Hur Hypercars fungerar

Vad gör våra fordon så ineffektiva? Se konceptbilbilder. Justin Sullivan / Getty Images

-Namnlösa: Vilken typ av bil du kör, du skulle förmodligen älska att få bättre gasmilometer. Även om du kör ett effektivt hybridfordon, kan du tänka dig varje gång du fyller tanken, "Skulle det inte vara bra om jag kunde få ännu mer körsträcka? Som mer än 100 mil per gallon (42,5 kilometer per liter) ?" Tja, om en grupp visionära ingenjörer har sin väg kan du bara göra det.

Människor som energipolitisk expert Amory Lovins, designers på ett företag som heter Fiberforge och till och med biltekniker på Volkswagen har jobbat hårt med att skapa bilar som är oerhört lätta och ultraeffektiva. Resultatet: hyperbilar. Med avancerade material och alternativa bränslesystem behöver hyperbilar inte offra säkerhet, prestanda eller lyx i bränsleeffektivitetens namn.

Om du tror att biltekniken är redo att utvecklas efter att du i princip har varit densamma under de senaste 50 åren kommer den här artikeln att förklara varför du kanske har rätt. I stället för stålramade fordon med flera ton som drivs av förbränningsmotorer, kommer vi att visa dig bilar tillverkade av kolkompositmaterial som är lättare och starkare än stål, med eleganta aerodynamiska former och otroligt effektiva motorer. Faktum är att några av dessa bilar är så effektiva att du kan ansluta dem och returnera strömmen till nätet för att få en rabatt på din elräkning. Detta är inte bara paj i himlen futurism, heller. Vi visar dig några hypercars som är på väg idag.

Om du planerar att designa en supereffektiv bil, är det första du behöver göra att ta reda på vad som gör fordonen för närvarande på vägen så ineffektiva - det visar sig vara en ganska lång lista. Ta reda på vad som överst i listan på nästa sida.

Innehåll

1. Slösa energi
2. Ultralätt och hypereffektivt
3. Hypercars på vägen

Mycket energi (och pengar) slösas bort genom att helt enkelt transportera bränsle. Noel Hendrickson / Getty Images

Få experter hävdar med tanken att det största problemet med moderna bilar är vikten. Enligt Miljöskyddsbyrån (EPA) är varje 100 kg. (45,36 kg) som tas bort från en bil kan öka bränslets körsträcka med 1 till 2 procent. Det exakta antalet beror på fordonets storlek och dess motor - ju mindre bilen är, desto dramatiskare är ökningen i bränslet körsträcka. Nu kanske 1 till 2 procent inte låter mycket, men det lägger till. Om du kan ta bort 2 000 kg. (907,2 kg) från en bil, kan du öka din körsträcka med upp till 40 procent. Men fördelarna slutar inte där. Om en bil är konstruerad från grunden till att vara ungefär ett ton lättare behöver den inte en stor motor för att få samma prestanda. Den tyngsta delen av vilken bil som helst är vanligtvis motorblocket, så om du kan använda en mindre motor sparar du ännu mer vikt. Ovanpå allt detta behöver du inte ta med så mycket bränsle, eftersom den mindre motorn kommer att brinna mindre. En gallon gas väger cirka 6 kg. (2,72 kg). Om du har en bränsletank på 20 gallon (75,69 liter) i din SUV, bränner du mycket bränsle för att bara göra bensin. När du har gjort en bil betydligt lättare kan du minska vikten på många komponenter, inklusive bromsar, fjädring och till och med däcken [källa: USA TODAY].

Ineffektiviteten slutar dock inte med vikten. Många moderna bilar har luftkonditioneringssystem som är mycket kraftfullare än de behöver vara för det lilla slutna utrymmet de är utformade för att svalna. Förutom extra vikt drar de en betydande mängd kraft från motorn.

Däck är en annan energi öm plats. De flesta däck är inte utformade för att minimera rullmotståndet, vilket innebär att motorn måste trycka ännu hårdare för att flytta bilen. Sidoväggens flex i däcken slösar bort ännu mer energi. Och varje gång du slår på bromsarna sprids en stor mängd energi som värme. Du gissade det - mer energiförlust.

Slutligen, medan många fordon har aerodynamiska kroppsformer, har inte alla bilar en optimal aerodynamisk profil. Om vindmotstånd inte verkar som en stor sak, tänk på hur mycket kraft som skjuter tillbaka på din hand när du sticker den ut genom fönstret i en rörlig bil. Föreställ dig nu den kraft som trycker mot hela framytan på bilen.

Vad är nettoeffekten av all denna ineffektivitet? Låt oss använda ett grundläggande exempel - hur är det med din typiska enhet att fungera? Allt du behöver göra är att flytta dig från en punkt till en annan, tillsammans med kanske en portfölj eller lunchlåda. Ändå, på enheten dit, drar du också cirka två ton stål tillsammans med dig. Enligt Amory Lovins kommer 90 procent av energin som genereras av motorn i ditt fordon aldrig ens fram till hjulen, eftersom det mesta går förlorat så värme som motorn och drivdrivdelarna gnider ihop. I slutändan används bara 0,3 procent av all kraft som din motor släpper ut för att förflytta kroppen [källa: AutoblogGreen].

Nu när du vet vilka delar av våra bilar som slösar energi kan du gå till att designa bilar som gör det bättre. Ta reda på hur på nästa sida.

-

Amory Lovins

Om det finns en enda spjutspets för hyperbilarörelsen, är det Amory Lovins, en anspråkig ingenjör, miljövän och mottagare av ett -MacArthur Fellowship. Lovins filosofi om energianvändning är enkel: USA måste minska den totala energiförbrukningen. Hans Rocky Mountain Institute (RMI) är en tänketank som ägnas åt att utveckla testbäddsteknologier i hopp om att leda större företag ner en mer energieffektiv väg. Under senare år blev ett RMI-spinoffföretag som heter Hypercar, Inc. Fiberforge, ett företag som fokuserade på utveckling av billigt massproducerbart kolfiber [källa: The Wall Street Journal].

Negawatts

EN Negawatt är en hypotetisk energienhet som aldrig genererades. Det representerar en ökning av effektiviteten. Vissa hyperbilar kan ta konceptet ett steg längre. Hybridbilar kan använda regenerativ bromsning för att öka laddningen i batterierna ombord. Bilens höga effektivitet gör att du kan avsluta din resa med extra juice i batterierna. Det var då du skulle ansluta ditt fordon till ett uttag. Istället drar du ström för att ladda batterierna tillåter du strömmen från batterierna att rinna in i nätet. Din elmätare spårar hur mycket du lägger tillbaka i systemet, och elföretaget betalar dig till en viss hastighet i form av en elrabatt eller en check, om ditt hus är tillräckligt effektivt för att ha en generell negativ energianvändning.

Formel 1-racerbilar är konstruerade nästan helt av kolfiber. Idén att köra en F1-bil till jobbet varje dag kan vara tilltalande, men den är inte så praktisk. Mark Thompson / Getty Images

Kom ihåg vad du har lärt dig från föregående sida, om du skulle utforma en bil till att vara det mest bränsleeffektiva fordonet som möjligt, men ändå praktiskt för varje dagskörning, var skulle du börja?

Chassit kan vara ett bra ställe att börja. Stålramen på en standardbil är ganska tung. Det är också väldigt starkt, så om du vill göra det lättare måste du hitta något som kan motstå spänningarna för att bära tunga laster och behålla förmågan att absorbera stötar för att skydda de boende. Vissa biltillverkare har redan experimenterat med högre kvalitet stål, som är starkare än vanligt stål, vilket gör att mindre av det kan användas [källa: USA TODAY]. Men om vi verkligen vill skära punden, måste vi titta på kolfiber. När den är ordentligt förberedd är kolfiber tio gånger så stark som stål och väger mycket mindre. Byte av allt stål i en bil med kolfiber kan minska vikten med upp till 40 procent [källa: Green Car Congress].

Fordonets karosseri är ett annat område där betydande förbättringar kan göras. Bilens form bör testas i en vindtunnel för att se till att den har den optimala aerodynamiska formen. Allt som sticker ut från fordonets yta bör rationaliseras, till exempel sidospeglar, dörrhandtag och till och med fordonsskylt. Kroppen bör vara tillverkad av stark men ändå lätt kolfiber.

När det gäller fordonets kraftverk - motorn - måste du göra några val. Det finns flera sätt att driva bilen som är bättre än förbränningsmotorer, men den du väljer beror till stor del på den teknik som mognar snabbast. Vätebränsleceller avger bara vatten, och de kan vara effektiva om en ren och grön metod för att producera väte hittas. Elektriska motorer som körs på batterier och ansluts till vägguttag är tekniskt sett de mest kostnadseffektiva när du gör matematiken för att konvertera wattimmar per mil (wattimmar per kilometer) till miles per gallon (kilometer per liter) [källa: Hypercars ]. Det är särskilt sant om du laddar vid lågtid och har tillgång till ren el, t.ex. vind- eller vattenkraft. Ibland kanske du vill ha lite extra räckvidd eller mer kraft än en elmotor kan ge, så det kan vara en bra idé att använda en mycket effektiv förbränningsmotor. Ett aluminiumblock kommer att hålla vikten låg, och du kan förmodligen till och med klara med tre cylindrar med tanke på hur lätt bilen är.

Experimentella fordon som den här franska Microjoule-bilen kan uppnå extremt bränslekilometer (över 10 000 mpg, i detta fall), men målet med hyperbilsdesign är att skapa effektiva bilar praktiska för vardagsbruk. Bryn Lennon / Getty Images

Interiören är ett område av fordonet som ofta förbises i viktminskning. Det finns många möjligheter till viktminskning här. Du kan till exempel undvika tunga sittramar genom att göra sätena av kolfiber och till och med integrera dem i chassit. Några vadderade områden gör dem tunna och bekväma, även utan överdrivet stoppning, skum och klädsel. Du kan också klippa ner mattan. En liten kompressor kommer att driva den blygsamma luftkonditioneringsenheten, men den kommer att hålla bilen väldigt sval eftersom taket är isolerat och fönstren är dubbelpanade. Det finns inget taklucka - inte bara skulle det släppa in för mycket sommarvärme, utan taktak faktiskt lägger vikt till ett fordon och minskar chassistivheten. Vi vill lyssna på musik medan vi kör, men vi behöver ingen enorm förstärkare eller åskande högtalare. Ett blygsamt ljudsystem sparar vikt och låter fortfarande bra.

Naturligtvis vill du också komma ihåg att använda däck med låg valsning som gör att bilen lätt kan röra sig utan att offra dragkraften. Däckens sidoväggar är designade för att vara mycket styva, så att de inte böjer och slösar bort energi - en funktion som också förbättrar hanteringen. Däcken bör också använda en platt platt-teknik så att du inte behöver bära extra vikten för ett reservdäck eller till och med ett tungt fordonsuttag.

Där har du det - du har precis designat vår egen hyperbil. Låt oss nu titta på hyperkar som redan finns.

Kolfiberekonomi

Kolfiber har inte sett stor användning i bilindustrin eftersom det är väldigt dyrt att göra. Det används för ramar och karosser i vissa racerbilar och vissa mycket prisvärda sportbilar. Det mesta är handgjorda; det kan dock förändras. Fiberforge, ett företag skapat av Amory Lovins 'Rocky Mountain Institute, har utvecklat en metod för massproduktion av kolfiberdelar. Fibrerna är vävda i band som kombineras för att bilda ark. Arken staplas ihop och värms upp för att bilda en panel och placeras sedan i en press för att bilda den till rätt form. Hela processen tar cirka 10 minuter - en enorm ökning av kolfiberens produktionspotential. Stigande stålkostnader kan också göra kolfiber till ett mer attraktivt alternativ, särskilt när balanseringseffekten av kraftigt reducerade bränslekostnader beräknas [källa: AutoblogGreen].

Lotus har tagit den minimalistiska metoden med sin Elise-modell. Några av principerna för hyperbilteori finns här. Kevin Lee / Getty Images

Flera företag har producerat hyperbilar, även om de flesta är begrepp eller testfordon. Det finns verkligen ingen strikt definition av hyperbil - det betyder helt enkelt en bil som är utformad för att vara mycket effektiv, i allmänhet flera storleksbeställningar bättre än din genomsnittliga showroom-bil. De bästa tillgängliga hybriderna under 2008 kan uppnå mpg-betyg på 40-talet (km / h-betyg på 70-talet) under optimala förhållanden, vilket är utmärkt, men inte riktigt hyperbärligt material.

Intressant nog har vissa företag praktiserat hyperbilteori i årtionden, även om de inte har tagit den till ytterligheterna som krävs för att uppnå 100 mpg (160,93 km / l) eller mer. Lotus är ett brittiskt företag känt för sina lätta, smidiga högpresterande bilar som Elise. Deras designfilosofi innebär att man tar bort allt onödigt för att hålla vikten minimal. Detta ger Elise utmärkt hantering och fantastisk acceleration, även med en fyrcylindrig motor. Smart Cars har också hyperbilsprinciper med en liten, lätt design avsedd att transportera människor i stadsområden.

Rocky Mountain Institute utvecklade en hyperbil som de kallar Hypercar Revolution. Dess design liknar den hypotetiska hyperbilen vi designade på föregående sida. RMI Hypercar är en liten SUV / crossover som har plats för fem vuxna och kan dra ett halvt ton upp en brant sluttning, men det är ett ultralitfordon.

Volkswagen byggde och testade en hyperbil som heter L1 2002. Det är en radikal design som är formad som cockpiten i en jaktflygplan. Det finns plats för föraren och en passagerare som sitter direkt bakom föraren, plus lite last. Kläckan svänger sig åt sidan och interiören, medan den är tät, verkar vara bekväm. L1 drivs av en encylindrig dieselmotor och kan köra under 100 kilometer (62,14 miles) på en enda liter (0,26 gallon) bränsle - därav namnet [källa: Wheelspin].

General Motors och skalade kompositer skapade Ultralite, en teknikdemonstrationsbil tillverkad av kolfiber och plast. Det bevisade att sådana mönster var möjliga av en amerikansk bilprodusent, men GM har inte lagt några hyperbilar i produktion [källa: Scaled Composites]. Daihatsu och Honda har också utvecklingsprogram för hyperbilar som har resulterat i flera konceptdesign, men ingenting har dykt upp hos det lokala återförsäljaren ännu.

Ändå sätter energikostnader över hela världen press på biltillverkare att erbjuda allt effektivare fordon. Om konstruktionen av kolfiber minskar i pris skulle vi kunna se ultralätta hyperbilar på vägen inom de närmaste åren.

För mer information om hyperbilar, lätta bilteknologier och andra relaterade ämnen, följ länkarna på nästa sida.

Säkerhet och prestanda

Många bilentusiaster grimas av tanken på effektivitet, medan många andra oroar sig för att otroligt lätta fordon inte kommer att göra ett tillräckligt jobb för att skydda de boende. Hypercars är faktiskt bättre i båda aspekterna än många kompakta bilar på väg idag. Även om de har små motorer, kan vikt-för-vikt-förhållandet för en hyperbil vara mycket högre än en tung bil med en V8-motor. Detta möjliggör imponerande acceleration och ännu mer imponerande hantering.

Den smidiga hanteringen är också en säkerhetsfunktion. Lätt vikt är kortare bromssträckor och när du kombinerar det med exakta undvikningsmanövrar kan hyperbilar eventuellt undvika vissa olyckor helt. Vid kollision kan hyperbilar använda avancerade tekniker för energiabsorption. Kolfiber i sig har utmärkta kraschegenskaper, avleder och absorberar mycket kinetisk energi innan den någonsin kommer till passagerarna. Det monokoka (enstaka) kolfiberchassit som används av vissa hyperbilar är också mycket styvt och ger ytterligare skydd. Förutom mer traditionella säkerhetsfunktioner som krockkuddar, skapar inbyggda krosszoner som absorberar stötar i viktiga områden ytterligare skydd.

Relaterade artiklar

• Hur fungerar Aptera-hybriden
• Jaguar XKE lätt
• Kan kolfiber lösa oljekrisen?
• Hur Chevrolet Corvette ZR1 2009 fungerar
• Tips om hybrid körsträcka
• Kan en bil få 100 mil per gallon?
• Hur man får bättre bränsleekonomi

Fler bra länkar

• Rocky Mountain Institute
• Hypercars
• Bränsleekonomi

källor

• Ball, Jeffrey. "Tilting at Energy Windmills: Amory Lovins tror att USA drastiskt kan skära ner sin oljeförbrukning. Så här gör du." Wall Street Journal. 25 juli 2005. (26 juli 2008) http://www.rmi.org/images/PDFs/Energy/E05-07_TiltingAtEnergy.pdf
• Miljöskyddsbyrån. "Tips om gassträcka." (26 juli 2008) http://www.fueleconomy.gov/feg/driveHabits.shtml
• Green Car Congress. "Toray, Nissan, Honda Partner på kolfiber för bilar." 26 juli 2008. (26 juli 2008) http://www.greencarcongress.com/2008/07/toray-nissan-ho.html
• Hypercars.com. "Hypercars: ultramoderna, supereffektiva, högpresterande bilar." (26 juli 2008) http://www.hypercars.com/
• Linton, Lascelles. "Miljötekniska framtidsbränslen." AutoblogGreen. 20 augusti 2007. (26 juli 2008) http://www.autobloggreen.com/2007/08/20/liveblogging-eco-tech-future-fuels/
• Skalade kompositer. "GM Ultralite Show Car." (26 juli 2008) http://www.scaled.com/projects/gmcar.html
• Hjulspinn. "Ferdinand Piëch kör en-liters bil till Volkswagens årsstämma." 15 april 2002. (26 juli 2008) http://www.ltv-vwc.org.uk/wheelspin //ws_may_2002/vw_bubble_car.htm
• Woodyard, Chris. "Auto-komponenter lyser upp för att förbättra körsträckan." USA I DAG. 7 oktober 2007. (26 juli 2008) http://www.usatoday.com/money/autos/2007-10-07-lighter-weight_N.htm