Door bijna alle rekeningen zijn de dagen van overvloedig goedkope benzine voorbij. Maar we zijn niet per se gedoemd om tot in de eeuwigheid te lijden onder brandstofprijsmoeheid. Tegen 2025 is het heel goed mogelijk dat de gemiddelde personenauto in staat zal zijn om meer dan 21,3 kilometer per liter 50 mijl per gallon te halen - als hij al op conventionele brandstof rijdt.
Het zal niet gemakkelijk of goedkoop zijn om dat doel te bereiken. Gelukkig hebben de ingenieurs en wetenschappers die zijn belast met het efficiënter maken van auto's nog een paar trucjes in petto.
Een van de grootste beschikbare gebieden om winst te maken, is het verminderen van de massa van auto's en vrachtwagens - een brede discipline die bekend staat als lichtgewicht auto's. Lichtgewicht probeert kilo's te besparen op het totale gewicht van een voertuig door gebruik te maken van geavanceerde materialen, ingenieuze constructie en nieuwe systemen. Geschat wordt dat elke 10 procent gewichtsvermindering een vermindering van 6 tot 7 procent van het brandstofverbruik oplevert. Dus zelfs een kleine gewichtsbesparing — vermenigvuldigd met de duizenden onderdelen van een typisch voertuig — kan oplopen tot aanzienlijke bedragen.
Deze trend is al tientallen jaren aan de gang:de gemiddelde sedan weegt vandaag 3.000 pond (1.361 kilogram), vergeleken met 4.500 pond (2.041 kilogram) 30 jaar geleden. Dat is ondanks de gestage groei in gadgets, veiligheidsvoorzieningen en comfort die onze voertuigen in de loop der jaren tot rijdende huizen en kantoren hebben gemaakt. Voertuigen lichter blijven maken, hangt af van slimme benaderingen om hun onderdelen lichter te maken.
Op de volgende pagina's bespreken we vijf van de slimste innovaties die auto-onderdelen mogelijk maken, en in sommige gevallen nu zelfs, lichter maken.
InhoudTot de zwaarste onderdelen van een auto of vrachtwagen behoren de onderdelen die het 'hart' vormen:de motor. Items in de motorruimte, zoals het motorblok, zuigers, krukas en diverse accessoires zijn gemaakt van zeer sterke, hittebestendige metalen. Dat moeten ze zijn om de enorme spanningen en temperaturen te weerstaan die worden veroorzaakt door de kracht van duizenden gecontroleerde explosies per minuut die onder de motorkap plaatsvinden.
De wisselwerking voor die duurzaamheid is dat traditionele motoren extreem zwaar zijn - enkele honderden ponden in het geval van een typische personenauto.
Als de motor eenmaal draait, moet hij zijn rotatie-energie overbrengen van de motorruimte naar de wielen op ten minste twee van de vier hoeken van de auto. Hiervoor zijn een transmissie, aandrijfassen en meer onderdelen nodig die gewicht en inefficiëntie toevoegen.
Elektromotoren die direct op de naaf van een afzonderlijk wiel zijn geplaatst, elimineren de noodzaak voor veel van die omvangrijke en onderhoudsgevoelige onderdelen van een conventionele auto. Deze motoren worden vervolgens bestuurd door een computer die hen aanstuurt om de wielen te laten draaien als dat nodig is. Michelin en autobedrijf Venturi maakten in 2010 grote indruk met deze technologie en toonden Michelin's Active Wheel System op het swoopy ogende Venturi Volage-concept. Het bevat niet alleen elektromotoren in de wielen, maar ook een krachtig elektrisch remsysteem en actieve vering (ook in de wielnaaf)!
Naast het ontwerp van de onderdelen zelf, is het heel belangrijk waar ze van gemaakt zijn. Ga naar de volgende pagina om te lezen over de slimme materialen die auto-onderdelen lichter maken.
In een van de beroemdste filmregels ooit, uitte "Mr. McGuire" (Walter Brooke) wat een klassiek advies zou worden aan "Benjamin" (een toen nog fris uitziende Dustin Hoffman) in de film "The Graduate" uit 1967:" "Ik wil je slechts één woord zeggen... plastics. Plastics heeft een grote toekomst, wil je erover nadenken?"
Decennia later is de raad van dhr. McGuire niet alleen profetisch gebleken, maar ook opmerkelijk duurzaam. Plastic komt in een of andere vorm voor op bijna elk item dat we kopen, van de verpakking tot het object zelf. Zelfs vandaag de dag zoeken onderzoekers naar manieren om kunststoffen veelzijdiger, sterker en bestand te maken tegen extremere omstandigheden te maken.
Eén bedrijf, Polimotor, is zelfs zo ver gegaan om plastic motoren voor te stellen en te bouwen, en claimt een gewichtsbesparing van 30 procent ten opzichte van traditionele volledig metalen motoren.
Op de korte termijn zie je echter waarschijnlijk nog steeds plastic op conventionele plaatsen, alleen meer.
Naast interieurdelen zoals sierlijsten, knoppen, consoles en panelen die van plastic zijn gemaakt, wordt het ook gebruikt voor voor- en achterbumpers, zijschorten en spiegelbehuizingen.
Het is misschien niet al te ver weg dat je alledaagse productievoertuigen ziet waarvan de hele carrosserie is gemaakt van plastic, waarbij het aluminium of staal dat normaal gesproken voor carrosseriepanelen wordt gebruikt, wordt overgeslagen.
We zouden zelfs een goede bestemming kunnen vinden voor een deel van de naar schatting 2,5 miljoen ton plastic waterflessen die elk jaar worden weggegooid:het Hyundai QarmaQ-concept, bijvoorbeeld, heeft een carrosserie die grotendeels is gemaakt van gerecyclede plastic waterflessen. Er is nog een ander "wondermateriaal" dat klaar staat om een deel van de gewichtslast van stalen onderdelen te verlichten, terwijl het dezelfde of betere sterkte biedt. Lees er alles over op de volgende pagina.
Koolstofvezel is zeker geen nieuwkomer in de autowereld. Deze technologie is voortgekomen uit de lucht- en ruimtevaartindustrie en werd vervolgens gebruikt in autoraces om voertuigen lichter op het circuit te maken.
Onder de prestatiegerichte "tuner"-menigte is het een teken van status om koolstofvezelkappen, spoilers en zelfs carrosseriepanelen vast te schroeven met de stukken ongeverfd en koolstofweefsel zichtbaar.
Kort gezegd, koolstofvezel bestaat uit strengen koolstofatomen die tot vezels worden gevormd die vervolgens worden geweven tot een gemakkelijk te vormen stof. Wanneer platen in een speciale hars worden gedrenkt, op een mal of vorm worden aangebracht en laten uitharden, kan het resulterende product zo sterk zijn als staal, maar met de helft van het gewicht (en 30 procent lichter dan aluminium). Het werkt op dezelfde manier als glasvezel, maar levert een veel hogere sterkte op.
Dus waarom zien we koolstofvezel niet al overal? Kosten. De lange en complexe cyclus van het maken van onderdelen van koolstofvezel maakt ze vele malen duurder om te produceren dan vergelijkbare onderdelen van staal of zelfs lichtgewicht metalen die duurder zijn dan staal.
Lange tijd zouden de brandstofbesparingen die autokopers zouden genieten als gevolg van lichtere koolstofvezelonderdelen de extra kosten van het niet gebruiken van staal financieel niet rechtvaardigen.
Een aantal autofabrikanten, met name Lexus en BMW, werken eraan om daar verandering in te brengen door intensief onderzoek te doen naar manieren om de kosten van de productie van koolstofvezel voor voertuigen te verlagen. Lexus heeft bijvoorbeeld een opmerkelijk driedimensionaal robotweefgetouw ontwikkeld dat niet alleen vlakke platen koolstofvezel kan weven, maar ook gebogen stukken die al gevormd zijn naar de contouren van bepaalde lichaamsdelen.
Hoe moet een autobouwer qua gewicht "het lood eruit halen", wanneer voertuigen afhankelijk zijn van batterijen (traditioneel zware loodzuurbatterijen) om in de vele elektrische behoeften van een voertuig te voorzien? Tot een paar jaar geleden waren loodaccu's de favoriete leverancier van elektrische auto's, vooral omdat dat het enige was dat direct beschikbaar was.
Toen kwamen nikkel-metaalhydride (NiMH)-batterijen die lichter waren en nog steeds een krachtige lading konden bevatten - en die veel werden gebruikt in hybride voertuigen.
Autofabrikanten zetten in op hybride en volledig elektrische voertuigen om hen te helpen in de toekomst te voldoen aan door de overheid opgelegde kilometerstandvereisten. Maar zelfs NiMH-batterijen missen de energieopslagcapaciteit om praktisch aan de verwachtingen van consumenten te voldoen. Het komt door een eigenschap die 'energiedichtheid' wordt genoemd. Op dit moment zijn batterijen niet in staat om dezelfde energiestoot vast te houden voor een bepaald gewicht als fossiele brandstoffen.
Voer lithium-ionbatterijen in, die een hogere energiedichtheid hebben dan loodzuur of nikkelmetaalhydride. Ze hebben lange tijd draadloze elektrische gereedschappen en laptops van stroom voorzien, maar hebben ook een vervelende neiging gehad om te exploderen als ze te heet werden. Hoewel enigszins zeldzaam, kwamen deze catastrofale storingen vaak genoeg voor om grote bezorgdheid te veroorzaken, bijvoorbeeld wanneer consumentenlaptops in brand zouden vliegen. Ze hielden ook grote autofabrikanten wantrouwend om ze in in massa geproduceerde voertuigen te plaatsen totdat de knikken konden worden opgelost.
Toch zagen bedrijven als Tesla het gepast om ze in hun snelle, slanke Roadster elektrische sportwagen te stoppen, die in alle opzichten fenomenale prestaties leverde.
En de tijd dat lithium-ion-autobatterijen meer mainstream worden, nadert snel. MIT-onderzoekers hebben bijvoorbeeld een manier gevonden om de oplaadtijden te verkorten en lithium-ionbatterijen stabieler te maken (door nikkel te gebruiken in plaats van kobalt, samen met het hoofdelement lithium). Door deze en andere ontwikkelingen lijkt het erop dat lichtgewicht lithium een belangrijke rol zal spelen bij het helpen van auto's om in de toekomst de kilo's eraf te houden.
Als mensen het over een 'elektrisch voertuig' hebben, bedoelen ze meestal het feit dat het een elektromotor heeft die de wielen laat draaien. Maar er is een andere betekenis voor de uitdrukking - het kan ook verwijzen naar auto's die zware en omvangrijke mechanische verbindingen vervangen door lichtere, kleinere elektrische componenten. Deze elektrische en elektronische componenten worden gewoonlijk 'drive-by-wire' of 'x-by-wire' genoemd en kunnen worden gebruikt om de gasrespons, het sturen en zelfs het remmen nauwkeuriger te regelen.
Deze specifieke technologie claimt een afstamming van straaljagers. Fly-by-wire kreeg letterlijk zijn vuurdoop toen het werd gebruikt als de enige controlemethode voor de F-16 Fighting Falcon, die al in 1978 debuteerde. het kreeg uiteindelijk de bijnaam "Viper", samen met het respect van de piloot, omdat het zichzelf herhaaldelijk bewees in de strijd.
"By-wire" bedieningselementen werden vervolgens gebruikt in zowel militaire als commerciële vliegtuigen en uiteindelijk in de auto-industrie.
Omdat by-wire-bedieningselementen minder ruimte innemen, betekent dit dat auto-ontwerpers meer comfort kunnen bieden, zoals meer been- en hoofdruimte, en in het algemeen minder ontwerpcompromissen hoeven te sluiten. En omdat ze minder wegen, laten by-wire-systemen de voertuigen waarop ze zijn geïnstalleerd sneller, verder of beide rijden.
Niet iedereen voelt zich op zijn gemak bij het idee om naar volledig elektronische systemen te gaan. Wat als ze toch last hebben van gebrekkige programmering, net als de software die we soms op onze pc's gebruiken? Het laatste dat u wilt, is een computerstoring waardoor u niet kunt remmen wanneer u ze echt nodig hebt.
In werkelijkheid verslijten mechanische systemen, breken en ervaren ook andere problemen. Zoals met veel andere auto-innovaties, kan het slechts een kwestie van tijd zijn voordat mensen de nieuwere besturingstechnologie als "normaal" accepteren, als het eenmaal is bewezen door een steeds breder gebruik.
