Wie Hypercars funktionieren

Was macht unsere Fahrzeuge so ineffizient? Siehe Concept Car Bilder. Justin Sullivan / Getty Images

-Egal, welche Art von Auto Sie fahren, Sie würden wahrscheinlich gerne eine bessere Kilometerleistung erzielen. Selbst wenn Sie ein effizientes Hybridfahrzeug fahren, denken Sie jedes Mal, wenn Sie den Tank füllen: "Wäre es nicht großartig, wenn ich noch mehr Kilometer zurücklegen könnte? Zum Beispiel mehr als 42,5 Kilometer pro Liter." ? " Nun, wenn eine Gruppe visionärer Ingenieure ihren Willen hat, könnten Sie es auch.

Menschen wie der Energiepolitik-Experte Amory Lovins, Designer eines Unternehmens namens Fiberforge und sogar Automobilingenieure bei Volkswagen haben hart daran gearbeitet, Autos zu entwickeln, die unglaublich leicht und äußerst effizient sind. Das Ergebnis: Hypercars. Mit fortschrittlichen Materialien und alternativen Kraftstoffsystemen müssen Hypercars im Namen der Kraftstoffeffizienz nicht auf Sicherheit, Leistung oder Luxus verzichten.

Wenn Sie der Meinung sind, dass die Automobiltechnologie bereit ist, sich weiterzuentwickeln, nachdem sie in den letzten 50 Jahren im Wesentlichen gleich geblieben ist, wird in diesem Artikel erläutert, warum Sie möglicherweise Recht haben. Anstelle von Mehrtonnenfahrzeugen mit Stahlrahmen, die von Verbrennungsmotoren angetrieben werden, zeigen wir Ihnen Autos aus Carbon-Verbundwerkstoffen, die leichter und stärker als Stahl sind, schlanke aerodynamische Formen und unglaublich effiziente Motoren aufweisen. In der Tat sind einige dieser Autos so effizient, dass Sie sie anschließen und Strom ins Netz zurückgeben können, um einen Rabatt auf Ihre Stromrechnung zu erhalten. Dies ist auch nicht nur ein Paradebeispiel für den Futurismus. Wir zeigen Ihnen einige Hypercars, die heute unterwegs sind.

Wenn Sie vorhaben, ein supereffizientes Auto zu entwerfen, müssen Sie zunächst herausfinden, was die derzeit auf der Straße befindlichen Fahrzeuge so ineffizient macht - es stellt sich heraus, dass es sich um eine ziemlich lange Liste handelt. Finden Sie auf der nächsten Seite heraus, was ganz oben auf der Liste steht.

Inhalt

1. Energieverschwendung
2. Ultraleicht und hypereffizient
3. Hypercars unterwegs

Durch einfaches Mitführen von Kraftstoff wird viel Energie (und Geld) verschwendet. Noel Hendrickson / Getty Images

Nur wenige Experten würden mit der Idee argumentieren, dass das größte Problem bei modernen Autos das Gewicht ist. Nach Angaben der Environmental Protection Agency (EPA) sind jeweils 100 lbs. (45,36 kg), die aus einem Auto entfernt werden, können den Kraftstoffverbrauch um 1 bis 2 Prozent erhöhen. Die genaue Anzahl hängt von der Größe des Fahrzeugs und seines Motors ab - je kleiner das Auto, desto dramatischer die Zunahme des Kraftstoffverbrauchs. Jetzt klingen 1 bis 2 Prozent vielleicht nicht viel, aber es summiert sich. Wenn Sie 2.000 Pfund entfernen könnten. Mit einem Auto (907,2 kg) können Sie Ihre Kilometerleistung um bis zu 40 Prozent steigern. Aber die Vorteile hören hier nicht auf. Wenn ein Auto von Grund auf so konstruiert ist, dass es ungefähr eine Tonne leichter ist, benötigt es keinen großen Motor, um die gleiche Leistung zu erzielen. Der schwerste Teil eines Autos ist normalerweise der Motorblock. Wenn Sie also einen kleineren Motor verwenden können, sparen Sie noch mehr Gewicht. Darüber hinaus müssen Sie nicht so viel Kraftstoff mit sich herumtragen, da dieser kleinere Motor weniger verbrennt. Eine Gallone Gas wiegt ungefähr 6 Pfund. (2,72 kg). Wenn Sie einen 75,69-Liter-Kraftstofftank in Ihrem SUV haben, verbrennen Sie viel Kraftstoff, um nur Kraftstoff mit sich herumzutragen. Sobald Sie ein Auto deutlich leichter gemacht haben, können Sie das Gewicht vieler Komponenten reduzieren, einschließlich der Bremsen, der Federung und sogar der Reifen [Quelle: USA TODAY].

Die Ineffizienz endet jedoch nicht mit dem Gewicht. Viele moderne Autos verfügen über Klimaanlagen, die weitaus leistungsstärker sind als für den kleinen geschlossenen Raum, den sie zum Kühlen ausgelegt sind. Zusätzlich zum zusätzlichen Gewicht ziehen sie eine erhebliche Menge an Kraft aus dem Motor.

Reifen sind ein weiterer Energieschmerzpunkt. Die meisten Reifen sind nicht dafür ausgelegt, den Rollwiderstand zu minimieren, was bedeutet, dass der Motor noch stärker drücken muss, um das Auto zu bewegen. Seitenwandflex in den Reifen verschwendet noch mehr Energie. Und jedes Mal, wenn Sie auf die Bremse treten, wird eine große Menge Energie als Wärme abgeführt. Sie haben es erraten - mehr Energieverlust.

Während viele Fahrzeuge aerodynamische Karosserieformen haben, hat nicht jedes Auto ein optimales aerodynamisches Profil. Wenn der Windwiderstand keine große Sache zu sein scheint, denken Sie darüber nach, wie viel Kraft auf Ihre Hand zurückdrückt, wenn Sie sie aus dem Fenster eines fahrenden Autos strecken. Stellen Sie sich nun diese Kraft vor, die gegen die gesamte Vorderseite des Autos drückt.

Was ist der Nettoeffekt all dieser Ineffizienz? Lassen Sie uns ein einfaches Beispiel verwenden - wie wäre es mit Ihrem typischen Laufwerk zur Arbeit? Alles, was Sie tun müssen, ist sich von einem Punkt zum anderen zu bewegen, zusammen mit einer Aktentasche oder einer Brotdose. Auf der Fahrt dorthin schleppen Sie jedoch auch etwa zwei Tonnen Stahl mit sich. Laut Amory Lovins gelangen 90 Prozent der vom Motor in Ihrem Fahrzeug erzeugten Energie nicht einmal zu den Rädern, da der größte Teil der Wärme verloren geht, wenn Motor- und Antriebsstrangteile aneinander reiben. Letztendlich werden nur 0,3 Prozent der gesamten Leistung Ihres Motors für die Bewegung Ihres Körpers verwendet [Quelle: AutoblogGreen].

Jetzt, da Sie wissen, welche Teile unserer Autos Energie verschwenden, können Sie Autos entwerfen, die besser abschneiden. Wie das geht, erfahren Sie auf der nächsten Seite.

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Amory Lovins

Wenn es eine einzige Speerspitze für die Hypercar-Bewegung gibt, dann Amory Lovins, eine bescheidene Ingenieurin, Umweltschützerin und Empfängerin eines MacArthur-Stipendiums. Die Energieverbrauchsphilosophie von Lovins ist einfach: Die USA müssen den Gesamtenergieverbrauch senken. Sein Rocky Mountain Institute (RMI) ist ein Think Tank, der sich der Entwicklung von Prüfstandstechnologien widmet, in der Hoffnung, große Unternehmen auf einem energieeffizienteren Weg zu führen. In den letzten Jahren wurde aus einem RMI-Spin-off-Unternehmen namens Hypercar, Inc. Fiberforge, ein Unternehmen, das sich auf die Entwicklung kostengünstiger Massenprodukte konzentriert Kohlefaser [Quelle: Das Wall Street Journal].

Negawatt

EIN Negawatt ist eine hypothetische Energieeinheit, die niemals erzeugt wurde. Dies bedeutet eine Steigerung der Effizienz. Einige Hypercars könnten das Konzept weiterentwickeln. Hybrid-Hypercars können regenerativ bremsen, um die Ladung der Bordbatterien zu erhöhen. Die hohe Effizienz des Autos bedeutet, dass Sie Ihre Reise möglicherweise mit zusätzlichem Saft in den Batterien beenden. Dann würden Sie Ihr Fahrzeug an eine Steckdose anschließen. Anstatt Strom zum Aufladen der Batterien zu beziehen, lassen Sie den Strom aus den Batterien in das Netz fließen. Ihr Stromzähler zeichnet auf, wie viel Sie wieder in das System eingespeist haben, und das Elektrizitätsunternehmen zahlt Ihnen einen bestimmten Satz in Form eines Stromrabattes oder einer Überprüfung, ob Ihr Haus effizient genug ist, um insgesamt einen negativen Energieverbrauch zu erzielen.

Die Karosserien der Formel-1-Rennwagen bestehen fast ausschließlich aus Kohlefaser. Die Idee, ein F1-Auto jeden Tag zur Arbeit zu fahren, mag ansprechend sein, ist aber nicht sehr praktisch. Mark Thompson / Getty Images

Denken Sie daran, was Sie auf der vorherigen Seite gelernt haben, wenn Sie ein Auto so konstruieren würden, dass es das sparsamste Fahrzeug ist, das für das tägliche Fahren dennoch praktisch ist. Wo würden Sie anfangen??

Das Chassis könnte ein guter Anfang sein. Der Stahlrahmen eines Standardautos ist ziemlich schwer. Es ist auch sehr stark. Wenn Sie es also leichter machen möchten, müssen Sie etwas finden, das den Belastungen durch das Tragen schwerer Lasten standhält und die Fähigkeit behält, Stöße zu absorbieren, um die Insassen zu schützen. Einige Autohersteller haben bereits mit höherwertigem Stahl experimentiert, der stärker als normaler Stahl ist, sodass weniger davon verwendet werden kann [Quelle: USA TODAY]. Aber wenn wir wirklich die Pfunde reduzieren wollen, müssen wir uns Kohlefaser ansehen. Bei richtiger Vorbereitung ist Kohlefaser zehnmal so stark wie Stahl und wiegt viel weniger. Das Ersetzen des gesamten Stahls in einem Auto durch Kohlefaser kann das Gewicht um bis zu 40 Prozent reduzieren [Quelle: Green Car Congress].

Die Karosserie des Fahrzeugs ist ein weiterer Bereich, in dem erhebliche Verbesserungen vorgenommen werden können. Die Form des Autos sollte in einem Windkanal getestet werden, um sicherzustellen, dass es die optimale aerodynamische Form hat. Alles, was aus der Oberfläche des Fahrzeugs herausragt, sollte rationalisiert werden, wie z. B. Seitenspiegel, Türgriffe und sogar Fahrzeugabzeichen. Der Körper sollte ebenfalls aus starker und dennoch leichter Kohlefaser bestehen.

Wenn es um das Kraftwerk des Fahrzeugs geht - den Motor - müssen Sie einige Entscheidungen treffen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, das Auto anzutreiben, die besser sind als Verbrennungsmotoren, aber die von Ihnen gewählte hängt weitgehend von der Technologie ab, die am schnellsten reift. Wasserstoffbrennstoffzellen geben nur Wasser ab und könnten effizient sein, wenn eine saubere und umweltfreundliche Methode zur Erzeugung von Wasserstoff gefunden wird. Elektromotoren, die mit Batterien betrieben werden und an Steckdosen angeschlossen werden, sind technisch am kostengünstigsten, wenn Sie die Berechnung von Wattstunden pro Meile (Wattstunden pro Kilometer) in Meilen pro Gallone (Kilometer pro Liter) durchführen [Quelle: Hypercars ]. Dies gilt insbesondere dann, wenn Sie außerhalb der Spitzenzeiten aufladen und Zugang zu sauberem Strom wie Wind- oder Wasserkraft haben. Manchmal möchten Sie vielleicht etwas mehr Reichweite oder mehr Leistung, als ein Elektromotor bieten kann. Daher ist es möglicherweise eine gute Idee, einen sehr effizienten Verbrennungsmotor zu verwenden. Ein Aluminiumblock hält das Gewicht niedrig, und Sie könnten wahrscheinlich sogar mit drei Zylindern auskommen, wenn man bedenkt, wie leicht das Auto ist.

Experimentelle Fahrzeuge wie dieses französische Microjoule-Auto können extreme Kraftstoffverbrauchswerte erreichen (in diesem Fall über 10.000 mpg). Ziel des Hypercar-Designs ist es jedoch, effiziente Autos zu schaffen, die für den täglichen Gebrauch praktisch sind. Bryn Lennon / Getty Images

Der Innenraum ist ein Bereich des Fahrzeugs, der bei der Gewichtsreduzierung häufig übersehen wird. Hier gibt es viele Möglichkeiten zur Gewichtsreduktion. Sie können beispielsweise schwere Sitzrahmen vermeiden, indem Sie die Sitze aus Kohlefaser herstellen und sie sogar in das Fahrgestell integrieren. Ein paar gepolsterte Bereiche machen sie bequem und bequem, auch ohne übermäßige Polsterung, Schaum und Polsterung. Sie können auch den Teppichboden reduzieren. Ein kleiner Kompressor wird die bescheidene Klimaanlage betreiben, aber das Auto bleibt sehr kühl, da das Dach isoliert und die Fenster doppelt verglast sind. Es gibt kein Schiebedach - es würde nicht nur zu viel Sommerhitze hereinlassen, sondern Schiebedächer würden einem Fahrzeug tatsächlich Gewicht verleihen und die Steifigkeit des Fahrgestells verringern. Wir werden Musik hören wollen, während wir fahren, aber wir brauchen keinen großen Verstärker oder donnernde Lautsprecher. Ein bescheidenes Soundsystem spart Gewicht und klingt trotzdem großartig.

Natürlich möchten Sie auch daran denken, zu verwenden Reifen mit geringem Rollwiderstand die es dem Auto ermöglichen, sich leicht zu bewegen, ohne die Traktion zu beeinträchtigen. Die Seitenwände dieser Reifen sind sehr steif, so dass sie sich nicht biegen und keine Energie verschwenden - eine Funktion, die auch das Handling verbessert. Die Reifen sollten auch Run-Flat-Technologie verwenden, damit Sie nicht das zusätzliche Gewicht eines Ersatzreifens oder sogar eines schweren Fahrzeughebers tragen müssen.

Da haben Sie es - Sie haben gerade unser eigenes Hyperauto entworfen. Schauen wir uns als nächstes die bereits vorhandenen Hypercars an.

Kohlefaserökonomie

Kohlefaser ist in der Autoindustrie nicht weit verbreitet, da ihre Herstellung sehr teuer ist. Es wird für die Rahmen und Karosserien einiger Rennwagen und bestimmter sehr teurer Sportwagen verwendet. Das meiste davon ist handgemacht; Dies könnte sich jedoch ändern. Fiberforge, ein Unternehmen, das vom Rocky Mountain Institute von Amory Lovins gegründet wurde, hat eine Methode zur Massenproduktion von Kohlefaserteilen entwickelt. Die Fasern werden zu Bändern gewebt, die zu Blättern kombiniert werden. Die Blätter werden zusammengestapelt und erhitzt, um eine Platte zu bilden, und dann in eine Presse gelegt, um sie in die richtige Form zu bringen. Der gesamte Prozess dauert etwa 10 Minuten - eine enorme Steigerung des Produktionspotenzials von Kohlefasern. Steigende Stahlkosten könnten Kohlefaser auch zu einer attraktiveren Option machen, insbesondere wenn der Ausgleichseffekt stark reduzierter Kraftstoffkosten berechnet wird [Quelle: AutoblogGreen].

Lotus hat mit seinem Elise-Modell den minimalistischen Ansatz gewählt. Einige der Prinzipien der Hyperauto-Theorie finden Sie hier. Kevin Lee / Getty Images

Mehrere Unternehmen haben Hypercars hergestellt, die meisten davon sind Konzepte oder Testfahrzeuge. Es gibt wirklich keine strenge Definition von Hypercar - es bedeutet einfach ein Auto, das sehr effizient ausgelegt ist und im Allgemeinen mehrere Größenordnungen besser ist als ein durchschnittliches Showroom-Auto. Die besten im Jahr 2008 erhältlichen Hybriden können unter optimalen Bedingungen MPG-Werte in den 40er Jahren (km / h-Werte in den 70er Jahren) erreichen, was ein ausgezeichnetes, aber nicht ganz hypercar-Material ist.

Interessanterweise praktizieren einige Unternehmen seit Jahrzehnten die Hypercar-Theorie, obwohl sie sie nicht auf das Äußerste gebracht haben, um 160,93 km / l oder mehr zu erreichen. Lotus ist ein britisches Unternehmen, das für seine leichten, agilen Hochleistungsautos wie den Elise bekannt ist. Ihre Designphilosophie besteht darin, alles Unnötige zu entfernen, um das Gewicht minimal zu halten. Dies gibt dem Elise ein ausgezeichnetes Handling und eine erstaunliche Beschleunigung, selbst mit einem Vierzylindermotor. Smart Cars beinhalten auch Hypercar-Prinzipien mit einem kleinen, leichten Design, das Menschen in städtischen Gebieten befördern soll.

Das Rocky Mountain Institute entwickelte ein Hyperauto, das sie Hypercar Revolution nennen. Das Design ähnelt dem hypothetischen Hyperauto, das wir auf der vorherigen Seite entworfen haben. Der RMI Hypercar ist ein kleiner SUV / Crossover, der Platz für fünf Erwachsene bietet und eine halbe Tonne einen steilen Hang hinaufschleppen kann, aber es ist ein Ultralite-Fahrzeug.

Volkswagen baute und testete 2002 ein Hyperauto namens L1. Es ist ein radikales Design, das wie das Cockpit eines Kampfjets geformt ist. Es gibt Platz für den Fahrer und einen Passagier direkt hinter dem Fahrer sowie eine kleine Ladung. Die Luke schwingt seitlich auf, und der Innenraum scheint, obwohl er eng ist, bequem zu sein. Der L1 wird von einem Einzylinder-Dieselmotor angetrieben und kann 100 Kilometer mit einem einzigen Liter Kraftstoff fahren - daher der Name [Quelle: Wheelspin].

General Motors und Scaled Composites entwickelten den Ultralite, ein Technologie-Demonstrationsauto aus Kohlefaser und Kunststoff. Es wurde bewiesen, dass solche Konstruktionen von einem US-amerikanischen Autohersteller möglich waren, aber GM hat keine Hypercars in Produktion genommen [Quelle: Scaled Composites]. Daihatsu und Honda haben auch Hypercar-Entwicklungsprogramme, die zu mehreren Konzeptentwürfen geführt haben, aber beim örtlichen Händler ist noch nichts aufgetaucht.

Dennoch setzen die Energiekosten weltweit die Autohersteller unter Druck, immer effizientere Fahrzeuge anzubieten. Wenn der Preis für die Kohlefaserkonstruktion sinkt, könnten in den nächsten Jahren ultraleichte Hypercars auf der Straße sein.

Weitere Informationen zu Hypercars, Leichtbautechnologien und anderen verwandten Themen finden Sie unter den Links auf der nächsten Seite.

Sicherheit und Leistung

Viele Autoenthusiasten verziehen das Gesicht bei dem Gedanken an Effizienz, während viele andere befürchten, dass unglaublich leichte Fahrzeuge die Insassen nicht angemessen schützen. Hypercars sind in beiden Aspekten tatsächlich besser als viele Kleinwagen, die heute unterwegs sind. Obwohl sie kleine Motoren haben, kann das Leistungsgewicht eines Hyperautos viel höher sein als bei einem schweren Auto mit einem V8-Motor. Dies ermöglicht eine beeindruckende Beschleunigung und ein noch beeindruckenderes Handling.

Dieses agile Handling ist auch ein Sicherheitsmerkmal. Geringes Gewicht entspricht kürzeren Bremswegen. Wenn Sie dies mit Präzisionsvermeidungsmanövern kombinieren, können Hypercars möglicherweise einige Unfälle insgesamt vermeiden. Im Falle einer Kollision können Hypercars fortschrittliche Energieabsorptionstechniken verwenden. Kohlefaser selbst hat ausgezeichnete Crash-Eigenschaften, die viel kinetische Energie ablenken und absorbieren, bevor sie jemals bei den Insassen ankommt. Das Monocoque-Chassis (einteilig) aus Kohlefaser, das von einigen Hypercars verwendet wird, ist ebenfalls sehr steif und bietet zusätzlichen Schutz. Neben traditionelleren Sicherheitsmerkmalen wie Airbags bieten eingebaute Quetschzonen, die Stöße in Schlüsselbereichen absorbieren, zusätzlichen Schutz.

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Weitere großartige Links

• Rocky Mountain Institute
• Hypercars
• Kraftstoffverbrauch

Quellen

• Ball, Jeffrey. "Kippen bei Energy Windmills: Amory Lovins glaubt, dass die USA ihren Ölverbrauch drastisch senken können. So geht's." Das Wall Street Journal. 25. Juli 2005. (26. Juli 2008) http://www.rmi.org/images/PDFs/Energy/E05-07_TiltingAtEnergy.pdf
• Umweltschutzbehörde. "Tipps zur Kilometerleistung." (26. Juli 2008) http://www.fueleconomy.gov/feg/driveHabits.shtml
• Green Car Kongress. "Toray, Nissan, Honda Partner für Kohlefaser für Autos." 26. Juli 2008. (26. Juli 2008) http://www.greencarcongress.com/2008/07/toray-nissan-ho.html
• Hypercars.com. "Hypercars: Hochmoderne, hocheffiziente und leistungsstarke Autos." (26. Juli 2008) http://www.hypercars.com/
• Linton, Lascelles. "Öko-Tech Future Fuels." AutoblogGreen. 20. August 2007. (26. Juli 2008) http://www.autobloggreen.com/2007/08/20/liveblogging-eco-tech-future-fuels/
• Skalierte Verbundwerkstoffe. "GM Ultralite Show Car." (26. Juli 2008) http://www.scaled.com/projects/gmcar.html
• Wheelspin. "Ferdinand Piëch fährt 1-Liter-Auto zur Volkswagen Hauptversammlung." 15. April 2002. (26. Juli 2008) http://www.ltv-vwc.org.uk/wheelspin//ws_may_2002/vw_bubble_car.htm
• Woodyard, Chris. "Autokomponenten werden leichter, um die Kilometerleistung zu verbessern." USA HEUTE. 7. Oktober 2007. (26. Juli 2008) http://www.usatoday.com/money/autos/2007-10-07-lighter-weight_N.htm