améliorée permet une direction assistée sans effort, tandis que les freins antiblocage réduisent considérablement le temps et l'espace d'arrêt.

À partir de 2015, les hybrides - une combinaison du moteur à essence et du moteur électrique - ne sont pas devenus populaires dans certaines régions des États-Unis. Selon Experian Automotive (via Adam Goldfein), un hybride sur quatre a été vendu en Californie, un montant supérieur à celui des cinq États suivants (Floride, Texas, New York, Virginie et Washington) combinés.

Bien que la plupart des grands constructeurs automobiles proposent actuellement un modèle hybride, les modèles Toyota Prius dominent le marché avec près de 5 millions de ventes totales depuis 2000, selon Wall Street, 24/7. Depuis 2000, les ventes annuelles d'automobiles ont été aussi faibles que 10, 4 millions (année 2009) à 17, 4 millions (année 2000), les hybrides ont représenté moins de 3% du total des ventes depuis 2000 et, selon Green Car Reports, représentent en moyenne environ 3% du total des ventes annuelles actuellement.

De nombreux observateurs croient que la combinaison de ce qui suit a limité la vente d'hybrides à ce jour:

  • Prix ​​à la consommation élevés par rapport aux modèles de moteurs traditionnels (5 000 $ ou plus pour une voiture comparable)
  • Moins d'installations de service indépendantes capables d'entretenir ou de réparer les véhicules hybrides ou électriques, exigeant que la voiture soit entretenue par le concessionnaire vendeur
  • Manque de familiarité avec la nouvelle technologie
  • Efficacité énergétique accrue des moteurs à gaz
  • Une culture automobile qui idéalise la puissance et la vitesse sur autoroute

Alors que les véhicules purement électriques alimentés par des piles à combustible (non hybrides) ont capté l'attention du public, les améliorations apportées aux piles à combustible n'ont pas progressé aussi rapidement que prévu. La voiture électrique moyenne a une limite de conduite de 150 miles et nécessite 20 à 30 minutes pour recharger.

En revanche, une Ford Focus 2015 dotée d'un moteur à quatre cylindres, à carburant mixte (essence ou essence-éthanol) et d'un réservoir de 12, 4 gallons peut parcourir plus de 360 ​​milles sans ravitaillement. Bien que les voitures électriques puissent remplacer les sources d'énergie traditionnelles à l'avenir, le résultat le plus probable est une popularité accrue du moteur hybride, la transition logique entre les moteurs à essence et électriques.

Carburants

Pendant la majeure partie de son existence, l'automobile s'est appuyée sur l'essence - un produit pétrolier raffiné - pour son carburant. Le plomb tétraéthyle a été historiquement ajouté pour fournir plus de résistance à l'auto-inflammation, une condition que les conducteurs appelaient «frapper» lorsque l'allumage était éteint. Depuis les années 1970, l'éthanol - un carburant renouvelable mélangé à l'essence - a remplacé le plomb, la combinaison parfois appelée «carburant flexible».

Les autres carburants sont les suivants:

  • Gaz naturel comprimé . Certains véhicules, en particulier les gros camions et les autobus, sont conçus pour fonctionner avec du gaz naturel comprimé, un combustible fossile qui brûle plus propre que le pétrole et produit moins de polluants. Des partisans comme le pétrolier T. Boone Pickens ont préconisé le GNC comme meilleure alternative environnementale et moins coûteuse à l'essence. Cependant, l'infrastructure permettant de fournir du GNC en tant qu'alternative viable à une nation d'automobiles n'existe pas, limitant ainsi son attrait pour les automobilistes.
  • Électricité Les véhicules électriques et hybrides sont de plus en plus courants, avec une économie de carburant d'environ 33% supérieure à celle d'un moteur à essence. Alors que les voitures à batterie peuvent être rechargées à la maison ou dans les stations de recharge publiques, la gamme des véhicules électriques seulement est considérablement inférieure à une voiture à essence avec une capacité de stockage de 12 gallons ou plus. Les améliorations de la technologie des batteries ont été plus lentes que prévu initialement, et les véhicules électriques restent plus chers que les véhicules à essence. Néanmoins, les voitures électriques continueront de gagner une plus grande part de marché à mesure que les coûts de fabrication diminueront et que leurs avantages environnementaux deviendront plus évidents. Les modèles hybrides reposant sur un moteur à essence pour recharger les batteries ou alimenter le moteur électrique peuvent être conduits plus loin que les véhicules à essence et conserver un avantage d'économie de carburant.
  • Hydrogène Certains scientifiques et fabricants d'automobiles préconisent l'hydrogène comme carburant de demain, principalement pour ses avantages environnementaux. En 2014, Hyundai a commencé à louer le premier véhicule fonctionnant à l'hydrogène aux États-Unis, tandis que Toyota a annoncé son intention de vendre sa première voiture à hydrogène en 2015. La plupart des grands constructeurs ont développé des voitures fonctionnant à l'hydrogène. Cependant, l'infrastructure de ravitaillement nécessaire pour soutenir l'hydrogène comme combustible primaire n'existe pas encore.

Il est peu probable qu'un seul carburant alternatif remplacera l'essence en tant que carburant principal de l'automobile avant 2025. Les automobiles électriques et les véhicules hybrides continueront de recueillir des parts de marché importantes à mesure que la distance parcourue par charge électrique augmente. Le prix mondial du pétrole aura également une grande incidence sur la conversion en gros d'un combustible de remplacement. Si les prix continuent à 4, 00 $ le gallon ou plus, le passage aux carburants de remplacement sera stimulé.

Communications

La communication électronique entre l'automobile et l'environnement dans lequel elle opère a subi les changements les plus spectaculaires. Les systèmes de positionnement global (GPS) sont disponibles dans la plupart des nouvelles voitures, mais en tant qu'élément complémentaire pour beaucoup. À mesure que ces systèmes deviendront la norme pour toutes les nouvelles voitures, le suivi des véhicules en temps réel augmentera, ainsi que la surveillance du moteur hors site. Un système GPS est essentiel pour les véhicules sans conducteur.

Les communications de véhicule à véhicule (V2V) et de véhicule à infrastructure (V2I) deviendront courantes, de sorte que les automobiles seront automatiquement informées de la position et du mouvement des autres véhicules, en plus de l'évolution des conditions routières. Les panneaux de signalisation interactifs et les feux de circulation fourniront des communications automatiques et constantes aux véhicules, permettant des corrections de cap et de vitesse sans intervention du conducteur. Au fur et à mesure que ces éléments - déjà techniquement disponibles - seront mis en place, la voiture sans conducteur deviendra une réalité.

Routes et autoroutes

Au cours des prochaines décennies, les États-Unis reconstruiront leur infrastructure vieillissante et intégreront la nouvelle technologie de communication. Les voies réservées aux gros camions sont courantes sur les autoroutes aujourd'hui. Le peloton sur les routes inter-États - les voitures individuelles reliées électroniquement et voyageant ensemble comme une unité - deviendra monnaie courante alors que le pays reconstruira ses autoroutes pour accommoder les capacités de communication.

La raison d'être des limitations de vitesse était historiquement la suivante:

  • Sécurité du conducteur . Conduire à des vitesses plus basses permet aux conducteurs de plus de temps pour faire des ajustements si nécessaire et réduit les forces d'impact. Les accidents de la route seront considérablement réduits car les ordinateurs remplacent les conducteurs humains, les premiers effectuant des ajustements instantanés à mesure que les conditions routières et de circulation changent. Les lecteurs doivent noter que l'autoroute en Allemagne de l'Ouest n'a pas de limite de vitesse supérieure et a connu un taux de fatalité de la circulation bien en dessous du réseau routier interétatique américain pendant des années.
  • Économie de carburant . Le gouvernement fédéral a imposé une limite de vitesse de 55 milles à l'heure par l'entremise de la Emergency Highway Energy Conservation Act en 1974 afin de réduire la consommation d'essence. Les limites ont été relevées à 65 mi / h en 1987 et abrogées en 1995. Il y a peu de preuves que les limites de vitesse inférieures ont permis d'importantes économies de carburant à l'échelle nationale.

Au fur et à mesure que l'infrastructure routière est remplacée et que le nombre de robots augmente proportionnellement, les limites de vitesse maximales disparaissent au niveau de l'état.

sécurité

La sécurité des conducteurs et des passagers a considérablement augmenté au cours des dernières années grâce à une meilleure conception des véhicules et à l'utilisation de coussins gonflables à déploiement automatique. Le contrôle automatique des feux de route est actuellement de série sur de nombreuses voitures et les capacités de vision nocturne avec détection automatique des piétons sur les modèles de luxe peuvent être standard d'ici 2025. Des radars montés à l'arrière et des caméras multidirectionnelles multi-sens apparaissent déjà dans le luxe modèles d'automobiles, et deviendra probablement la norme dans les années à venir.

Des systèmes de direction d'urgence automatiques combinant le freinage et la direction évasive réduiront ou éviteront les collisions dangereuses à l'avenir. Nissan Motor Corporation fait partie des entreprises développant des dispositifs pour détecter l'incapacité d'un conducteur à conduire un véhicule en toute sécurité - des capteurs détectant l'alcool, des caméras pour surveiller les expressions faciales ou des logiciels pour reconnaître une conduite erratique - pour une utilisation éventuelle.

Dernier mot

Les automobiles du futur seront aussi différentes d'aujourd'hui que les premières automobiles ne diffèrent du cheval et du buggy. Les voitures sans conducteur seront significativement plus écoénergétiques, plus sûres, moins dommageables pour l'environnement et plus économiques à utiliser que n'importe quel mode de transport dans l'expérience humaine.

La transition vers l'avenir des voitures ne sera pas rapide, prenant au moins une douzaine d'années ou plus pour remplacer la flotte existante d'automobiles dans le pays. La reconstruction des autoroutes et des routes de la nation pour accommoder la nouvelle technologie risque de prendre encore plus de temps car les dirigeants de la nation se débattent avec des priorités nationales conflictuelles. Le rythme de l'amélioration technologique continuera d'augmenter, mais les avantages de ces améliorations ne seront vraisemblablement pas pleinement réalisés avant 2050 ou plus tard.

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