O futuro dos automóveis e da tecnologia automotiva - carros híbridos, elétricos e sem motorista

Os automóveis, cada vez mais disponíveis para qualquer pessoa, obscureceram as distinções de classe social, expandiram os mercados e estimularam a economia. O setor emprega diretamente mais de 2,6 milhões de pessoas e, de acordo com a Auto Alliance, responde por 3% a 3,5% do produto interno bruto (PIB) do país.

O caso de amor americano com carros é evidente no número possuído. De acordo com o Bureau of Transportation Statistics, havia mais de 250 milhões de veículos registrados nos Estados Unidos em 2012, ou um para cada americano acima de 18 anos. A família média possui 1,75 veículo. Motoristas percorreram mais de 2,8 bilhões de milhas, mais de 4,5 milhões de milhas de estradas e rodovias e 605.471 pontes no país naquele ano.

Os consumidores podem escolher entre uma infinidade de fabricantes de carros, que produzem diferentes marcas, modelos e estilos de carroceria. Os veículos podem ser personalizados ainda mais por cor, tipo de motor, transmissão, design de interiores e tipo de rodas. Além disso, existem milhares de oficinas de reparação de automóveis, mecânicas de alto desempenho e oficinas de personalização de carrocerias, prontas para realizar os sonhos de qualquer proprietário de automóvel.

O impacto negativo dos automóveis na vida moderna

Por todas as suas contribuições para a vida moderna, o automóvel também trouxe consequências negativas consideráveis para os indivíduos e a sociedade como um todo:

Despesa. A compra e a operação contínua de um automóvel são uma das maiores despesas que uma pessoa típica realiza na vida. Os automóveis representam cerca de um sexto do orçamento de uma família, mais do que alimentos, assistência médica e seguros combinados, de acordo com o Bureau of Labor Statistics. O BLS relata que em 2010 o carro médio de passageiros nos EUA tinha 11,4 anos e foi percorrido 11.318 milhas, enquanto queimava US $ 2.132 em gás e petróleo. Além disso, os motoristas gastaram, em média, US $ 787 em reparos e manutenção.
Mortes e lesões. Segundo o Departamento de Censo dos Estados Unidos, desde 1990, mais de 10 milhões de acidentes envolvendo carros ocorrem a cada ano, causando mais de 30.000 mortes por ano. Embora a taxa caia a cada ano - refletindo melhorias no design e nas novas tecnologias -, a Administração Nacional de Segurança no Trânsito Rodoviário estima que o custo dos acidentes em 2010 foi de US $ 871 bilhões.
Expansão urbana. A população dos EUA mais que triplicou de 76 milhões de pessoas em 1900 para 281 milhões em 2000. No entanto, de acordo com um estudo do Censo dos Estados Unidos em 2002, o número de pessoas que vivem em uma área metropolitana diminuiu significativamente desde 1950. Em meados do século, mais mais de 7.000 pessoas ocupavam uma milha quadrada de área de terra; em 2000, havia menos de 3.000 por milha quadrada. Essa expansão reduz a eficiência do transporte de massa e aumenta a pressão para a construção de redes rodoviárias e rodoviárias mais extensas.
Congestionamento. De acordo com um estudo de mobilidade do Texas A&M de 2012, o viajante de automóvel médio passa mais de 50 horas por semana sentado em seu carro preso no trânsito. Em cidades como Los Angeles, Boston e Nova York, o congestionamento é superior a 60 horas por ano, fazendo com que os americanos viajem um total acumulado de 5,5 bilhões de horas a mais do que o necessário e comprem 2,9 bilhões de galões extras de combustível.
Poluição. Enquanto a poluição atmosférica antecede o automóvel, a maioria dos cientistas concorda que nossos automóveis pessoais são uma das principais causas do aquecimento global. De acordo com a Union of Concerned Scientists, carros e caminhões representam quase um quinto de todas as emissões nos EUA - cerca de 24 libras de dióxido de carbono e outros gases do aquecimento global para cada galão de gás queimado.

O futuro dos automóveis

Embora os automóveis tenham mudado significativamente desde a sua introdução, o ritmo de melhorias nos automóveis está aumentando - especialmente relacionado aos avanços para combater seus impactos negativos. Alguns futuristas prevêem o aparecimento de automóveis autônomos - carros autônomos - na próxima década.

A ExtremeTech relata que a Mercedes-Benz apresentou seu carro sem motorista no Consumer Electronics Show de 2015, o veículo de luxo F-105, que vem com bancos dianteiros que giram para que o motorista e o passageiro do banco da frente possam sentar-se frente a frente com as costas passageiros. Enquanto isso, a BMW demonstrou o i3 EV que estaciona automaticamente e pode procurar vagas em vagas de garagem.

De acordo com a CNBC, alguns analistas prevêem que novos fabricantes, como Google e Apple, irão substituir os fabricantes de automóveis em massa tradicionais, como General Motors, Ford, Honda e Volkswagen, com sua vantagem inicial em novas tecnologias. Outras previsões incluem o seguinte:

Menos carros pertencerão a famílias, uma vez que um único carro pode atender a uma variedade de membros, sequencial e simultaneamente, sem esperar pelo motorista. Por exemplo, um carro sem motorista pode retornar à sua base após entregar um trabalhador ao escritório e estar disponível para transportar outros membros da família durante o dia antes de retornar para buscar o passageiro no final da noite.
Haverá um aumento na mobilidade compartilhada, onde as pessoas usam carros sem os possuir..

Elementos de Mudança Significativa

Melhorias significativas reduzirão o impacto negativo dos automóveis no futuro. Isso inclui os seguintes aspectos e elementos.

Projeto

Os primeiros automóveis pareciam as carruagens puxadas por cavalos que eles substituíam, caixas simples sobre rodas. Os primeiros fabricantes tinham pouco conhecimento em aerodinâmica - a resistência dos objetos em movimento no ar, ou "arraste". O arrasto aumenta proporcionalmente com a velocidade. A forma do carro, especialmente a área frontal, afeta diretamente a energia consumida à medida que o veículo avança.

Outro efeito do aumento da velocidade é a elevação adicional - a tendência da carroçaria de subir da superfície da estrada - do ar que flui sob o carro, reduzindo a tração e a estabilidade durante as curvas. O uso de túneis de vento orientou os engenheiros de projeto automotivo a reduzir bordas afiadas e melhorar a racionalização, reduzindo assim o arrasto, a elevação e o consumo de energia.

Como conseqüência, marcas e modelos parecem semelhantes, pois cada fabricante adota rapidamente qualquer vantagem obtida por um rival. É provável que os carros futuros sejam mais curtos com mais curvas, mantendo ou aumentando o espaço interior para os passageiros.

Materiais

O peso de um carro afeta diretamente o consumo de combustível usado durante as operações. A Universidade de Washington relata que o uso generalizado de construção unibody, materiais leves e motores menores reduziram o peso médio do automóvel em 1.700 libras entre 1975 e 2009. No entanto, grande parte da vantagem foi compensada por um aumento no tamanho do veículo e funcionalidade adicional.

A pressão federal contínua para aumentar a economia de combustível resultará em um maior uso de aço leve, alumínio, materiais compósitos e plásticos para reduzir o peso e melhorar a resistência a colisões. Por exemplo, o corpo do Tesla Roadster é construído a partir de um composto leve de fibra de carbono / epóxi que é tão forte quanto o aço e pesa 30% menos. À medida que os custos de fabricação do material diminuem, mais fabricantes recorrem aos novos materiais compostos revolucionários para seus veículos.

Eficiência Mecânica

O motor de combustão interna a quatro tempos é a principal fonte de energia para automóveis há décadas. Ao longo dos anos, os avanços tecnológicos, como cames aéreos duplos com quatro válvulas com tempo variável da válvula, indução forçada de ar, injeção de combustível, injeção de combustível ajustada por computador e tempo variável da válvula aumentaram a eficiência e a potência do motor.

O uso generalizado da unidade de controle do motor - um computador de bordo que regula o tempo de ignição, a mistura de ar / combustível e a velocidade ociosa - cria maior eficiência de combustível e diagnóstico constante do motor. As transmissões são mais eficientes, evoluindo do câmbio manual de três marchas à frente e marcha à ré, passando pelo câmbio automático de seis a oito marchas e marcha à ré. O sistema hidráulico aprimorado permite uma direção hidráulica sem esforço, enquanto os freios antibloqueio reduziram drasticamente o tempo e o espaço de parada.

A partir de 2015, os híbridos - uma combinação do motor a gasolina e o elétrico - não se tornaram populares em partes dos Estados Unidos. De acordo com a Experian Automotive (via Adam Goldfein), um em cada quatro híbridos foi vendido na Califórnia, uma quantidade superior aos cinco estados seguintes (Flórida, Texas, Nova York, Virgínia e Washington) combinados.

Embora a maioria dos principais fabricantes de automóveis ofereça atualmente um modelo híbrido, os modelos Prius da Toyota dominaram o mercado com cerca de 5 milhões de vendas totais desde 2000, de acordo com a Wall Street 24/7. Desde as vendas anuais de automóveis nos EUA desde 2000, foram tão baixas quanto 10,4 milhões (ano 2009) a 17,4 milhões (ano 2000), os híbridos representaram menos de 3% do total de vendas desde 2000 e, de acordo com a Green Car Reports, representam em média cerca de 3% do total de vendas anuais atualmente.

Muitos observadores acreditam que a combinação do seguinte restringiu a venda de híbridos até o momento:

Preços altos ao consumidor em relação aos modelos de motores tradicionais (US $ 5.000 ou mais para um carro comparável)
Menos instalações de serviço independentes, capazes de atender ou reparar híbridos ou carros elétricos, exigindo que o carro seja mantido pelo revendedor
Falta de familiaridade do consumidor com a nova tecnologia
Maior eficiência de combustível de motores a gás
Uma cultura automotiva que idealiza a potência e a velocidade da rodovia

Enquanto veículos puramente elétricos movidos a células de combustível (e não híbridos) conquistaram a imaginação do público, as melhorias nas células de combustível não progrediram tão rapidamente quanto o projetado. O carro elétrico médio tem um limite de condução de 250 milhas e requer 20 a 30 minutos para recarregar.

Por outro lado, um Ford Focus 2015 com um motor de quatro cilindros, combustível flexível (gasolina ou gasolina e etanol) e um tanque de 12,4 galões pode viajar mais de 360 milhas sem reabastecer. Embora os carros elétricos possam substituir as fontes de energia tradicionais no futuro, o resultado mais provável é o aumento da popularidade do motor híbrido, a transição lógica entre os motores a gás e os elétricos.

Combustíveis

Na maior parte de sua existência, o automóvel confiou na gasolina - um produto de petróleo refinado - para seu combustível. Historicamente, o chumbo tetraetil foi adicionado para fornecer mais resistência à auto-ignição, uma condição que os motoristas denominaram "bater" quando a ignição foi desligada. Desde a década de 1970, o etanol - um combustível renovável misturado à gasolina - substituiu o chumbo, a combinação às vezes chamada de "combustível flexível".

Outros combustíveis incluem o seguinte:

Gás natural comprimido. Alguns veículos, especialmente caminhões e ônibus grandes, são projetados para operar com gás natural comprimido, um combustível fóssil que queima mais limpo que o petróleo e produz menos poluentes. Proponentes como o petroleiro T. Boone Pickens têm defendido o GNV como uma alternativa ambiental e mais barata à gasolina. No entanto, a infraestrutura para fornecer GNV como uma alternativa viável a uma nação de automóveis não existe, limitando seu apelo aos motoristas..
Eletricidade. Veículos elétricos e híbridos são cada vez mais comuns, com uma economia de combustível aproximadamente 33% maior que um motor a gasolina. Enquanto os carros movidos a bateria podem ser recarregados em casa ou em estações públicas de recarga, o alcance dos veículos somente elétricos é consideravelmente menor que um carro movido a gasolina, com capacidade de armazenamento de 12 ou mais galões. As melhorias na tecnologia de baterias foram mais lentas do que o inicialmente projetado, e os veículos movidos a eletricidade permanecem mais caros do que uma alternativa movida a gasolina. No entanto, os carros elétricos continuarão a ganhar uma participação maior no mercado à medida que os custos de fabricação diminuem e suas vantagens ambientais se tornam mais óbvias. Modelos híbridos que dependem de um motor a gasolina para recarregar baterias ou alimentar o motor elétrico podem ser movidos mais longe que os veículos movidos a gasolina, além de manter uma vantagem de economia de combustível.
Hidrogênio. Alguns cientistas e fabricantes de automóveis defendem o hidrogênio como o combustível do futuro, principalmente por seus benefícios ambientais. Em 2014, a Hyundai começou a alugar o primeiro veículo movido a hidrogênio nos Estados Unidos, enquanto a Toyota anunciou planos para vender seu primeiro carro movido a hidrogênio em 2015. A maioria dos principais fabricantes tem carros movidos a hidrogênio em desenvolvimento. No entanto, a infraestrutura de abastecimento necessária para apoiar o hidrogênio como combustível primário ainda não existe.

É improvável que um único combustível alternativo substitua a gasolina como combustível primário do automóvel antes de 2025. Automóveis elétricos e veículos híbridos continuarão a ganhar participação de mercado significativa à medida que a distância percorrida por carga elétrica aumenta. O preço mundial do petróleo também afetará bastante a eventual conversão no atacado para um combustível alternativo. Se os preços continuarem em US $ 4,00 por galão ou mais, a mudança para combustíveis alternativos será estimulada.

Comunicações

A comunicação eletrônica entre o automóvel e o ambiente em que opera passa pelas mudanças mais drásticas. Os sistemas de posicionamento global (GPS) estão disponíveis na maioria dos carros novos, embora sejam um item complementar para muitos. À medida que esses sistemas se tornarem padrão para todos os carros novos, o rastreamento de veículos em tempo real aumentará disponível, bem como o monitoramento externo do motor. Um sistema GPS é essencial para veículos sem motorista.

As comunicações veículo a veículo (V2V) e veículo a infraestrutura (V2I) se tornarão comuns, para que os automóveis tomem consciência automaticamente da posição e movimento de outros veículos, além de alterar as condições da estrada. Sinais de trânsito e sinais de trânsito interativos fornecerão comunicações automáticas e constantes aos veículos, permitindo correções de curso e velocidade sem intervenção do motorista. À medida que esses elementos - já tecnicamente disponíveis - forem implementados, o carro sem motorista se tornará realidade.

Estradas e Rodovias

Nas próximas décadas, os EUA reconstruirão sua infra-estrutura antiga e incluirão a nova tecnologia de comunicações. Hoje, as faixas restritas para caminhões grandes são comuns nas rodovias. Pelotão em rodovias interestaduais - carros individuais conectados eletronicamente e viajando juntos como uma unidade - se tornará comum à medida que o país reconstruir suas rodovias para acomodar recursos de comunicação.

A lógica dos limites de velocidade historicamente tem sido a seguinte:

Segurança do motorista. Dirigir em velocidades mais baixas permite que os motoristas tenham mais tempo para fazer ajustes, se necessário, e reduz as forças de impacto. Os acidentes rodoviários serão drasticamente reduzidos à medida que os computadores substituírem os motoristas humanos, os primeiros fazendo ajustes instantâneos conforme as condições da estrada e do tráfego mudam. Os leitores devem observar que a Autobahn na Alemanha Ocidental não tem limites de velocidade superiores e experimentou uma taxa de mortalidade no tráfego muito abaixo do Sistema de Rodovias Interestaduais dos EUA por anos.
Economia de combustível. Um limite de velocidade de 55 milhas por hora foi imposto pelo Governo Federal por meio da Lei de Conservação de Energia em Rodovias de Emergência em 1974 para reduzir o consumo de gasolina. Os limites foram aumentados para 65 mph em 1987 e revogados em 1995. Há poucas evidências de que os limites de velocidade mais baixos tenham resultado em significativa economia nacional de combustível.

À medida que a infraestrutura rodoviária é substituída e o número de carros-robôs aumenta proporcionalmente, os limites máximos de velocidade desaparecem no nível estadual.

Segurança

A segurança do motorista e do passageiro aumentou drasticamente nos últimos anos por meio de um melhor design do veículo e do uso de airbags de implantação automática. Atualmente, o controle automático de luzes de farol alto é padrão em muitos carros, e os recursos de visão noturna com detecção automática de pedestres em modelos de luxo podem ser padrão até 2025. O radar montado na traseira e as câmeras multidirecionais e multidirecionais já estão aparecendo no luxo modelos de automóveis e provavelmente se tornará padrão nos próximos anos.

Os sistemas automáticos de direção de emergência, combinando a frenagem e a direção evasiva, reduzirão ou evitarão colisões perigosas no futuro. A Nissan Motor Corporation está entre as empresas que desenvolvem dispositivos para detectar a incapacidade do motorista de operar com segurança um veículo - sensores que detectam álcool, câmeras para monitorar expressões faciais ou software para reconhecer direção irregular - para uso eventual.

Palavra final

Os automóveis do futuro serão tão diferentes de hoje quanto os primeiros automóveis diferem do cavalo e do buggy. Os carros sem motorista serão significativamente mais eficientes em termos energéticos, mais seguros, menos prejudiciais ao meio ambiente e mais econômicos de operar do que qualquer modo de transporte na experiência humana.

A transição para o futuro dos automóveis não será rápida, levando pelo menos uma dúzia ou mais anos para substituir a frota de automóveis existente no país. A reconstrução das rodovias e estradas do país para acomodar a nova tecnologia provavelmente levará mais tempo, já que os líderes do país lutam com prioridades nacionais conflitantes. O ritmo da melhoria tecnológica continuará a aumentar, mas os benefícios dessas melhorias provavelmente não serão totalmente alcançados até 2050 ou mais tarde.

Que previsões você tem sobre o futuro dos automóveis?