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Die Zukunft der Automobil- und Car-Technologie - Hybrid-, Elektro- und Fahrerlose Autos


In einem einzigen Jahrhundert hat die Einführung des Automobils massive Veränderungen in der amerikanischen Kultur, den Gemeinschaften, in denen wir leben, der Umwelt, der Wirtschaft und der persönlichen Unabhängigkeit vorangetrieben. Jeder Aspekt des täglichen Lebens hat sich verändert, von den Orten, an denen wir leben, bis zum Essen, das wir essen.

Automobile, die zunehmend für jedermann zugänglich sind, haben die Klassenunterschiede zwischen den Geschlechtern verwischt, die Märkte erweitert und die Wirtschaft stimuliert. Die Industrie beschäftigt direkt mehr als 2, 6 Millionen Menschen und macht laut Auto Alliance 3% bis 3, 5% des Bruttoinlandsprodukts (BIP) des Landes aus.

Die amerikanische Liebesaffäre mit Autos zeigt sich in der Anzahl der Besitzer. Nach Angaben des Bureau of Transportation Statistics gab es 2012 in den Vereinigten Staaten mehr als 250 Millionen registrierte Fahrzeuge oder einen für jeden Amerikaner über 18 Jahren. Der durchschnittliche Haushalt besitzt 1, 75 Fahrzeuge. Die Fahrer fuhren in diesem Jahr mehr als 2, 8 Milliarden Meilen über 4, 5 Millionen Kilometer Straßen und Autobahnen und 605.471 Brücken.

Verbraucher können aus einer Vielzahl von Autoherstellern wählen, die alle unterschiedliche Marken, Modelle und Karosserieformen herstellen. Die Fahrzeuge können dann weiter nach Farbe, Motortyp, Getriebe, Innenausstattung und Art der Räder angepasst werden. Darüber hinaus gibt es Tausende von Autowerkstätten, High-Performance-Mechaniker und Body-Customising-Shops bereit, die Träume eines jeden Autobesitzers zu erfüllen.

Die negativen Auswirkungen von Automobilen auf das moderne Leben

Für all seine Beiträge zum modernen Leben hat das Automobil auch erhebliche negative Folgen für den Einzelnen und die Gesellschaft insgesamt:

  • Kosten . Der Kauf und der laufende Betrieb eines Automobils ist einer der größten Ausgaben, die eine typische Person im Laufe ihres Lebens macht. Nach Angaben des Bureau of Labor Statistics machen Automobile etwa ein Sechstel des Familienbudgets aus, mehr als Essen oder Gesundheit und Versicherung. Die BLS berichtet, dass 2010 der durchschnittliche Pkw in den USA 11, 4 Jahre alt war und 11.318 Meilen gefahren wurde, während er 2.132 Dollar für Gas und Öl verbrauchte. Außerdem gaben die Fahrer durchschnittlich 787 Dollar für Reparaturen und Wartung aus.
  • Todesfälle und Verletzungen . Laut dem United States Census Bureau treten seit 1990 jährlich mehr als 10 Millionen Unfälle mit Autos auf, die mehr als 30.000 Todesfälle pro Jahr verursachen. Während die Rate jedes Jahr abnimmt - was Verbesserungen im Design und in der neuen Technologie widerspiegelt - schätzt die National Highway Traffic Safety Administration, dass die Kosten für Unfälle im Jahr 2010 871 Milliarden Dollar betrugen.
  • Zersiedelung . Die US-Bevölkerung hat sich von 76 Millionen Menschen im Jahr 1900 auf 281 Millionen im Jahr 2000 mehr als verdreifacht. Laut einer US-Volkszählungsstudie aus dem Jahr 2002 ist die Zahl der Menschen in einem Großraum jedoch seit 1950 deutlich zurückgegangen als 7.000 Menschen eine Quadratmeile Landfläche besetzt haben; im Jahr 2000 gab es weniger als 3.000 pro Quadratmeile. Diese Ausbreitung verringert die Effizienz des Massentransits und erhöht den Druck, weiter ausgebaute Straßen- und Autobahnnetze zu bauen.
  • Überlastung . Laut einer Texas A & M Mobilitätsstudie aus dem Jahr 2012 verbringt der durchschnittliche Pendler mehr als 50 Stunden pro Woche in seinem Auto im Stau. In Städten wie Los Angeles, Boston und New York beträgt die Stauzeit mehr als 60 Stunden pro Jahr, was dazu führt, dass Amerikaner kumulativ 5, 5 Milliarden Stunden mehr als nötig zurücklegen und zusätzliche 2, 9 Milliarden Gallonen Treibstoff kaufen.
  • Verschmutzung . Während die Luftverschmutzung dem Automobil vorausgeht, sind sich die meisten Wissenschaftler einig, dass unsere persönlichen Autos eine Hauptursache für die globale Erwärmung sind. Laut der Union of Concerned Scientists machen Autos und Lastwagen fast ein Fünftel aller Emissionen in den USA aus - etwa 24 Pfund Kohlendioxid und andere Treibhausgase für jede Gallone verbrannten Gases.

Die Zukunft des Automobils

Obwohl sich die Automobile seit ihrer Einführung stark verändert haben, nimmt das Tempo der Verbesserungen bei Automobilen zu - insbesondere im Hinblick auf Fortschritte bei der Bekämpfung ihrer negativen Auswirkungen. Einige Futuristen sagen voraus, dass autonome autonom fahrende Autos innerhalb des nächsten Jahrzehnts entstehen werden.

ExtremeTech berichtet, dass Mercedes-Benz sein fahrerloses Auto auf der Consumer Electronics Show 2015 vorgestellt hat, das Luxusfahrzeug F-105, das mit Vordersitzen ausgestattet ist, die so geschwenkt werden, dass Fahrer und Beifahrer Rücken an Rücken sitzen können Passagiere. Inzwischen hat BMW seinen i3 EV demonstriert, der selbstständig parken und ein Parkhaus auf Freiflächen durchsuchen kann.

Laut CNBC prognostizieren einige Analysten, dass neue Hersteller wie Google und Apple die traditionellen Massenhersteller wie General Motors, Ford, Honda und Volkswagen durch neue Technologien ersetzen werden. Andere Vorhersagen umfassen Folgendes:

  • Weniger Autos werden von Familienbesitz sein, da ein einzelnes Auto einer Reihe von Mitgliedern nacheinander und gleichzeitig dienen kann, ohne auf einen Fahrer zu warten. Zum Beispiel könnte ein fahrerloses Auto zu seiner Heimatbasis zurückkehren, nachdem es einen Arbeiter ins Büro gebracht hat und während des Tages für den Transport anderer Familienmitglieder zur Verfügung steht, bevor es zurückkehrt, um den Pendler später am Abend abzuholen.
  • Die gemeinsame Mobilität wird zunehmen, wenn Menschen Autos benutzen, ohne sie zu besitzen.

Elemente der wesentlichen Veränderung

Signifikante Verbesserungen werden die negativen Auswirkungen von Automobilen in der Zukunft reduzieren. Dazu gehören die folgenden Aspekte und Elemente.

Design

Die ersten Autos ähnelten den Pferdekutschen, die sie ersetzten, einfache Kisten auf Rädern. Frühe Hersteller hatten wenig Ahnung von Aerodynamik - dem Widerstand von Objekten, die sich durch die Luft bewegen, oder "Ziehen". Der Widerstand steigt proportional mit der Geschwindigkeit. Die Form des Autos, insbesondere die Frontalfläche, beeinflusst direkt die Energie, die beim Vorwärtsfahren des Fahrzeugs verbraucht wird.

Ein weiterer Effekt der erhöhten Geschwindigkeit ist ein zusätzlicher Auftrieb - die Neigung der Karosserie, von der Straßenoberfläche aufzusteigen - von der unter dem Fahrzeug fließenden Luft, was die Traktion und Stabilität während der Kurvenfahrt verringert. Der Einsatz von Windkanälen hat Automobilentwickler dazu geführt, scharfe Kanten zu reduzieren und die Stromlinienform zu verbessern, wodurch der Widerstand, der Auftrieb und der Energieverbrauch reduziert werden.

Als Konsequenz erscheinen Marken und Modelle ähnlich, da jeder Hersteller schnell jeden Vorteil nutzt, den ein Konkurrent erzielt. Zukünftige Autos sind wahrscheinlich kürzer mit mehr Kurven, während sie den Innenraum für die Passagiere beibehalten oder vergrößern.

Materialien

Das Gewicht eines Autos beeinflusst direkt den Kraftstoffverbrauch während des Betriebs. Die Universität von Washington berichtet, dass die weit verbreitete Verwendung von Unibody-Konstruktionen, Leichtbaumaterialien und kleineren Motoren das Durchschnittsgewicht des Automobils zwischen 1975 und 2009 um 1700 Pfund reduzierte. Ein großer Teil des Vorteils wurde jedoch durch eine Zunahme der Fahrzeuggröße und zusätzliche Funktionalität ausgeglichen.

Der fortgesetzte Druck des Bundes, den Kraftstoffverbrauch zu erhöhen, wird zu einer stärkeren Verwendung von leichtgewichtigem Stahl, Aluminium, Verbundwerkstoffen und Kunststoffen führen, um das Gewicht zu reduzieren und die Crashsicherheit zu verbessern. Die Karosserie des Tesla Roadsters besteht zum Beispiel aus einem leichten Kohlefaser / Epoxid-Verbundstoff, der so stark wie Stahl ist und 30% weniger wiegt. Wenn die Herstellungskosten des Materials sinken, werden sich mehr Hersteller für die revolutionären neuen Verbundmaterialien für ihre Fahrzeuge entscheiden.

Mechanische Effizienz

Der Viertakt-Verbrennungsmotor ist seit Jahrzehnten die primäre Energiequelle für Automobile. Im Laufe der Jahre haben technologische Fortschritte wie zwei obenliegende Nocken mit vier Ventilen mit variabler Ventilsteuerung, erzwungener Luftzufuhr, Kraftstoffeinspritzung, computerangepasster Kraftstoffeinspritzung und variabler Ventilsteuerung Motoreffizienz und Leistung erhöht.

Die weit verbreitete Verwendung des Motorsteuergeräts - eines Bordcomputers, der den Zündzeitpunkt, das Luft / Kraftstoff-Gemisch und die Leerlaufdrehzahl regelt - schafft eine höhere Kraftstoffeffizienz und eine konstante Motordiagnose. Die Getriebe sind effizienter, sie reichen vom manuellen Schalten von drei Vorwärtsgängen und Rückwärtsgängen bis zum automatischen Schalten von sechs bis acht Gängen und umgekehrt. Verbesserte Hydraulik ermöglicht mühelose Servolenkung, während Antiblockierbremsen die Stoppzeit und den Platz drastisch reduziert haben.

Seit 2015 sind Hybride - eine Kombination des Benzinmotors und des Elektromotors - in Teilen der Vereinigten Staaten nicht populär geworden. Laut Experian Automotive (über Adam Goldfein) wurde in Kalifornien einer von vier Hybriden verkauft, eine Menge, die größer ist als die der nächsten fünf Staaten (Florida, Texas, New York, Virginia und Washington) zusammen.

Obwohl die meisten der großen Autohersteller derzeit ein Hybridmodell anbieten, haben Toyotas Prius-Modelle den Markt mit rund 5 Millionen Gesamtverkäufen seit dem Jahr 2000 laut 24/7 Wall Street dominiert. Seit den USA sind die jährlichen Verkäufe von Autos seit 2000 so niedrig wie 10, 4 Millionen (Jahr 2009) bis 17, 4 Millionen (Jahr 2000), haben Hybride seit 2000 weniger als 3% des Gesamtumsatzes und laut Green Car Reports im Durchschnitt etwa 3% des gesamten Jahresumsatzes ausgemacht.

Viele Beobachter glauben, dass die Kombination der folgenden den Verkauf von Hybriden bisher eingeschränkt hat:

  • Hohe Verbraucherpreise im Vergleich zu herkömmlichen Motormodellen (5.000 $ oder mehr für ein vergleichbares Auto)
  • Weniger unabhängige Serviceeinrichtungen, die in der Lage sind, Hybride oder Elektroautos zu warten oder zu reparieren, wobei das Auto vom Verkaufshändler gewartet werden muss
  • Mangel an Verbraucher vertraut mit der neuen Technologie
  • Erhöhte Kraftstoffeffizienz von Gasmotoren
  • Eine Automobilkultur, die Pferdestärken und Schnellstraßen idealisiert

Während rein elektrische Fahrzeuge, die mit Brennstoffzellen betrieben werden (keine Hybride), die Begeisterung der Öffentlichkeit erobert haben, sind die Verbesserungen der Brennstoffzellen nicht so schnell vorangekommen wie geplant. Das durchschnittliche Elektroauto hat eine 150-Meilen-Grenze und benötigt 20 bis 30 Minuten zum Aufladen.

Im Gegensatz dazu kann ein 2015 Ford Focus mit einem Vierzylinder, Flex-Kraftstoff (Benzin oder Benzin-Ethanol-Mischungen) Motor und einem 12, 4-Gallonen-Tank mehr als 360 Meilen ohne Betankung reisen. Während Elektroautos in Zukunft die herkömmlichen Stromquellen ersetzen können, ist das wahrscheinlichste Ergebnis eine erhöhte Popularität des Hybridmotors, der logische Übergang zwischen den Gas- und Elektromotoren.

Brennstoffe

Für den größten Teil seiner Existenz hat das Auto auf Benzin - ein raffiniertes Erdölprodukt - für seinen Brennstoff vertraut. Tetraethylblei wurde historisch hinzugefügt, um der Selbstentzündung mehr Widerstand zu bieten, ein Zustand, der als "Klopfen" bezeichnet wurde, wenn die Zündung ausgeschaltet wurde. Seit den 1970er Jahren hat Ethanol - ein erneuerbarer Kraftstoff, der mit Benzin vermischt ist - Blei ersetzt, die Kombination, die manchmal "Flex-Kraftstoff" genannt wird.

Andere Brennstoffe umfassen Folgendes:

  • Komprimiertes Erdgas Einige Fahrzeuge, insbesondere große Lastkraftwagen und Busse, sind für den Betrieb mit komprimiertem Erdgas ausgelegt, einem fossilen Kraftstoff, der sauberer als Erdöl verbrennt und weniger Schadstoffe produziert. Befürworter wie Ölmann T. Boone Pickens haben CNG als eine bessere Umwelt und billigere Alternative zu Benzin befürwortet. Die Infrastruktur zur Bereitstellung von CNG als eine brauchbare Alternative zu einer Nation von Automobilen existiert jedoch nicht, wodurch ihre Anziehungskraft auf Autofahrer eingeschränkt wird.
  • Elektrizität . Elektro- und Hybridfahrzeuge werden immer häufiger verwendet, wobei der Kraftstoffverbrauch etwa 33% höher ist als bei Benzinmotoren. Während die batteriebetriebenen Autos zu Hause oder an öffentlichen Ladestationen aufgeladen werden können, ist die Reichweite der reinen Elektrofahrzeuge wesentlich geringer als bei einem benzinbetriebenen Auto mit einer Speicherkapazität von 12 oder mehr Gallonen. Verbesserungen in der Batterietechnologie waren langsamer als ursprünglich projiziert, und die elektrisch betriebenen Fahrzeuge bleiben teurer als eine benzinbetriebene Alternative. Trotzdem werden Elektroautos weiterhin einen größeren Marktanteil gewinnen, da die Herstellungskosten sinken und ihre Umweltvorteile deutlicher werden. Hybride Modelle, die auf einen Benzinmotor angewiesen sind, um Batterien aufzuladen oder den Elektromotor anzutreiben, können weiter gefahren werden als benzinbetriebene Fahrzeuge, und behalten auch einen Brennstoffwirtschaftsvorteil bei.
  • Wasserstoff . Einige Wissenschaftler und Automobilhersteller plädieren für Wasserstoff als Kraftstoff der Zukunft, vor allem wegen seiner ökologischen Vorteile. Im Jahr 2014 hat Hyundai damit begonnen, das erste mit Wasserstoff betriebene Fahrzeug in den USA zu leasen. Toyota kündigte Pläne an, sein erstes mit Wasserstoff betriebenes Auto im Jahr 2015 zu verkaufen. Die meisten großen Hersteller haben Autos mit Wasserstoffantrieb in der Entwicklung. Die für die Unterstützung von Wasserstoff als Primärenergieträger notwendige Infrastruktur für die Kraftstoffversorgung existiert jedoch noch nicht.

Es ist unwahrscheinlich, dass ein einzelner alternativer Kraftstoff vor 2025 Benzin als primären Kraftstoff des Autos verdrängen wird. Elektroautos und Hybridfahrzeuge werden weiterhin beträchtliche Marktanteile sammeln, wenn die zurückgelegte Strecke pro Ladung zunimmt. Der Weltmarktpreis für Öl wird sich auch stark auf die eventuelle Umstellung auf alternativen Kraftstoff auswirken. Wenn die Preise weiterhin bei $ 4, 00 pro Gallone oder mehr liegen, wird der Wechsel zu alternativen Kraftstoffen angekurbelt.

Kommunikation

Die elektronische Kommunikation zwischen dem Automobil und der Umwelt, in der er betrieben wird, hat die dramatischsten Veränderungen erfahren. Global Positioning Systems (GPS) sind in den meisten neuen Autos verfügbar, wenn auch als Zusatz für viele. Da diese Systeme für alle neuen Fahrzeuge zum Standard werden, wird die Verfolgung von Fahrzeugen in Echtzeit und die Überwachung der Motoren außerhalb des Standorts verstärkt. Ein GPS-System ist für fahrerlose Fahrzeuge unerlässlich.

Fahrzeug-zu-Fahrzeug (V2V) und Fahrzeug-zu-Infrastruktur (V2I) -Kommunikationen werden alltäglich, so dass Kraftfahrzeuge automatisch die Position und Bewegung anderer Fahrzeuge zusätzlich zu sich ändernden Straßenbedingungen wahrnehmen. Interaktive Verkehrsschilder und Verkehrssignale ermöglichen eine automatische, ständige Kommunikation mit den Fahrzeugen und ermöglichen Kurs- und Geschwindigkeitskorrekturen ohne Fahrereingriff. Da diese Elemente - bereits technisch verfügbar - eingesetzt werden, wird das fahrerlose Auto zur Realität werden.

Straßen und Autobahnen

In den kommenden Jahrzehnten werden die USA ihre alternde Infrastruktur wieder aufbauen und die neue Technologie der Kommunikation einbeziehen. Eingeschränkte Fahrspuren für große Lastwagen sind heute auf Autobahnen üblich. Platooning auf Interstate Highways - einzelne Autos, die elektronisch miteinander verbunden sind und als Einheit zusammen reisen - wird alltäglich werden, wenn das Land seine Autobahnen wiederaufbaut, um Kommunikationsfähigkeiten zu ermöglichen.

Die Gründe für die Geschwindigkeitsbegrenzungen waren bisher:

  • Fahrersicherheit . Das Fahren mit niedrigeren Geschwindigkeiten ermöglicht dem Fahrer mehr Zeit, um bei Bedarf Anpassungen vorzunehmen und die Aufprallkräfte zu reduzieren. Straßenverkehrsunfälle werden drastisch reduziert, da Computer menschliche Fahrer ersetzen, wobei die ersten unmittelbar Anpassungen vornehmen, wenn sich die Straßen- und Verkehrsbedingungen ändern. Leser sollten beachten, dass die Autobahn in Westdeutschland keine oberen Geschwindigkeitsbegrenzungen hat und eine Verkehrtodesrate weit unter dem US Interstate Highway System seit Jahren erlebt hat.
  • Kraftstoffverbrauch . Ein Tempolimit von 55 Meilen pro Stunde wurde von der Bundesregierung 1974 über das Notstrassenerhaltungsgesetz zur Senkung des Benzinverbrauchs verhängt. Die Grenzwerte wurden 1987 auf 65 mph angehoben und 1995 aufgehoben. Es gibt kaum Hinweise darauf, dass die niedrigeren Geschwindigkeitsbegrenzungen zu erheblichen nationalen Kraftstoffeinsparungen führten.

Da die Autobahninfrastruktur ersetzt wird und die Anzahl der Roboterautos proportional steigt, verschwinden die maximalen Geschwindigkeitsbegrenzungen auf staatlicher Ebene.

Sicherheit

Die Sicherheit von Fahrern und Fahrgästen hat in den letzten Jahren durch besseres Fahrzeugdesign und den Einsatz von automatisch auslösenden Airbags stark zugenommen. Die automatische Fernlichtsteuerung ist derzeit bei vielen Fahrzeugen Standard, und die Nachtsichtfunktionen mit automatischer Fußgängererkennung bei Luxusmodellen können bis 2025 Standard sein. Hinten montierte Radar- und Multidirektionalkameras erscheinen bereits im Luxus Modelle von Automobilen, und wird voraussichtlich in den kommenden Jahren Standard werden.

Automatische Notlenksysteme, die Bremsen und Ausweichlenkungen kombinieren, werden gefährliche Kollisionen in der Zukunft reduzieren oder vermeiden. Die Nissan Motor Corporation gehört zu den Unternehmen, die Geräte zur Erkennung der Unfähigkeit eines Fahrers entwickeln, ein Fahrzeug sicher zu bedienen - Sensoren, die Alkohol erfassen, Kameras zur Überwachung von Gesichtsausdrücken oder Software zur Erkennung von Fahrfehlern - für den späteren Gebrauch.

Letztes Wort

Automobile der Zukunft werden so anders sein wie heute, als sich die ersten Autos vom Pferd und Buggy unterschieden. Fahrerlose Autos sind wesentlich energieeffizienter, sicherer, weniger umweltbelastend und wirtschaftlicher zu betreiben als jede Art von Fortbewegung in der menschlichen Erfahrung.

Der Übergang in die Zukunft von Autos wird nicht schnell sein und mindestens ein Dutzend oder mehr Jahre dauern, um die bestehende Fahrzeugflotte des Landes zu ersetzen. Es wird wahrscheinlich noch länger dauern, die Autobahnen und -straßen des Landes auf die neue Technologie umzustellen, da die nationalen Führer mit widersprüchlichen nationalen Prioritäten kämpfen müssen. Das Tempo der technologischen Verbesserung wird weiter zunehmen, aber die Vorteile dieser Verbesserungen werden wahrscheinlich erst 2050 oder später voll zum Tragen kommen.

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