Hoe hypercars werken

  • Phillip Hopkins
  • 0
  • 1291
  • 120
Wat maakt onze voertuigen zo inefficiënt? Zie foto's van conceptauto's. Justin Sullivan / Getty Images

-Het maakt niet uit in wat voor auto je rijdt, je zou waarschijnlijk graag een beter benzineverbruik willen hebben. Zelfs als je in een efficiënte hybride auto rijdt, kan het zijn dat je elke keer dat je de tank vult, denkt: "Zou het niet geweldig zijn als ik nog meer kilometers zou kunnen maken? Zoals meer dan 100 mijl per gallon (42,5 kilometer per liter) ? " Nou, als een groep visionaire ingenieurs hun zin krijgt, zou je dat gewoon kunnen.

Mensen zoals energiebeleidsexpert Amory Lovins, ontwerpers bij een bedrijf genaamd Fiberforge en zelfs auto-ingenieurs bij Volkswagen hebben hard gewerkt om auto's te maken die ongelooflijk licht en ultra-efficiënt zijn. Het resultaat: hypercars. Met geavanceerde materialen en alternatieve brandstofsystemen hoeven hypercars veiligheid, prestaties of luxe niet op te offeren in naam van brandstofefficiëntie.

Als je denkt dat autotechnologie klaar is om te evolueren nadat je de afgelopen 50 jaar in wezen hetzelfde bent gebleven, dan zal dit artikel uitleggen waarom je misschien gelijk hebt. In plaats van voertuigen met meerdere ton met stalen frame die worden aangedreven door interne verbrandingsmotoren, laten we u auto's zien die zijn gemaakt van koolstofcomposietmaterialen die lichter en sterker zijn dan staal, met slanke aerodynamische vormen en ongelooflijk efficiënte motoren. Sommige van deze auto's zijn zelfs zo efficiënt dat u ze kunt aansluiten en weer stroom kunt leveren aan het net voor een korting op uw elektriciteitsrekening. Dit is niet alleen een taart in het lucht-futurisme. We laten u enkele hypercars zien die vandaag op de weg zijn.

Als je van plan bent een superzuinige auto te ontwerpen, moet je eerst uitzoeken waarom de voertuigen die momenteel op de weg rijden zo inefficiënt zijn - het blijkt een behoorlijk lange lijst te zijn. Ontdek wat bovenaan de lijst staat op de volgende pagina.

Inhoud
  1. Energie verspillen
  2. Ultralicht en hyperefficiënt
  3. Hypercars op de weg
Er wordt veel energie (en geld) verspild door simpelweg brandstof mee te nemen. Noel Hendrickson / Getty Images

Er zijn maar weinig experts die zouden tegenspreken met het idee dat het grootste probleem met moderne auto's het gewicht is. Volgens de Environmental Protection Agency (EPA), elke 100 lbs. (45,36 kg) verwijderd uit een auto kan het brandstofverbruik met 1 tot 2 procent verhogen. Het exacte aantal hangt af van de grootte van het voertuig en de motor: hoe kleiner de auto, hoe dramatischer de toename van het brandstofverbruik. Nu klinkt 1 tot 2 procent misschien niet veel, maar het klopt. Als je 2.000 lbs zou kunnen verwijderen. (907,2 kg) van een auto, kunt u uw kilometerstand met wel 40 procent verhogen. Maar daar houden de voordelen niet op. Als een auto vanaf het begin is ontworpen om ongeveer een ton lichter te zijn, heeft hij geen grote motor nodig om dezelfde prestaties te krijgen. Het zwaarste deel van een auto is meestal het motorblok, dus als je een kleinere motor kunt gebruiken, bespaar je nog meer gewicht. Bovendien hoeft u minder brandstof mee te nemen, omdat die kleinere motor minder verbrandt. Een gallon gas weegt ongeveer 6 pond. (2,72 kg). Als uw SUV een brandstoftank van 75,69 liter heeft, verbrandt u veel brandstof en bereikt u niets anders dan brandstof meenemen. Als je een auto eenmaal aanzienlijk lichter hebt gemaakt, kun je het gewicht van veel onderdelen verminderen, waaronder de remmen, de ophanging en zelfs de banden [bron: USA TODAY].

De inefficiëntie houdt echter niet op bij het gewicht. Veel moderne auto's hebben airconditioningsystemen die veel krachtiger zijn dan nodig is voor de kleine afgesloten ruimte waarvoor ze zijn ontworpen om te koelen. Naast extra gewicht halen ze een aanzienlijk deel van het vermogen uit de motor.

Banden zijn een andere pijnlijke plek voor energie. De meeste banden zijn niet ontworpen om de rolweerstand te minimaliseren, wat betekent dat de motor nog harder moet duwen om de auto te verplaatsen. Zijwandflexie in de banden verspilt nog meer energie. En elke keer dat u op de rem trapt, wordt een grote hoeveelheid energie als warmte afgevoerd. Je raadt het al - meer energieverlies.

Tot slot: hoewel veel voertuigen aerodynamische carrosserievormen hebben, heeft niet elke auto een optimaal aerodynamisch profiel. Als windweerstand niet zo erg lijkt, bedenk dan hoeveel kracht je hand terugduwt wanneer je hem uit het raam van een rijdende auto steekt. Stel je nu voor dat die kracht tegen het hele vooroppervlak van de auto drukt.

Wat is het netto-effect van al deze inefficiëntie? Laten we een eenvoudig voorbeeld gebruiken: hoe zit het met uw typische drive naar uw werk? Het enige dat u hoeft te doen, is uzelf van het ene punt naar het andere verplaatsen, samen met misschien een koffertje of lunchbox. Maar op de rit daarheen sleep je ook ongeveer twee ton staal met je mee. Volgens Amory Lovins haalt 90 procent van de energie die door de motor in je auto wordt gegenereerd, zelfs nooit de wielen, omdat het meeste warmte verloren gaat als de motor- en aandrijflijnonderdelen tegen elkaar wrijven. Uiteindelijk wordt slechts 0,3 procent van al het vermogen dat uw motor levert, daadwerkelijk gebruikt om uw lichaam te bewegen [bron: AutoblogGreen].

Nu u weet welke onderdelen van onze auto's energie verspillen, kunt u auto's ontwerpen die het beter doen. Lees hoe op de volgende pagina.

-

Amory Lovins

Als er maar één speerpunt is voor de hypercar-beweging, dan is het Amory Lovins, een bescheiden ingenieur, milieuactivist en ontvanger van een -MacArthur Fellowship. De filosofie van Lovins over energieverbruik is simpel: de Verenigde Staten moeten het algehele energieverbruik verminderen. Zijn Rocky Mountain Institute (RMI) is een denktank die zich toelegt op het ontwikkelen van testbedtechnologieën in de hoop grote bedrijven te leiden op een meer energie-efficiënte weg. In de afgelopen jaren werd een RMI-spin-offbedrijf genaamd Hypercar, Inc. Fiberforge, een bedrijf dat zich richt op de ontwikkeling van goedkope massaproduceerbare producten. koolstofvezel [bron: The Wall Street Journal].

Negawatts

EEN negawatt is een hypothetische energie-eenheid die nooit is opgewekt. Het vertegenwoordigt een toename van de efficiëntie. Sommige hypercars zouden het concept een stap verder kunnen brengen. Hybride hypercars kunnen regeneratief remmen gebruiken om de lading in de accu's aan boord te verhogen. Het hoge rendement van de auto betekent dat u uw reis kunt beëindigen met extra sap in de batterijen. Dat is wanneer u uw voertuig op een stopcontact aansluit. In plaats van stroom te trekken om de batterijen op te laden, laat je de stroom van de batterijen naar het net stromen. Uw elektriciteitsmeter houdt bij hoeveel u weer in het systeem stopt, en het elektriciteitsbedrijf betaalt u tegen een bepaald tarief in de vorm van een elektriciteitskorting of een cheque, als uw huis efficiënt genoeg is om een ​​algemeen negatief energieverbruik te hebben.

De carrosserieën van de Formule 1-raceauto's zijn bijna volledig gemaakt van koolstofvezel. Het idee om elke dag met een F1-auto naar het werk te rijden, is misschien aantrekkelijk, maar het is niet erg praktisch. Mark Thompson / Getty Images

Onthoud wat u van de vorige pagina hebt geleerd: als u een auto zou ontwerpen die zo zuinig mogelijk is en toch praktisch is voor dagelijks rijden, waar zou u dan beginnen??

Het chassis is misschien een goede plek om te beginnen. Het stalen frame van een standaard auto is behoorlijk zwaar. Het is ook erg sterk, dus als u het lichter wilt maken, moet u iets vinden dat bestand is tegen de stress van het dragen van zware lasten en het vermogen behoudt om schokken op te vangen om de inzittenden te beschermen. Sommige autofabrikanten hebben al geëxperimenteerd met staal van hogere kwaliteit, dat sterker is dan gewoon staal, waardoor er minder van kan worden gebruikt [bron: USA TODAY]. Maar als we echt de kilo's willen verlagen, moeten we naar koolstofvezel kijken. Als het goed is voorbereid, is koolstofvezel 10 keer zo sterk als staal en weegt het veel minder. Door al het staal in een auto te vervangen door koolstofvezel kan het gewicht met wel 40 procent worden verminderd [bron: Green Car Congress].

De carrosserie van het voertuig is een ander gebied waarop aanzienlijke verbeteringen kunnen worden aangebracht. De vorm van de auto moet in een windtunnel worden getest om er zeker van te zijn dat deze de optimale aerodynamische vorm heeft. Alles wat uit het oppervlak van het voertuig steekt, moet worden gestroomlijnd, zoals zijspiegels, deurgrepen en zelfs voertuigbadges. De carrosserie moet ook gemaakt zijn van sterk en toch lichtgewicht koolstofvezel.

Als het gaat om de krachtcentrale van het voertuig - de motor - zul je een aantal keuzes moeten maken. Er zijn verschillende manieren om de auto van stroom te voorzien die beter zijn dan verbrandingsmotoren, maar degene die u kiest, hangt grotendeels af van de technologie die het snelst rijpt. Waterstof-brandstofcellen stoten alleen water uit, en ze kunnen efficiënt zijn als er een schone en groene methode wordt gevonden om waterstof te produceren. Elektromotoren die op batterijen werken en op stopcontacten worden aangesloten, zijn technisch het meest kosteneffectief als je eenmaal hebt berekend hoe je wattuur per mijl (wattuur per kilometer) omzet in mijl per gallon (kilometer per liter) [bron: Hypercars ]. Dat geldt vooral als u tijdens de daluren oplaadt en toegang hebt tot schone elektriciteit, zoals wind- of waterkracht. Soms wil je misschien een beetje extra bereik of meer vermogen dan een elektromotor kan leveren, dus het is misschien een goed idee om een ​​zeer efficiënte verbrandingsmotor te gebruiken. Een aluminium blok houdt het gewicht laag, en als je bedenkt hoe licht de auto is, kun je waarschijnlijk zelfs met drie cilinders rondkomen.

Experimentele voertuigen zoals deze Franse Microjoule-auto kunnen een extreem brandstofverbruik bereiken (in dit geval meer dan 10.000 mpg), maar het doel van hypercar-ontwerp is om efficiënte auto's te maken die praktisch zijn voor dagelijks gebruik. Bryn Lennon / Getty Images

Het interieur is een onderdeel van het voertuig dat vaak over het hoofd wordt gezien bij het verminderen van het gewicht. Hier zijn veel mogelijkheden om af te vallen. Zo voorkom je zware stoelframes door de stoelen van koolstofvezel te maken en ze zelfs in het onderstel te integreren. Een paar gewatteerde delen maken ze knus en comfortabel, zelfs zonder overtollige vulling, schuim en stoffering. U kunt ook op de vloerbedekking bezuinigen. Een kleine compressor zal de bescheiden airconditioning laten draaien, maar het zal de auto erg koel houden omdat het dak geïsoleerd is en de ramen dubbel zijn. Er is geen schuifdak - het zou niet alleen te veel zomerhitte binnenlaten, maar schuifdaken voegen zelfs gewicht toe aan een voertuig en verminderen de stijfheid van het chassis. We willen naar muziek luisteren terwijl we rijden, maar we hebben geen enorme versterker of donderende luidsprekers nodig. Een bescheiden geluidssysteem bespaart gewicht en klinkt nog steeds geweldig.

Natuurlijk wilt u ook onthouden dat u banden met lage rolweerstand waardoor de auto zich gemakkelijk voortbeweegt zonder aan tractie in te boeten. De zijwanden van deze banden zijn ontworpen om erg stijf te zijn, zodat ze niet buigen en energie verspillen - een functie die ook de wegligging verbetert. De banden moeten ook runflattechnologie gebruiken, zodat u niet het extra gewicht van een reservewiel of zelfs een krik voor zware voertuigen hoeft te dragen.

Daar heb je het - je hebt zojuist onze eigen hypercar ontworpen. Laten we vervolgens eens kijken naar hypercars die al bestaan.

Koolstofvezeleconomie

Koolstofvezel wordt nog niet veel gebruikt in de auto-industrie omdat het erg duur is om te maken. Het wordt gebruikt voor de frames en carrosserieën van sommige raceauto's en bepaalde zeer dure sportwagens. Het meeste is met de hand gemaakt; dat zou echter kunnen veranderen. Fiberforge, een bedrijf dat is opgericht door het Rocky Mountain Institute van Amory Lovins, heeft een methode ontwikkeld om onderdelen van koolstofvezel in massa te produceren. De vezels worden geweven tot banden, die worden gecombineerd tot vellen. De vellen worden op elkaar gestapeld en verwarmd om een ​​paneel te vormen, en vervolgens in een pers geplaatst om het in de juiste vorm te krijgen. Het hele proces duurt ongeveer 10 minuten - een enorme toename van het productiepotentieel van koolstofvezel. Stijgende staalkosten kunnen koolstofvezel ook aantrekkelijker maken, vooral wanneer het balancerende effect van sterk verminderde brandstofkosten wordt berekend [bron: AutoblogGreen].

Lotus heeft de minimalistische benadering gekozen met hun Elise-model. Enkele principes van de hypercar-theorie zijn hier te vinden. Kevin Lee / Getty Images

Verschillende bedrijven hebben hypercars geproduceerd, hoewel de meeste concepten of testvoertuigen zijn. Er is echt geen strikte definitie van hypercar - het betekent gewoon een auto die is ontworpen om zeer efficiënt te zijn, over het algemeen een aantal ordes van grootte beter dan uw gemiddelde showroomauto. De beste hybriden die in 2008 verkrijgbaar zijn, kunnen onder optimale omstandigheden mpg-waarden behalen in de jaren 40 (km / u-beoordelingen in de jaren 70), wat uitstekend is, maar niet echt hypercar-materiaal.

Interessant is dat sommige bedrijven de hypercar-theorie al decennia lang beoefenen, hoewel ze niet tot het uiterste zijn gegaan om 100 mpg (160,93 km / l) of meer te halen. Lotus is een Brits bedrijf dat bekend staat om zijn lichtgewicht, wendbare high-performance auto's zoals de Elise. Hun ontwerpfilosofie omvat het verwijderen van alles wat onnodig is om het gewicht minimaal te houden. Dit geeft de Elise een uitstekende rijeigenschappen en een geweldige acceleratie, zelfs met een viercilindermotor. Smart Cars bevatten ook hypercar-principes, met een klein, licht ontwerp dat bedoeld is om mensen in stedelijke gebieden te vervoeren.

Het Rocky Mountain Institute ontwikkelde een hypercar die ze de Hypercar Revolution noemen. Het ontwerp is vergelijkbaar met de hypothetische hypercar die we op de vorige pagina hebben ontworpen. De RMI Hypercar is een kleine SUV / crossover die plaats biedt aan vijf volwassenen en een halve ton een steile helling op kan slepen, maar het is een ultraliet voertuig.

Volkswagen bouwde en testte in 2002 een hypercar genaamd de L1. Het is een radicaal ontwerp dat de vorm heeft van de cockpit van een straaljager. Er is ruimte voor de bestuurder en een passagier die direct achter de bestuurder zit, plus wat vracht. Het luik zwaait zijwaarts open en het interieur, hoewel strak, lijkt comfortabel te zijn. De L1 wordt aangedreven door een eencilinder dieselmotor en kan 100 kilometer (62,14 mijl) rijden op een enkele liter (0,26 gallon) brandstof - vandaar de naam [bron: Wheelspin].

General Motors en Scaled Composites creëerden de Ultralite, een technologie-demonstratieauto gemaakt van koolstofvezel en plastic. Het bewees dat dergelijke ontwerpen mogelijk waren door een Amerikaanse autofabrikant, maar GM heeft geen hypercars in productie genomen [bron: Scaled Composites]. Daihatsu en Honda hebben ook hypercar-ontwikkelingsprogramma's die hebben geresulteerd in verschillende conceptontwerpen, maar er is nog niets verschenen bij de lokale dealer.

Desalniettemin zetten energiekosten wereldwijd autofabrikanten onder druk om steeds efficiëntere voertuigen aan te bieden. Als de koolstofvezelconstructie in prijs daalt, kunnen we de komende jaren ultralichte hypercars op de weg zien.

Volg de links op de volgende pagina voor meer informatie over hypercars, lichtgewicht autotechnologieën en andere gerelateerde onderwerpen.

Veiligheid en prestaties

Veel autoliefhebbers grijnzen bij de gedachte aan efficiëntie, terwijl veel andere mensen zich zorgen maken dat ongelooflijk lichte voertuigen de inzittenden niet voldoende zullen beschermen. Hypercars zijn in beide opzichten eigenlijk beter dan veel compacte auto's die tegenwoordig op de weg rijden. Hoewel ze kleine motoren hebben, kan de vermogen-gewichtsverhouding van een hypercar veel hoger zijn dan van een zware auto met een V8-motor. Dit zorgt voor een indrukwekkende acceleratie en een nog indrukwekkender rijgedrag.

Dat wendbare rijgedrag is ook een veiligheidsfunctie. Lichtgewicht staat gelijk aan kortere remafstanden en als je dat combineert met nauwkeurige uitwijkmanoeuvres, kunnen hypercars in potentie sommige ongevallen helemaal voorkomen. Bij een aanrijding kunnen hypercars geavanceerde energieabsorptietechnieken gebruiken. Koolstofvezel zelf heeft uitstekende crash-eigenschappen, waardoor veel kinetische energie wordt afgebogen en geabsorbeerd voordat deze de inzittenden bereikt. Het monocoque (eendelige) chassis van koolstofvezel dat door sommige hypercars wordt gebruikt, is ook erg stijf, wat voor extra bescherming zorgt. Naast meer traditionele veiligheidsvoorzieningen zoals airbags, bieden ingebouwde kreukelzones die schokken op belangrijke plaatsen absorberen ook extra bescherming.

Gerelateerde artikelen

  • Hoe de Aptera Hybrid werkt
  • Jaguar XKE Lichtgewicht
  • Kan koolstofvezel de oliecrisis oplossen?
  • Hoe de 2009 Chevrolet Corvette ZR1 werkt
  • Tips voor hybride kilometers
  • Kan een auto 100 mijl per gallon halen?
  • Hoe u een beter brandstofverbruik kunt krijgen

Meer geweldige links

  • Rocky Mountain Institute
  • Hypercars
  • Brandstof economie

Bronnen

  • Ball, Jeffrey. "Kantelen bij Energy Windmills: Amory Lovins gelooft dat de VS hun olieverbruik drastisch kunnen verlagen. Hier is hoe." De Wall Street Journal. 25 juli 2005. (26 juli 2008) http://www.rmi.org/images/PDFs/Energy/E05-07_TiltingAtEnergy.pdf
  • Bureau voor milieubescherming. "Gaskilometertips." (26 juli 2008) http://www.fueleconomy.gov/feg/driveHabits.shtml
  • Green Car Congress. "Toray, Nissan, Honda Partner inzake koolstofvezel voor auto's." 26 juli 2008. (26 juli 2008) http://www.greencarcongress.com/2008/07/toray-nissan-ho.html
  • Hypercars.com. "Hypercars: ultramoderne, superefficiënte auto's met hoge prestaties." (26 juli 2008) http://www.hypercars.com/
  • Linton, Lascelles. "Eco-tech Future Fuels." AutoblogGroen. 20 augustus 2007. (26 juli 2008) http://www.autobloggreen.com/2007/08/20/liveblogging-eco-tech-future-fuels/
  • Geschaalde composieten. "GM Ultralite Show Car." (26 juli 2008) http://www.scaled.com/projects/gmcar.html
  • Wielspin. "Ferdinand Piëch rijdt auto van 1 liter naar de AGM van Volkswagen." 15 april 2002. (26 juli 2008) http://www.ltv-vwc.org.uk/wheelspin//ws_may_2002/vw_bubble_car.htm
  • Woodyard, Chris. "Auto-onderdelen worden lichter om het aantal kilometers te verbeteren." USA VANDAAG. 7 oktober 2007. (26 juli 2008) http://www.usatoday.com/money/autos/2007-10-07-lighter-weight_N.htm



Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.

De meest interessante artikelen over geheimen en ontdekkingen. Veel nuttige informatie over alles
Artikelen over wetenschap, ruimte, technologie, gezondheid, milieu, cultuur en geschiedenis. Duizenden onderwerpen uitleggen, zodat u weet hoe alles werkt