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El futuro de la tecnología de automóviles y automóviles: autos híbridos, eléctricos y sin conductor


En un solo siglo, la introducción del automóvil ha impulsado cambios masivos en la cultura estadounidense, las comunidades en las que vivimos, el medio ambiente, la economía y la independencia personal. Todos los aspectos de la vida cotidiana han cambiado, desde los lugares donde vivimos, hasta los alimentos que comemos.

Los automóviles, cada vez más accesibles para cualquier persona, han difuminado las distinciones sociales, expandido los mercados y estimulado la economía. La industria emplea directamente a más de 2.6 millones de personas y, según Auto Alliance, representa entre el 3% y el 3.5% del producto interno bruto (PIB) de la nación.

La historia de amor estadounidense con los automóviles es evidente en el número de propiedad. De acuerdo con la Oficina de Estadísticas de Transporte, hubo más de 250 millones de vehículos registrados en los Estados Unidos en 2012, o uno por cada estadounidense mayor de 18 años. El hogar promedio posee 1, 75 vehículos. Los conductores viajaron más de 2, 8 mil millones de millas en 4.5 millones de millas de carreteras y carreteras y 605, 471 puentes en la nación ese año.

Los consumidores pueden elegir entre una gran cantidad de fabricantes de automóviles, todos los cuales producen diferentes marcas, modelos y estilos de carrocería. Los vehículos se pueden personalizar aún más por color, tipo de motor, transmisión, diseño interior y tipo de ruedas. Además, hay miles de talleres de reparación de automóviles, mecánicos de alto rendimiento y talleres de personalización de carrocería listos para cumplir los sueños de cualquier propietario de automóvil.

El impacto negativo de los automóviles en la vida moderna

Por todas sus contribuciones a la vida moderna, el automóvil también ha tenido considerables consecuencias negativas para las personas y la sociedad en su conjunto:

  • Gasto La compra y la operación continua de un automóvil es uno de los mayores gastos que una persona típica hace en su vida. Los automóviles representan aproximadamente una sexta parte del presupuesto de una familia, más que alimentos o atención médica y seguros combinados, de acuerdo con la Oficina de Estadísticas Laborales. El BLS informa que en 2010 el automóvil de pasajeros promedio en los EE. UU. Tenía 11.4 años de antigüedad y fue conducido a 11, 318 millas mientras quemaba $ 2, 132 en gasolina y petróleo. Además, los conductores gastaron, en promedio, $ 787 para reparaciones y mantenimiento.
  • Muertes y lesiones . De acuerdo con la Oficina del Censo de los Estados Unidos, desde 1990, ocurren más de 10 millones de accidentes con automóviles cada año, causando más de 30, 000 muertes por año. Si bien la tasa disminuye cada año, reflejando las mejoras en el diseño y la nueva tecnología, la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras estima que el costo de los accidentes en 2010 fue de $ 871 mil millones.
  • Urban Sprawl . La población de EE. UU. Se ha más que triplicado de 76 millones de personas en 1900 a 281 millones en 2000. Sin embargo, según un estudio del Censo de los Estados Unidos de 2002, la cantidad de personas que viven en un área metropolitana ha disminuido significativamente desde 1950. A mediados de siglo, más más de 7, 000 personas ocuparon una milla cuadrada de terreno; en 2000, había menos de 3.000 por milla cuadrada. Esta extensión reduce la eficiencia del tránsito masivo y aumenta la presión para construir redes más extensas de carreteras y autopistas.
  • Congestión Según un estudio de movilidad de Texas A & M de 2012, el viajero promedio de automóvil pasa más de 50 horas a la semana sentado en su automóvil atrapado en el tráfico. En ciudades como Los Ángeles, Boston y Nueva York, la congestión es de más de 60 horas por año, lo que hace que los estadounidenses viajen 5.500 millones de horas acumuladas más de lo necesario y que adquieran 2.900 millones de galones adicionales de combustible.
  • Contaminación . Si bien la contaminación atmosférica es anterior al automóvil, la mayoría de los científicos coinciden en que nuestros automóviles personales son una de las principales causas del calentamiento global. Según la Unión de Científicos Preocupados, los automóviles y camiones representan casi una quinta parte de todas las emisiones de EE. UU. - alrededor de 24 libras de dióxido de carbono y otros gases de calentamiento global por cada galón de gas que se quema.

El futuro de los automóviles

Aunque los automóviles han cambiado significativamente desde su introducción, el ritmo de las mejoras en los automóviles está aumentando, especialmente en relación con los avances para combatir sus impactos negativos. Algunos futuristas predicen la aparición de autos autónomos (autos que conducen automóviles) en la próxima década.

ExtremeTech informa que Mercedes-Benz presentó su auto sin conductor en el Consumer Electronics Show 2015, el vehículo de lujo F-105, que viene con asientos delanteros que giran para que el conductor y el pasajero del asiento delantero puedan sentarse cara a cara con la parte posterior pasajeros de asiento. Mientras tanto, BMW ha demostrado su i3 EV que se auto-estaciona y puede buscar un estacionamiento en espacios abiertos.

Según CNBC, algunos analistas predicen que los nuevos fabricantes, como Google y Apple, suplantarán a los fabricantes tradicionales de automóviles en masa, como General Motors, Ford, Honda y Volkswagen, con su ventaja sobre las nuevas tecnologías. Otras predicciones incluyen lo siguiente:

  • Menos automóviles serán propiedad de las familias ya que un solo automóvil puede servir a una variedad de miembros secuencial y simultáneamente sin esperar a un conductor. Por ejemplo, un automóvil sin conductor podría regresar a su base después de llevar a un trabajador a la oficina y estar disponible para transportar a otros miembros de la familia durante el día antes de regresar a recoger al pasajero más tarde en la noche.
  • Habrá un aumento en la movilidad compartida donde las personas usan automóviles sin poseerlos.

Elementos de cambio significativo

Las mejoras significativas reducirán el impacto negativo de los automóviles en el futuro. Estos incluyen los siguientes aspectos y elementos.

Diseño

Los primeros automóviles se parecían a los carruajes tirados por caballos que reemplazaron, simples cajas sobre ruedas. Los primeros fabricantes tenían poco conocimiento de la aerodinámica: la resistencia de los objetos que se mueven por el aire, o "arrastre". La resistencia aumenta proporcionalmente con la velocidad. La forma del automóvil, especialmente el área frontal, afecta directamente la energía consumida a medida que el vehículo avanza.

Otro efecto del aumento de la velocidad es la sustentación adicional (la tendencia de la carrocería a elevarse desde la superficie de la carretera) del aire que fluye debajo del automóvil, lo que reduce la tracción y la estabilidad durante los giros. El uso de túneles de viento ha guiado a los ingenieros de diseño automotriz para reducir los bordes afilados y mejorar la aerodinámica, lo que reduce el arrastre, la sustentación y el consumo de energía.

Como consecuencia, las marcas y los modelos son similares ya que cada fabricante adopta rápidamente cualquier ventaja obtenida por un rival. Es probable que los autos futuros sean más cortos con más curvas al tiempo que mantienen o aumentan el espacio interior para los pasajeros.

Materiales

El peso de un automóvil afecta directamente el consumo de combustible utilizado durante las operaciones. La Universidad de Washington informa que el uso generalizado de la construcción de cuerpo unitario, materiales livianos y motores más pequeños redujo el peso promedio del automóvil en 1, 700 libras entre 1975 y 2009. Sin embargo, gran parte de la ventaja se compensó con un aumento en el tamaño del vehículo y la funcionalidad adicional.

La continua presión federal para aumentar el ahorro de combustible dará como resultado un mayor uso de acero liviano, aluminio, materiales compuestos y plásticos para reducir el peso y mejorar la resistencia al choque. Por ejemplo, el cuerpo del Tesla Roadster está construido con un compuesto ligero de fibra de carbono / epoxi que es tan resistente como el acero y pesa un 30% menos. A medida que los costos de fabricación del material bajan, más fabricantes recurrirán a los nuevos y revolucionarios materiales compuestos para sus vehículos.

Eficiencia Mecánica

El motor de combustión interna de cuatro tiempos ha sido la principal fuente de energía para automóviles durante décadas. Con el paso de los años, los avances tecnológicos como las levas dobles con cuatro válvulas con sincronización variable de las válvulas, inducción forzada de aire, inyección de combustible, inyección de combustible ajustada por computadora y sincronización variable de las válvulas han aumentado la eficiencia y la potencia del motor.

El uso generalizado de la unidad de control del motor (una computadora de a bordo que regula el tiempo de encendido, la mezcla de aire / combustible y la velocidad de ralentí) crea una mayor eficiencia de combustible y un diagnóstico constante del motor. Las transmisiones son más eficientes, evolucionan desde el cambio manual de tres marchas adelante y marcha atrás, hasta el cambio automático de seis a ocho marchas y marcha atrás. La mejora de la hidráulica permite una dirección asistida sin esfuerzo, mientras que los frenos antibloqueo han reducido drásticamente el tiempo de parada y el espacio.

A partir de 2015, los híbridos, una combinación del motor de gasolina y el motor eléctrico, no se han popularizado en partes de los Estados Unidos. Según Experian Automotive (a través de Adam Goldfein), uno de cada cuatro híbridos se vendió en California, una cantidad mayor a la de los siguientes cinco estados (Florida, Texas, Nueva York, Virginia y Washington) combinados.

Aunque la mayoría de los principales fabricantes de automóviles actualmente ofrecen un modelo híbrido, los modelos Prius de Toyota han dominado el mercado con aproximadamente 5 millones de ventas totales desde 2000, según Wall Street, 24/7. Las ventas anuales de automóviles desde 2000 han sido tan bajas como 10.4 millones (año 2009) a 17.4 millones (año 2000), los híbridos representan menos del 3% de las ventas totales desde 2000 y, de acuerdo con Green Car Reports, promedian alrededor del 3% de las ventas anuales totales actualmente.

Muchos observadores creen que la combinación de los siguientes ha restringido la venta de híbridos hasta la fecha:

  • Los altos precios de consumo en relación con los modelos de motor tradicionales ($ 5, 000 o más para un automóvil comparable)
  • Menos instalaciones de servicio independientes capaces de reparar o reparar híbridos o automóviles eléctricos, lo que requiere que el concesionario vendedor mantenga el auto.
  • La falta de conocimiento del consumidor con la nueva tecnología
  • Aumento de la eficiencia de combustible de los motores de gas
  • Una cultura automotriz que idealiza la potencia y la velocidad de la autopista

Mientras que los vehículos puramente eléctricos alimentados por celdas de combustible (no híbridos) han capturado la fantasía del público, las mejoras en las celdas de combustible no han progresado tan rápido como se había proyectado. El automóvil eléctrico promedio tiene un límite de manejo de 150 millas y requiere de 20 a 30 minutos para recargarse.

Por el contrario, un Ford Focus 2015 con un motor de cuatro cilindros, combustible flexible (gasolina o mezclas de gasolina y etanol) y un tanque de 12.4 galones puede viajar más de 360 ​​millas sin repostar. Mientras que los autos eléctricos pueden reemplazar a las fuentes de energía tradicionales en el futuro, el resultado más probable es una mayor popularidad del motor híbrido, la transición lógica entre los motores de gas y eléctricos.

Combustibles

Para la mayoría de su existencia, el automóvil ha confiado en la gasolina, un producto refinado del petróleo, para su combustible. El plomo tetraetílico se agregó históricamente para proporcionar más resistencia al autoencendido, una condición que los conductores denominan "golpes" cuando se desconecta el encendido. Desde la década de 1970, el etanol, un combustible renovable mezclado con gasolina, ha reemplazado al plomo, la combinación a veces llamada "combustible flexible".

Otros combustibles incluyen los siguientes:

  • Gas Natural Comprimido . Algunos vehículos, especialmente los grandes camiones y autobuses, están diseñados para operar con gas natural comprimido, un combustible fósil que se quema más limpio que el petróleo y produce menos contaminantes. Proponentes como el petrolero T. Boone Pickens han abogado por el GNC como una mejor alternativa ambiental y más barata a la gasolina. Sin embargo, la infraestructura para proporcionar GNC como una alternativa viable a una nación de automóviles no existe, lo que limita su atractivo para los automovilistas.
  • Electricidad Los vehículos eléctricos e híbridos son cada vez más comunes, con una economía de combustible aproximadamente 33% mayor que la de un motor a gasolina. Mientras que los autos a batería se pueden recargar en el hogar o en estaciones de carga públicas, el alcance de los vehículos exclusivamente eléctricos es considerablemente menor que el de un automóvil a gasolina con una capacidad de almacenamiento de 12 galones o más. Las mejoras en la tecnología de la batería han sido más lentas de lo inicialmente proyectado, y los vehículos eléctricos siguen siendo más caros que una alternativa a gasolina. Sin embargo, los autos eléctricos continuarán recaudando una mayor cuota de mercado a medida que los costos de fabricación disminuyan y sus ventajas medioambientales se vuelvan más obvias. Los modelos híbridos que dependen de un motor de gasolina para recargar baterías o alimentar el motor eléctrico se pueden conducir más lejos que los vehículos a gasolina, y también conservan una ventaja de ahorro de combustible.
  • Hidrógeno . Algunos científicos y fabricantes de automóviles defienden el hidrógeno como el combustible del futuro, principalmente por sus beneficios medioambientales. En 2014, Hyundai comenzó a arrendar el primer vehículo propulsado por hidrógeno en los Estados Unidos, mientras que Toyota anunció planes para vender su primer automóvil impulsado por hidrógeno en 2015. La mayoría de los principales fabricantes tienen automóviles impulsados ​​por hidrógeno en desarrollo. Sin embargo, la infraestructura de abastecimiento de combustible necesaria para soportar el hidrógeno como combustible primario aún no existe.

Es poco probable que un único combustible alternativo desplazará a la gasolina como combustible primario del automóvil antes de 2025. Los automóviles eléctricos y los vehículos híbridos seguirán acumulando una cuota de mercado significativa a medida que aumente la distancia recorrida por carga eléctrica. El precio mundial del petróleo también afectará en gran medida la eventual conversión mayorista a un combustible alternativo. Si los precios continúan a $ 4.00 por galón o más, se fomentará el paso a los combustibles alternativos.

Comunicaciones

La comunicación electrónica entre el automóvil y el entorno en el que opera ha experimentado los cambios más dramáticos. Los sistemas de posicionamiento global (GPS) están disponibles en la mayoría de los automóviles nuevos, aunque como un complemento para muchos. A medida que estos sistemas se conviertan en estándar para todos los automóviles nuevos, aumentará el seguimiento de vehículos en tiempo real, así como la supervisión del motor fuera del sitio. Un sistema de GPS es esencial para los vehículos sin conductor.

Las comunicaciones de vehículo a vehículo (V2V) y de vehículo a infraestructura (V2I) se convertirán en un lugar común para que los automóviles se den cuenta automáticamente de la posición y el movimiento de otros vehículos, además de cambiar las condiciones de la carretera. Las señales de tráfico y las señales de tráfico interactivas proporcionarán comunicaciones automáticas y constantes a los vehículos que permitan correcciones de rumbo y velocidad sin la intervención del conductor. A medida que estos elementos, que ya están disponibles técnicamente, se pongan en marcha, el automóvil sin conductor se convertirá en realidad.

Carreteras y Carreteras

En las próximas décadas, Estados Unidos reconstruirá su infraestructura obsoleta e incluirá la nueva tecnología de comunicaciones. Los carriles restringidos para camiones grandes son comunes hoy en día en las carreteras. El plateo en las autopistas interestatales, autos individuales conectados entre sí electrónicamente y viajando juntos como una unidad, se volverá un lugar común a medida que el país reconstruya sus carreteras para acomodar las capacidades de comunicación.

La razón de los límites de velocidad históricamente ha sido la siguiente:

  • Seguridad del conductor . Conducir a velocidades más bajas permite a los conductores más tiempo para hacer ajustes si es necesario y reduce las fuerzas de impacto. Los accidentes en las carreteras se verán reducidos drásticamente a medida que las computadoras reemplacen a los conductores humanos, y la primera realiza ajustes instantáneos a medida que cambian las condiciones de la carretera y del tránsito. Los lectores deben tener en cuenta que la Autobahn en Alemania Occidental no tiene límites de velocidad superiores y ha experimentado una tasa de letalidad del tráfico muy por debajo del Sistema de autopistas interestatales de los EE. UU. Durante años.
  • Economía de combustible . El Gobierno Federal impuso un límite de velocidad de 55 millas por hora a través de la Ley de Conservación de Energía de Carreteras de Emergencia en 1974 para reducir el consumo de gasolina. Los límites se elevaron a 65 mph en 1987 y se derogaron en 1995. Hay poca evidencia de que los límites de velocidad más bajos produjeran un ahorro significativo de combustible nacional.

A medida que se reemplaza la infraestructura de las autopistas y aumenta la cantidad de autos de robot proporcionalmente, los límites máximos de velocidad desaparecerán a nivel estatal.

La seguridad

La seguridad de los conductores y los pasajeros se ha incrementado dramáticamente en los últimos años a través de un mejor diseño del vehículo y el uso de airbags de despliegue automático. El control automático de luces de carretera es actualmente estándar en muchos automóviles, y las capacidades de visión nocturna con detección automática de peatones en modelos de lujo pueden ser estándar para 2025. El radar montado en la parte trasera y las cámaras multidireccionales y multisensor ya están apareciendo en el lujo modelos de automóviles, y es probable que se convierta en estándar en los próximos años.

Los sistemas automáticos de dirección de emergencia que combinan el frenado y la dirección evasiva reducirán o evitarán las colisiones peligrosas en el futuro. Nissan Motor Corporation es una de las compañías que desarrolla dispositivos para detectar la incapacidad de un conductor para operar con seguridad un vehículo (sensores que detectan el alcohol, cámaras para monitorear expresiones faciales o software para reconocer una conducción errática) para un uso eventual.

Palabra final

Los automóviles del futuro serán tan diferentes de hoy como los primeros automóviles difieren del caballo y el buggy. Los autos sin conductor serán significativamente más eficientes en términos de energía, más seguros, menos dañinos para el medioambiente y más económicos de operar que cualquier otro modo de transporte en la experiencia humana.

La transición al futuro de los automóviles no será rápida, demorando por lo menos una docena o más de años para reemplazar la flota existente de automóviles en el país. Reconstruir las carreteras y carreteras de la nación para acomodar la nueva tecnología es probable que tome más tiempo ya que los líderes de la nación luchan con prioridades nacionales conflictivas. El ritmo de la mejora tecnológica seguirá aumentando, pero es probable que los beneficios de esas mejoras no se realicen por completo hasta 2050 o más adelante.

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