A detta di quasi tutti, i giorni della benzina abbondantemente a buon mercato sono finiti. Ma non siamo necessariamente condannati a soffrire per l'eternità la fatica del prezzo del carburante. Entro il 2025, è del tutto possibile che un'autovettura media sarà in grado di percorrere più di 50 miglia per gallone (21,3 chilometri per litro), se funziona con carburante convenzionale.
Raggiungere quel traguardo non sarà né facile né economico. Fortunatamente, gli ingegneri e gli scienziati incaricati di rendere le automobili più efficienti hanno ancora qualche asso nella manica.
Una delle maggiori aree disponibili in cui ottenere guadagni è la riduzione della massa di automobili e camion, un'ampia disciplina nota come alleggerimento automobilistico. L'alleggerimento cerca di radere i chili dal peso complessivo di un veicolo utilizzando materiali avanzati, costruzione ingegnosa e nuovi sistemi. È stato stimato che ogni 10 percento di riduzione del peso produce una diminuzione compresa tra il 6 e il 7 percento del consumo di carburante. Quindi anche un piccolo risparmio di peso, se moltiplicato per le migliaia di parti di un veicolo tipico, può aumentare notevolmente.
Questa tendenza è in realtà in corso da decenni:la berlina media oggi pesa 3.000 libbre (1.361 chilogrammi), rispetto ai 4.500 libbre (2.041 chilogrammi) di 30 anni fa. Questo nonostante la costante crescita di aggeggi, dispositivi di sicurezza e comfort che hanno reso i nostri veicoli come case mobili e uffici nel corso degli anni. Continuare a rendere i veicoli più leggeri dipende dall'adozione di approcci intelligenti per rendere più leggeri i loro componenti.
Nelle prossime pagine tratteremo cinque delle innovazioni più intelligenti che verranno realizzate e, in alcuni casi, stiamo rendendo i ricambi auto più leggeri.
ContenutiTra le parti più pesanti di un'auto o di un camion ci sono quelle che compongono il suo "cuore":il motore. Gli elementi nel vano motore, come il blocco motore, i pistoni, l'albero motore e vari accessori sono realizzati con metalli ad alta resistenza e resistenti al calore. Devono esserlo, per resistere alle tremende sollecitazioni e temperature create dalla forza di migliaia di esplosioni controllate al minuto che si verificano sotto il cofano.
Il compromesso per tale durata è che i motori tradizionali sono estremamente pesanti, diverse centinaia di sterline nel caso di una tipica automobile.
Una volta acceso, il motore deve trasferire la sua energia di rotazione dal vano motore alle ruote su almeno due dei quattro angoli dell'auto. Per fare ciò sono necessari una trasmissione, assi motori e più parti che aggiungono peso e inefficienza.
I motori elettrici posizionati direttamente sul mozzo di una singola ruota eliminano la necessità di molte di quelle parti ingombranti e soggette a manutenzione su un'auto convenzionale. Questi motori sono quindi controllati da un computer che li indirizza a far girare le ruote secondo necessità. Michelin e la società automobilistica Venturi hanno fatto un grande salto con questa tecnologia nel 2010, sfoggiando il sistema Active Wheel System di Michelin sul concept Venturi Volage dall'aspetto swoopy. Non solo conteneva motori elettrici nelle ruote, ma anche un potente impianto frenante elettrico e sospensioni attive (anche all'interno del mozzo della ruota)!
Oltre al design delle parti stesse, è molto importante di cosa sono fatte. Vai alla pagina successiva per leggere i materiali intelligenti che stanno rendendo le parti di automobili più leggere.
In una delle battute cinematografiche più famose di sempre, "Mr. McGuire" (Walter Brooke) pronunciò quello che sarebbe diventato un classico consiglio a "Benjamin" (un Dustin Hoffman dal volto fresco) nel film del 1967 "The Graduate":" "Voglio solo dirti una parola... plastica. C'è un grande futuro nella plastica, ci penserai?"
Decenni dopo, il consiglio del signor McGuire si è dimostrato non solo profetico, ma anche straordinariamente duraturo. La plastica appare in qualche forma su quasi tutti gli articoli che acquistiamo, dalla confezione all'oggetto stesso. Ancora oggi, i ricercatori stanno cercando modi per rendere le plastiche più versatili, più resistenti e in grado di resistere a condizioni più estreme.
Un'azienda, Polimotor, è arrivata al punto di proporre e costruire motori in plastica, rivendicando un risparmio di peso del 30 percento rispetto ai tradizionali motori interamente in metallo.
Nel breve termine, tuttavia, è ancora probabile che tu veda plastica in luoghi convenzionali, solo di più.
Oltre alle parti interne come finiture, manopole, console e pannelli in plastica, viene utilizzato anche per paraurti anteriore e posteriore, minigonne laterali e alloggiamenti degli specchietti.
Potrebbe non essere troppo lontano vedere veicoli di produzione di tutti i giorni i cui interi corpi esterni sono realizzati in plastica, saltando l'alluminio o l'acciaio tipicamente utilizzati per i pannelli della carrozzeria.
Potremmo anche trovare un buon uso per alcune delle stimate 2,5 milioni di tonnellate di bottiglie d'acqua di plastica buttate via ogni anno:il concept Hyundai QarmaQ, ad esempio, vanta un corpo realizzato sostanzialmente con bottiglie d'acqua di plastica riciclata. C'è ancora un altro "materiale meraviglioso" pronto ad alleviare parte del carico di peso imposto dalle parti in acciaio, fornendo allo stesso tempo una resistenza uguale o migliore. Leggi tutto nella pagina successiva.
La fibra di carbonio non è certamente una novità nel panorama automobilistico. Nata dall'industria aerospaziale, quindi utilizzata nelle corse automobilistiche per rendere i veicoli più leggeri in pista, questa tecnologia è migrata verso usi speciali nel mercato dei ricambi ad alte prestazioni.
Tra la folla di "sintonizzatori" delle prestazioni, è un distintivo di status imbullonare cofani in fibra di carbonio, spoiler e persino pannelli della carrozzeria con i pezzi non verniciati e la trama del carbonio visibile.
In poche parole, la fibra di carbonio è costituita da fili di atomi di carbonio formati in fibre che vengono poi intrecciate in un tessuto facile da modellare. Quando i fogli vengono immersi in una resina speciale, applicata su uno stampo o una forma e lasciata indurire, il prodotto risultante può essere resistente quanto l'acciaio, ma a metà del peso (e il 30 percento più leggero dell'alluminio). Funziona in modo molto simile alla fibra di vetro, ma offre una resistenza molto maggiore.
Allora perché non vediamo già la fibra di carbonio ovunque? Costo. Il ciclo lungo e complesso di produzione di parti in fibra di carbonio le rende molte volte più costose da produrre rispetto a prodotti simili in acciaio o anche metalli leggeri che sono più costosi dell'acciaio.
Per molto tempo, i risparmi di carburante di cui godrebbero gli acquirenti di automobili grazie a parti in fibra di carbonio più leggere non giustificherebbero finanziariamente la spesa aggiuntiva derivante dal non utilizzare l'acciaio.
Un certo numero di case automobilistiche, in particolare Lexus e BMW, stanno lavorando per cambiare la situazione con un'intensa ricerca sullo sviluppo di modi per ridurre i costi di produzione della fibra di carbonio per i veicoli. Lexus, ad esempio, ha sviluppato uno straordinario telaio robotico tridimensionale in grado di tessere non solo fogli piatti di fibra di carbonio, ma anche pezzi curvi già modellati secondo i contorni di particolari parti del corpo.
Come dovrebbe un costruttore di automobili "togliere il vantaggio", dal punto di vista del peso, quando i veicoli si affidano a batterie (tradizionalmente pesanti al piombo acido) per soddisfare le numerose esigenze elettriche di un veicolo? Fino a pochi anni fa, le batterie al piombo erano il fornitore di energia preferito per le auto elettriche, soprattutto perché era tutto ciò che era prontamente disponibile.
Poi sono arrivate le batterie al nichel-metallo idruro (NiMH), più leggere e ancora in grado di caricare una potente carica, e ampiamente utilizzate nei veicoli ibridi.
Le case automobilistiche stanno scommettendo su veicoli ibridi e completamente elettrici per aiutarli a soddisfare i requisiti di chilometraggio richiesti dal governo in futuro. Ma anche le batterie NiMH non hanno la capacità di accumulo di energia per soddisfare praticamente le aspettative dei consumatori. È a causa di una proprietà chiamata "densità energetica". Per ora, le batterie non sono in grado di trattenere la stessa energia "pugno" per un dato peso dei combustibili fossili.
Inserisci le batterie agli ioni di litio, che hanno una densità di energia maggiore rispetto al piombo acido o all'idruro metallico di nichel. Hanno a lungo alimentato utensili elettrici senza fili e computer portatili, ma hanno anche sofferto di una brutta propensione a esplodere quando si surriscaldano. Sebbene alquanto rari, questi guasti catastrofici si sono verificati abbastanza spesso da suscitare grandi preoccupazioni, come quando avrebbero causato l'incendio dei laptop dei consumatori. Hanno anche mantenuto le principali case automobilistiche diffidenti nel metterli in veicoli prodotti in serie fino a quando non fosse stato possibile risolvere i problemi.
Tuttavia, aziende come Tesla hanno ritenuto opportuno inserirle nella sua auto sportiva elettrica Roadster, veloce ed elegante, che a detta di tutti ha fornito prestazioni fenomenali.
E il tempo per le batterie per auto agli ioni di litio di diventare più mainstream si avvicina rapidamente. I ricercatori del MIT, ad esempio, hanno trovato un modo per ridurre drasticamente i tempi di ricarica e rendere più stabili le batterie agli ioni di litio (usando nichel anziché cobalto, insieme all'elemento principale del litio). Questo e altri progressi fanno sembrare che il litio leggero giocherà un ruolo importante nell'aiutare le auto a mantenere i chili di troppo in futuro.
Di solito quando le persone parlano di un "veicolo elettrico", si riferiscono al fatto che ha un motore elettrico che fa girare le ruote. Ma c'è un altro significato per la frase:può anche riferirsi ad auto che sostituiscono collegamenti meccanici pesanti e ingombranti con componenti elettrici più leggeri e più piccoli. Comunemente indicati come "drive-by-wire" o "x-by-wire", questi componenti elettrici ed elettronici possono essere utilizzati per controllare con maggiore precisione la risposta dell'acceleratore, lo sterzo e persino la frenata.
Questa particolare tecnologia rivendica una discendenza da jet da combattimento. Il fly-by-wire ha ricevuto il suo battesimo dal fuoco, letteralmente, quando è stato utilizzato come unico metodo di controllo per l'F-16 Fighting Falcon, che ha debuttato nel lontano 1978. Scherzosamente soprannominato "The Electric Jet" dapprima da piloti diffidenti, alla fine acquisì il soprannome di "Viper", insieme al rispetto del pilota, come si è dimostrato ripetutamente in combattimento.
I controlli "via cavo" sono stati utilizzati sia negli aerei militari che in quelli commerciali e, infine, nell'industria automobilistica.
Poiché i controlli via cavo occupano meno spazio, ciò significa che i progettisti di automobili possono fornire più comfort per le creature come un migliore spazio per le gambe e la testa e fare meno compromessi di progettazione in generale. E poiché pesano meno, i sistemi by-wire consentono ai veicoli su cui sono installati di andare più veloci, più lontani o entrambi.
Non tutti sono a proprio agio con l'idea di passare a sistemi completamente elettronici. E se, dopo tutto, soffrissero di una programmazione errata, proprio come a volte accade con il software che utilizziamo sui nostri PC? L'ultima cosa che vuoi è un problema tecnico del computer che ti impedisce di azionare i freni quando ne hai davvero bisogno.
In realtà, i sistemi meccanici si usurano, si rompono e sperimentano anche altri problemi. Come per molte altre innovazioni automobilistiche, potrebbe essere solo questione di tempo prima che le persone accettino la nuova tecnologia di controllo come "normale", una volta che è stata dimostrata attraverso un uso sempre più ampio.
