AirPod — автомобиль, который питается воздухом
Самая большая проблема которой озадачены экологи со всего мира — это выбросы отработавших газов. Современные автомобилестроители уже внедряют в свои авто катализаторы, уменьшающие загрязнение окружающего воздуха, делают гибридные двигатели, работающие наполовину от электричества, наполовину от топлива. Многие концерны уже предлагают полностью электрифицированные автомобили, а кто-то придумал машину, которая работает на обычных мусорных отходах. Но компания MDI придумала уникальный автомобиль, двигатель которого работает на обычном воздухе.
AirPod — так назвали этот экомобиль, который способен быть полностью экологичным без единого выброса вредных отходов. Ведь эта машина питается обычным воздухом, которым мы дышим и выбрасывает его же — воздух обратно в атмосферу. Оказывается воздушный двигатель этого авто работает почти по такому же принципу, как двигатель внутреннего сгорания, только вместе горючей смеси, поршни двигает сильно сжатый воздух.
Правда, у этого авто есть свои сложности. Так как воздух в баке должен быть под очень сильным давлением, это может быть опасным при повреждении, то разработчики нашли способ обезопасить его. При повреждении бак начинает расслаиваться, образуя множество трещин и воздух начнет покидать его. Так что, при эксплуатации такого транспортного средства выброс CO2 будет по сути нулевым. Кстати, индийский концерн TaTa, который славится своими маленькими и самыми недорогими автомобильчиками уже подписал соглашение о разработке воздушного двигателя в новых экомобилях.
Паровые транспортные средства и паровой двигатель
Первый в мире паровой двигатель был изобретен Дени Папеном в далеком 1690 году (17 век). Этот силовой агрегат в то время оснащался всего одним цилиндром с поршнем. Этот поршень поднимал пар. Опускался он под действием атмосферного давления после сгущения отработанного пара.
В итоге сама энергия пара преобразовывалась в механическую энергию.
Но основную революцию в паровых двигателях совершил Джеймс Уатт, который создал усовершенствованный паровой двигатель с изолированной камерой. К сожалению, тогда создать полноценную машину Уатту не удалось, связано это было с нехваткой денежных средств.
Затем и в последующем изобретатель Николя-Жозеф Конью создал первый в мире движущийся транспорт на механической энергии, которая получалась от образования пара. Его изобретение представляло собой армейскую повозку («fardier à vapeur» — паровую телегу), которая была создана для перевозки артиллерийской армейской техники. В ее конструкции использовался усовершенствованный паровой двигатель и котел, который установливался в носовой части повозки.
К сожалению вес повозки был очень огромен, что делало ее практически не управляемой. Во время испытаний повозки конструкторы поняли следующее, что данная повозка очень опасна и частенько приводит к авариям. В конечном итоге данный проект прекратил свое существование.
В России первая паровая машина была создана в 1763 году, изобрел ее И. И. Ползунов. Машина использовалась для воздуходувных мехов на Барнаульских заводах. Далее разработки паровых машин продолжил всем известный и знаменитый изобретатель Иван Кулибин, который в свое время построил немало паровых машин.
Использование паровых двигателей продолжалось до начала 20 века.
Главный минус паровых двигателей- это их коэффициент полезного действия и, чтобы его увеличить требовалось усложнения самой конструкции парового двигателя, что непременно приводило к увеличению его веса. В конечном итоге такое транспортное средство становилось на много тяжелее, что напрямую влияло на мощность двигателя и динамичность данного транспорта.
В итоге инженеры были вынуждены усложнить саму конструкцию для прибавки паровым двигателям недостающего КПД, что в свою очередь тоже приводило к увеличению массы самой конструкции. В общем, как говорили инженеры, это был замкнутый круг который подтверждал, что паровой двигатель был не совершенен и в будущем это был просто тупик.
Таким образом, в начале 20 века паровые машины стали постепенно исчезать и на их смену пришли транспортное средства с двигателями внутреннего сгорания, которые работали уже на бензине.
Аэродинамика автомобиля будущего
Такой автомобиль уже выигрывает в аэродинамике за счет уменьшения ширины вдвое. Внедорожная версия вообще забудет про аэродинамику, поскольку вам не придется ездить быстро. Потеря энергии за счет сопротивления воздуха прямо пропорционально увеличивается с ростом скорости. Поэтому автомобиль со скоростью 50 км/ч будет иметь ¼ сопротивления автомобиля со скоростью 100 км/ч и ⅛ сопротивления от похожего автомобиля полной ширины. Скоростному (шоссейному) автотранспорту придется быть максимально похожим на «каплю», но городской транспорт вполне может быть повыше, чтобы было удобно сидеть и забираться в него.
Наиболее эффективным и безопасным дизайном будет капля с сидящими задом наперед пассажирами, хотя многие не любят сидеть задом наперед. Но в случае прямого столкновения это лучше положение.
Кто или что будет вести мою машину?
Будем ли мы управлять автомобилями будущего, или они будут нас возить? Возможно будет присутствие обоих вариантов. Однако все главные производители работают над беспилотным ведением автомобилей сегодня. Беспилотная технология автомобиля будущего не нова. В течение двух десятилетий она подкрадывается к нам постепенно, говорит Тони Харпер, руководитель исследования Jaguar Land Rover. “Мы находимся на восходящей траектории – все началась с радара, адаптивного круиз-контроля, затем мониторинга “слепых точек”, который перемещал радар к бокам автомобиля, и теперь камеры, направляемые на объекты перед автомобилем.”
Следующим этапом является интеграция датчиков и дальнейшая разработка программных алгоритмов.
После 2020 года потребуются более сложные сенсоры, такие как lidar, и первые случаи полной автономии будут “краткосрочными миссиями”, как автономная парковка автомобиля и автономное вождение в специальных полосах автострад. Количество зон будет расти, когда будет развиваться инфраструктура для принятия автономных транспортных средств. Но, в конце концов, говорит Харпер, «ограничения будут отменяться один за другим, пока мы не получим полную автономию. Никто точно не знает, когда это произойдет, но автономное путешествие начнется с 2025 года.
Таким образом к 2040 году автомобили будут полностью самостоятельные или водитель все еще будет выбор?
Специальная подготовка не требуется для использования беспилотного автомобиля, по мнению Харпера. “Если кто-то нуждается в обучении, чтобы использовать беспилотную функцию”, объясняет он, “тогда вы получили неправильную беспилотную функцию. Она должна делать все то, что вы ожидаете от нее, самостоятельно. Не надо обладать какими-то навыками водителю, чтобы подчиниться машине, которая берет на себя контроль.
Надежность нового уровня
manuel hollenbach
В конце лета 2020 года Audi вывела на российский рынок свой первый электромобиль – e-tron. Плюс неизбежного перехода на электромобили в том, что они надежнее: в них ничего не горит и почти ничего не трется. Забудьте про инжекторы, камеры сгорания, коробки передач, свечи, муфты, карданы и глушители… По данным Deloitte Consulting, рынок автозапчастей уменьшится на 6–20 %. Все говорит о том, что машины станут дешевле и надежнее. Как показало исследование консалтинговой компании AlixPartners, на производство электромобиля нужно на 30 % меньше рабочих часов и на 50 % меньше площади.
За все отвечает электроника
Уже сегодня современные машины от ведущих производителей оснащаются просто огромным количеством электронных систем. Это всякого рода камеры, датчики и другие устройства. Все это необходимо для комфортной и безопасной езды. Сложно представить, что будет через 10 лет, не говоря уже о сотне.
Понятное дело, что искусственный мозг будет постепенно развиваться, что в конечном итоге приведет к его невероятным возможностям. Бортовой компьютер в автомобиле сможет все делать сам. Аварийная ситуация на дороге? Следящие датчики и камеры её засекут, а двойные гидравлические тормоза сделают остальное. Такие системы, как АБС или ЕБП, скорее всего, никуда не денутся, однако будут усовершенствованы, что обеспечит еще больший комфорт и устойчивость во время езды.
Цена автомобиля будущего
Городской автомобиль будущего будет проще и меньше, с меньшим числом движущихся частей и весьма непохожим на привычные нам автомобили. Он будет легким, электрическим и эффективным.
Проще, меньше и легче превращаются в дешевле. Намного дешевле. Когда набор компьютеров и датчиков упадет до 1000 долларов, а батереи упадут до 150 долларов за кВт-ч, такой автомобиль станет намного дешевле традиционных машин.
Дешевле сделать — дешевле продать. Поездка на таком автомобиле может стать дешевле поездки на такси сегодня. Миллиарды людей, вынужденные ходить пешком или пользоваться городским транспорт, получат доступ к транспорту будущего: недорогому и шустрому городскому автомобилю.
Небольшие и удобные
Даже сегодня набирают популярность авто небольших размеров. Особенно актуальны они в больших городах-миллионниках, где ежедневная езда по пробкам и парковка в стесненных условиях могут стать настоящим кошмаром. Вполне логично, что в будущем машин будет еще больше, следовательно, их размеры должны существенно уменьшиться. Добиться этого можно будет благодаря применению других типов двигателей и увеличению полезного пространства в салоне.
Комфорт — еще один крайне важный момент. Кто же захочет ездить на «табуретке», пускай и стоимостью в несколько миллионов долларов. Куда интереснее было бы посмотреть на дороги будущего, ведь многое зависит от их состояния. Если оно будет идеальным, то особых требований к ходовой выдвигать не нужно. Конечно, летающим авто тоже без разницы, в каком состоянии асфальт. Будет важен скорее комфорт в салоне.
Атомный автомобиль Ford Nucleon
Да, да друзья, не удивляйтесь, в истории человечества был и такой амбициозный проект.
В 1958 году Американская компания «Форд» разработала концепт-кар с реальным ядерным реактором. Ожидалось, что на одном заряде с радиоактивными веществами данная машина могла бы проехать (должна была проехать) до 8000 километров.
По своей сути этот ядерный реактор, который планировалось устанавливать на автомобиль Ford Nucleon, представлял собой уменьшенную копию атомного реактора, который используется на военных подводных лодках.
В качестве топлива для нагрева парогенератора планировалось использовать деление урана, который бы преобразовывал нагретую воду в пар. Затем этот пар под давлением поступал бы в турбины, которые бы и вращали сам привод автомобиля.
К сожалению этот амбициозный проект так и остался футуристической концепцией и вряд ли когда-либо вернется в наш автомир.
После аварии на Чернобыле и на Фукусиме ядерная энергетика считается самой опасной в мире. Так что уважаемые друзья в ближайшие 100 — 150 лет этот вид энергии на вряд ли придет в автопромышленность.
Можно и в морское путешествие отправиться
Скорее всего, безопасный и экологичный автомобиль будущего разделится на два типа:
- для езды по городу;
- для загородных путешествий.
Второй вид автомобилей будет удивлять своими мощностью и техническими характеристиками. Это будет настоящий крейсер, позволяющий отправиться в далекое плавание в прямом смысле этого слова. Даже сегодня имеются автомобили, способные отправиться в полноценное плавание. К примеру, «Фольксваген» впервые собрал машину-амфибию еще 50 лет назад, за это время конструкция существенно усовершенствовалась. Сегодня это машина, которая может погружаться на глубину до 10 метров и плавать со скоростью 70 км/ч, а по трассе разгоняется до 200 километров. Встроенные баллоны со сжатым воздухом позволяют заняться дайвингом и не мокнуть.
Сейчас такая машина стоит примерно 150 000 долларов в России, правда, её нужно заказывать. В целом же идея не новая, но точно в будущем получит дальнейшее развитие, что позволит сделать автомобиль будущего еще более универсальным.
Шина в которой нет воздуха
И, конечно, самая большая задача для производителей автошин, стала разработка такой шины, которую практически невозможно было повредить. Решение стоит за не надувной шиной, которая, кстати, уже используется на гоночных болидах, в строительной технике и на марсоходе Curiosity. В обычной же шине машина своим весом опирается об сжатый давлением воздух, что благополучно сказывается на подвеске и трении о дорожное покрытие, а как же тогда сделать шину без воздуха?
Компания Bridgestone разработала уникальную шину, которая опирается не на сжатый воздух, а на целую сетку переплетенных резиновых спиц. такие спицы сделаны из сверхпрочной и в то же время гибкой термопластичной резины, располагаются под определенным углом, что значительно снижает нагрузку, а протектор остается такой же, как и у обычной шины. Пока такая шина легко используется на гольфкаре, осталось только поэкспериментировать с увеличением грузоподъемности и в скором будущем сверхновая шина может оказаться уже на прилавке ближайшего автомагазина.
GoogleCar — автомобиль, который передвигается без водителя
Многие компании стараются облегчить труд водителя, помогая ему в управлении автомобилем, помогая парковаться, а некоторые, так уже сами паркуются, практически без его участия. Но чтобы машина сама начинала движение, выбирала маршрут, двигалась соблюдая все правила дорожного движения, полностью без участия водителя, такое решение предложила компания Google, которая разработала машину, способную двигаться и водить самостоятельно.
GoogleCar — автомобиль, созданный на базе Toyota Prius уже прошел более 500 000 километров испытаний в штатах Невада и Калифорния (США). Ведь только там местные законы позволяют передвигаться автомобилям, которые способны осуществлять движение без участия водителя.
Как же это работает? На крыше GoogleCar установлен оптический радар, который пускает 64 расходящихся сенсорных луча, они сканируют пространство вокруг авто за один поворот зеркала и передают 3-х мерную картинку в процессор. В бамперах также находятся сенсоры, которые следят за препятствиями на дороге, пешеходами и другими машинами. В верхней части ветрового стекла находится камера, которая различает сигналы светофора и читает дорожные знаки.
Маршрут бортовой компьютер прокладывает по GPS и выбирает оптимальное движение. По всей информации компьютер регулирует газом, тормозом, движением рулевого колеса и другими свето-звуковыми функциями автомобиля. Так, что можно сказать, что профессию шофера в будущем, к сожалению, ждет такая же участь, что и кучеров в начале XX века.
Автомобиль будущего будет на водородном двигателе?
В течение почти двух десятилетий, мир был захвачен идеей електрических двигателей на водородном топливе (FCEVs), с достаточным диапазоном движения на одной заправке и нулевыми выхлопами – только воды и тепло. Сейчас шансы появления автомобиля на водородном топливе к 2040 году увеличились.
Харт определяет таких лидеров в этой области как Toyota, Honda и Hyundai. Toyota Mirai (один из первых седанов на водороде, которые поступили в продажу) имеет тот же «скелет», что и гибридные модели Toyota, но то, чем отличается – источник энергии, говорит специалист по топливных элементов Toyota, Жулиен Руссель. «Это последний этап эволюции нашей гибридной технологии», – объясняет он.
Топливный элемент содержит сотни небольших индивидуальных ячеек, которые превращают сжатый водород и кислород, поступающий из воздуха, в электроэнергию. При этом единые побочные продукты – это тепло и вода. Водород хранится в углеродных баках при давлении 700 бар. Производство таких двигателей было трудоемким, но Toyota уменьшила производственные расходы, внедрив автоматизацию.
Плотность энергии хранения водорода примерно в пять раз выше, чем в современных аккумуляторных технологиях. Honda FCV Clarity, представленная в прошлом году, преодолевает расстояние 435 миль на одном заряде. Время перезаправки эквивалентно времени перезаправки бензина или дизельного топлива, а водородное топливо столь же безопасно для использования как и два других.
Построение инфраструктуры водородных автозаправочных станций остается проблемой для широкомасштабного внедрения FCEV. “Водородную инфраструктуру трудно расширить, но как только она появляется, она станет прибыльным бизнесом”, – говорит эксперт Ритмар фон Гельмольт. “Зарядные станции для электрических транспортных средств не являются таковыми, так как стоимость их эксплуатации значительно больше стоимости энергии, что продаеться”.
Делается много глобальных инвестиций в данную сферу сегодня. В Европе в поддержку водородного и топливного элементов в период с 2014 по 2020 год было выделено 1 млрд. Фунтов стерлингов.
Газовые автомобили с газотурбинными двигателями
В середине 20 века некоторые автомобильные компании занимались разработками газотурбинных двигателей. Что это за силовые агрегаты? Отвечаем.
Смысл работы газотурбинных двигателей заключается в следующем, а именно, в использовании энергии нагретого газа который сжимается под давлением. В конечном итоге это давление и начинает вращать лопасти турбины. Именно здесь энергия давления газа преобразуется в механическую энергию, что в свою очередь и помогает (может) двигать любое транспортное средство.
Самое удивительное здесь то, что транспортные средства, оснащенные газотурбинными двигателями могут в принципе и фактически работать на любом виде сгораемого топлива. Главное, чтобы при сгорании этого топлива образовывался газ.
К примеру, машина, оборудованная газовым силовым агрегатом может в качестве топлива использовать следующие виды топлива: -дрова, уголь, спирт, природный газ, мазут и т.д., то есть многие другие источники энергии.
К нашему сожалению по каким-то определенным причинам не многие автопроизводители вели разработки в этой области. В итоге мы видим, что в настоящий момент этот вид двигателей совсем не применяется на современных автомобилях. И это не смотря на то, что газотурбинные двигатели имеют достаточно большую мощность по сравнению с традиционными современными силовыми агрегатами внутреннего сгорания.
Мегаватты вместо лошадей
С XVIII века люди измеряют мощность автомобильных двигателей в «лошадях», и если на заре автомобилестроения такой подход был оправдан рекламными соображениями – покупателю показывали, скольких копытных ему заменит машина, то в наши дни эта система измерения безнадежно устарела. Переход автомобилей на электромоторы – повод попрощаться с «лошадьми» и взять на вооружение более подходящие электродвигателям термины: ватт, киловатт и, наконец, мегаватт. Одними из первых мощность своих машин в мегаваттах стали указывать шведы из компании Koenigsegg. Еще в 2014 году, представляя свой гиперкар One:1, они предпочли объявить, что отдача его силовой установки не 1360 «лошадей», а один мегаватт. Сегодня каждая из трех предлагаемых Koenigsegg моделей превосходит этот показатель: двухместные Regera и Jesko выдают по 1,17 МВт (1600 л. с.), а изображенная на этом фото четырехместная Gemera – 1,25 МВт (1700 «лошадей»).
Летающие автомобили будущего
Еще одна проблема, с которой сталкиваются разработчики автомобилей – катастрофическая недостаточность места на дорогах. Конечно, жителей поселков и мелких городов эта проблема не касается. Но в мегаполисах каждый день люди сталкиваются с пробками и слишком интенсивным движением.
Первое решение этой проблемы, которое приходит в голову – сделать авто более компактными. Но это поможет лишь на некоторое время, пока количество машин не вырастет. Поэтому сегодня абсолютно серьезно ведутся разработки летающих автомобилей. Рассмотрим наиболее интересные концепты, над которыми сейчас трудятся инженеры ведущих мировых компаний:
- Volkswagen Hover Car. Это скорее не концепт, а идея на недалекое будущее. Этот автомобиль будет передвигаться по воздуху в электромагнитных измерениях, при поддержке магнитного поля. По словам физиков, создание такого средства передвижения не станет слишком сложной задачей.
- SkyCar-M400. Это уникальная модель, которая будет оснащаться четырьмя турбинами. Изменяя направление их работы, можно будет двигаться в любом направлении.
- Terrafugia Transition. Автомобиль-самолет, продажа которого начнется уже в скором времени. Проблема в том, что для взлета ему необходимо полкилометра взлетной полосы.
- Pal-V One. Эта модель представляет собой автомобиль-вертолет, который взлетает при небольшом разгоне. Идея очень интересная, но не практичная, так как несет в себе массу опасностей.
Автомобиль будущего – это исключительно беспилотная машина? – Нит!
Успокойтесь: через четверть века те из нас, кто любит вождение – все еще будут крутить руль, нажимать педали и переключать коробку передач с помощью наших собственных конечностей, которые будут управляться сигналами с нашего мозга.
В то же время жизнь производителей быстрых машин не станет легче. С годами производители подвергаются все более интенсивному законодательному давлению, чтобы улучшить безопасность и эффективность и уменьшить загрязнение. В то же время они сталкиваются с давлением своих акционеров, чтобы продать больше автомобилей и сделать их дешевле.
Будьте уверены, что производители автомобилей не являются фанатами того, чтобы заставить нас позволить машинам делать всю работу самостоятельно. Большинство производителей полагаются на сильную эмоциональную связь с водителями, чтобы продавать свои последние модели. Как водители мы связаны с нашими железными друзьями множеством способов: нам нравится как они выглядят, их запах, как они ощущаются, как они экономят время и деньги, но также как они едут.
Большинство водителей не заинтересованы в том, чтобы сесть в автономный ящик на колесах и выйти на другом конце своего путешествия, не делая никакого вклада в процесс передвижения.
В то же время спорткар будущего может выглядеть несколько иначе чем сегодняшний – он будет упакован новейшими технологиями, которые только сейчас появляются на наших радарах.
Способность автомобиля возбуждать, развлекать и захватывать не уйдет в историю. По правде говоря, предвидение развития автомобильной промышленности – это слишком сложная задача благодаря многочисленным изменениям и интенсивности этих изменений сегодня.
Однако мы все же попытается предоставить картину каким будет автомобиль будущего.
Внешний вид автомобилей будущего
Исходя из стремления к совершенству во всех проявлениях, внешний вид машин за грядущие десять лет изменится кардинально. Наблюдать за прогрессом автомобилей в предыдущие десять лет очень приятно. Посмотрите, к примеру, на Volkswagen Golf IV, разработанный в период смены тысячелетий, и на Golf седьмого поколения, увидевший мир два года назад. Эти авто совершенно разные. Главными стратегиями внешности автомобилей будущего станут следующие факты:
- смена линий в сторону нынешних концептуальных представлений именитых производителей;
- значительное увеличение производительности технологий в салоне машины;
- дизайн, который рассчитан на несколько лет эксплуатации, а не на основе практичности и многолетней надежности;
- полная персонализация внешнего вида машины будущего.
Вскоре вы сможете приобрести в салоне машину универсального цвета, а расцветку и даже виниловые узоры сможете настраивать с помощью вашего мобильного телефона. Над таким концептом работает сегодня Toyota. Идей и стремлений в создании отличной внешности машины будущего много, но их реализация будет стоить компаниям невероятно много денег.
А пока производители авто думают о дизайне машин будущего, компания Hankook презентовала линейку колес для автомобилей грядущего поколения:
Прототипы автомобилей ближайшего будущего
Нет необходимости в мыслях рисовать картинку автомобиля будущего. Прототипы таких моделей можно наяву увидеть уже сегодня. Безусловно, они будут претерпевать изменения, их еще будут совершенствовать. Но общие принципы оценить несложно. Концепты автомобилей будущего созданы в нескольких мировых бюро.
Инженеры фирмы MIT при создании своего детища пытались решить проблемы парковок. Результатом их работы стал городской автомобиль-трансформер. Эта модель:
- складывается и раскладывается в длину;
- может вращаться на месте;
- пригодна для безопасного перемещения по пешеходному тротуару;
- обеспечивает комфорт для 2-х человек.
В обычном состоянии длина авто составляет 2,5м, в сложенном виде – 1,5м. Поэтому места для парковки ему нужно совсем мало. Колеса, оснащенные микродвигателями, позволяют разворачивать машину на месте. Если ее пришлось припарковать между автомобилями, у стены, водитель может легко выйти, открыв лобовое стекло.
У специалистов компании MDI была другая задача. Они решили создать абсолютно экологически чистый автомобиль. Созданная модель работает на воздухе. Силовой агрегат по конструкции идентичен традиционному ДВС. Но поршни перемещает не горючая смесь, а сжатый воздух. Для того чтобы в аварийных случаях исключить опасность его взрыва, конструкторы создали бак, который в таких ситуациях расслаивается. Разработку двигателей такого типа поддержала индийская компания Tata, подписавшая соглашение с конструкторами.
Появилась в мире и модель, которая передвигается без участия водителя. Инженеры в качестве основы выбрали авто Тойота Приус. Авторы назвали машину будущего «Гугл Кар». Автомобиль успешно прошел испытательный путь длиной в 500 тысяч километров. Способность машины самостоятельно контролировать дорогу обеспечена:
- наличием оптического радара на крыше;
- установкой камеры на лобовом стекле;
- оснащением бампера сенсорами.
Все данные направляются в процессор, осуществляющий управление узлами, механизмами.
Заключение
Проанализировав все ключевые тенденции в автомобилестроении будущего, можно сделать вывод, что лишь при комплексном подходе можно создать транспортное средство, позволяющее безопасно и комфортно передвигаться, а также беречь природу. Сегодня мы видим, что за несколько десятилетий технологическая составляющая машин изменилась незначительно. А значит, совсем не скоро по улицам будут ездить идеальные машины.
Автомобили будущего входят в нашу жизнь медленно. Это связано с тем, что их разработка требует огромных денег и всячески тормозится представителями нефтяного бизнеса.
