Av nästan alla källor är tiden med rikligt billig bensin över. Men vi är inte nödvändigtvis dömda att lida av bränslepriströtthet in i evigheten. År 2025 är det mycket möjligt att den genomsnittliga passagerarbilen kommer att klara av mer än 50 miles per gallon (21,3 kilometer per liter) – om den överhuvudtaget körs på konventionellt bränsle.
Att nå det märket kommer varken enkelt eller billigt. Lyckligtvis har ingenjörerna och vetenskapsmännen som har till uppgift att göra bilar mer effektiva några knep kvar.
Ett av de största områdena som finns att göra vinster på är att minska massan av bilar och lastbilar – en bred disciplin som kallas lättviktsteknik för fordon. Lightweighting försöker raka bort kilon från fordonets totala vikt genom att använda avancerade material, genialisk konstruktion och nya system. Det har uppskattats att varje 10 procent av viktminskningen ger en minskning av bränsleförbrukningen med mellan 6 och 7 procent. Så även små viktbesparingar – multiplicerade med tusentals delar på ett typiskt fordon – kan öka till betydande belopp.
Denna trend har faktiskt pågått i decennier:Den genomsnittliga sedanen väger idag 3 000 pund (1 361 kg), jämfört med 4 500 pund (2 041 kg) för 30 år sedan. Det är trots den stadiga tillväxten av prylar, säkerhetsfunktioner och varelsebekvämligheter som har fått våra fordon att gilla rullande hem och kontor genom åren. Att fortsätta att göra fordon lättare är beroende av smarta metoder för att göra deras komponenter lättare.
På de kommande sidorna kommer vi att täcka fem av de smartaste innovationerna som kommer att göra, och i vissa fall just nu gör bildelar lättare.
InnehållBland de tyngsta delarna av en bil eller lastbil är de som utgör dess "hjärta" - motorn. Föremål i motorrummet, såsom motorblock, kolvar, vevaxel och olika tillbehör är tillverkade av höghållfasta, värmebeständiga metaller. Det måste de vara för att stå emot de enorma påfrestningar och temperaturer som skapas av kraften från tusentals kontrollerade explosioner per minut som äger rum under huven.
Avvägningen för den hållbarheten är att traditionella motorer är extremt tunga - flera hundra pund i fallet med en typisk personbil.
När motorn väl är igång måste den överföra sin rotationsenergi från motorrummet till hjulen på minst två av bilens fyra hörn. För att göra detta krävs en växellåda, drivaxlar och fler delar som tillför vikt och ineffektivitet.
Elmotorer placerade direkt vid navet på ett individuellt hjul eliminerar behovet av många av de skrymmande och underhållskänsliga delarna på en konventionell bil. Dessa motorer styrs sedan av en dator som styr dem att snurra hjulen efter behov. Michelin och bilföretaget Venturi gjorde ett stort plask med den här tekniken 2010, och visade upp Michelins Active Wheel System på det häftiga Venturi Volage-konceptet. Den innehöll inte bara elmotorer i hjulen, utan också ett kraftfullt elektriskt bromssystem och aktiv fjädring (även inne i hjulnavet)!
Förutom utformningen av själva delarna är det ganska viktigt vad de är gjorda av. Gå vidare till nästa sida för att läsa om de smarta materialen som gör bildelar lättare.
I en av de mest kända filmraderna någonsin uttalade "Mr. McGuire" (Walter Brooke) vad som skulle bli ett klassiskt råd till "Benjamin" (en då nybliven Dustin Hoffman) i filmen "The Graduate" från 1967:" "Jag vill bara säga ett ord till dig ... plast. Det finns en stor framtid inom plast, tänker du på det?"
Decennier senare har McGuires råd inte bara visat sig vara profetiskt, utan också anmärkningsvärt uthålligt. Plast förekommer i någon form på nästan varje vara vi köper, från förpackningen till själva föremålet. Än idag undersöker forskare sätt att göra plaster mer mångsidiga, starkare och klara av mer extrema förhållanden.
Ett företag, Polimotor, har gått så långt som att föreslå och bygga plastmotorer och hävdar en viktbesparing på 30 procent jämfört med traditionella helmetallmotorer.
På kort sikt kommer du dock sannolikt fortfarande att se plast på konventionella platser, bara mer av det.
Förutom att interiördelar som trim, knoppar, konsoler och paneler är gjorda av plast, används den även för främre och bakre stötfångare, sidokjolar och spegelhus.
Det kanske inte är så långt borta att du ser vardagsproducerade fordon vars hela yttre karosser är gjorda av plast, och hoppar över det aluminium eller stål som vanligtvis används för karosspaneler.
Vi skulle till och med kunna hitta en bra användning för några av de uppskattningsvis 2,5 miljoner ton plastvattenflaskor som slängs varje år:Hyundai QarmaQ-konceptet, som ett exempel, kan skryta med en kropp som huvudsakligen är gjord av återvunna vattenflaskor av plast. Det finns ännu ett "undermaterial" som är redo att lindra en del av viktbördan från ståldelar, samtidigt som det ger lika eller bättre styrka. Läs allt om det på nästa sida.
Kolfiber är verkligen ingen nykomling på bilbranschen. Uppfödd från flygindustrin, sedan använd i bilracing för att göra fordon lättare på banan, migrerade denna teknik till specialanvändningar på prestandaeftermarknaden.
Bland prestanda "tuner" publiken är det ett statusmärke att fästa kolfiberhuvar, spoilers och till och med karosspaneler med bitarna omålade och kolvävda synliga.
I ett nötskal består kolfiber av strängar av kolatomer som formas till fibrer som sedan vävs till en lättformad duk. När plåtar blötläggs i ett speciellt harts, appliceras på en form eller form och får härda, kan den resulterande produkten vara lika stark som stål, men halva vikten (och 30 procent lättare än aluminium). Det fungerar väldigt på samma sätt som glasfiber, men ger mycket högre styrka.
Så varför ser vi inte redan kolfiber överallt? Kosta. Den långa och komplexa cykeln att tillverka kolfiberdelar gör dem många gånger dyrare att tillverka än liknande tillverkade av stål eller till och med lätta metaller som är dyrare än stål.
Under lång tid skulle de bränslebesparingar som bilköpare skulle åtnjuta till följd av lättare kolfiberdelar inte ekonomiskt motivera den extra kostnaden för att inte använda stål.
Ett antal biltillverkare, särskilt Lexus och BMW, arbetar för att ändra på det med intensiv forskning för att utveckla sätt att minska kostnaderna för att producera kolfiber för fordon. Lexus, till exempel, har utvecklat en anmärkningsvärd tredimensionell robotvävstol som kan väva inte bara platta ark av kolfiber, utan också böjda delar som redan är formade efter konturerna av vissa kroppsdelar.
Hur ska en bilbyggare "få ut blyet", viktmässigt, när fordon är beroende av batterier (traditionellt tunga blysyrade) för att tillgodose ett fordons många elektriska behov? Fram till för några år sedan var blybaserade batterier den populära juiceleverantören för elbilar – till stor del för att det var allt som var lättillgängligt.
Sedan kom nickelmetallhydrid (NiMH)-batterier som var lättare och fortfarande kapabla att packa en kraftfull laddning – och som används flitigt i hybridfordon.
Biltillverkare satsar på hybridbilar och helt eldrivna fordon för att hjälpa dem att uppfylla statliga krav på körsträcka i framtiden. Men även NiMH-batterier saknar energilagringskapacitet för att praktiskt taget uppfylla konsumenternas förväntningar. Det är på grund av en egenskap som kallas "energitäthet". För just nu kan batterier inte hålla samma energi "punch" för en given vikt som fossila bränslen.
Ange litiumjonbatterier, som har en högre energitäthet än blysyra eller nickelmetallhydrid. De har länge drivit sladdlösa elverktyg och bärbara datorer, men har också drabbats av en otäck förkärlek för att explodera när de blev för varma. Även om de var något sällsynta inträffade dessa katastrofala misslyckanden tillräckligt ofta för att skapa stor oro, som när de skulle få konsumenternas bärbara datorer att fatta eld. De höll också stora biltillverkare tveksamma till att sätta dem i masstillverkade fordon tills krökarna kunde lösas.
Ändå såg företag som Tesla lämpligt att placera dem i sin snabba, eleganta Roadster-elsportbil – som av allt att döma levererade fenomenala prestanda.
Och tiden för litiumjon-bilbatterier att bli mer mainstream närmar sig med stormsteg. MIT-forskare, till exempel, hittade ett sätt att minska laddningstiderna och göra litiumjonbatterier mer stabila (genom att använda nickel snarare än kobolt, tillsammans med huvudelementet litium). Detta och andra framsteg får det att tyckas att lättviktslitium kommer att spela en viktig roll för att hjälpa bilar att hålla nere kilona i framtiden.
Vanligtvis när folk pratar om ett "elfordon" syftar de på det faktum att det har en elmotor som snurrar hjulen. Men det finns en annan betydelse för frasen - det kan också syfta på bilar som ersätter tunga och skrymmande mekaniska länkar med lättare, mindre elektriska komponenter. Dessa elektriska och elektroniska komponenter kallas vanligtvis "drive-by-wire" eller "x-by-wire", och dessa elektriska och elektroniska komponenter kan användas för att mer exakt kontrollera gasrespons, styrning och till och med bromsning.
Denna speciella teknik gör anspråk på en härstamning från stridsflygplan. Fly-by-wire fick sitt dop genom eld, bokstavligen, när den användes som den enda kontrollmetoden för F-16 Fighting Falcon, som debuterade långt tillbaka 1978. Skämtsamt kallad "den elektriska jet" först av försiktiga piloter, den fick så småningom smeknamnet "Viper", tillsammans med pilotrespekt, eftersom den bevisade sig själv upprepade gånger i strid.
"By-wire"-kontroller fortsatte att användas i både militära och kommersiella flygplan, och så småningom bilindustrin.
Eftersom by-wire-kontroller tar upp mindre utrymme, betyder det att bildesigners kan erbjuda mer varelsebekvämligheter som bättre ben- och huvudutrymme, och göra färre designkompromisser totalt sett. Och eftersom de väger mindre låter by-wire-system fordonen de är installerade på gå snabbare, längre eller både och.
Alla är inte bekväma med tanken på att gå till helt elektroniska system. Tänk om de trots allt lider av felaktig programmering, precis som mjukvaran vi använder på våra datorer ibland gör? Det sista du vill ha är ett datorfel som hindrar dig från att ansätta bromsarna när du verkligen behöver dem.
I själva verket slits mekaniska system ut, går sönder och upplever även andra problem. Som med många andra fordonsinnovationer kan det bara vara en tidsfråga innan folk accepterar den nyare styrtekniken som "normal", när den väl har bevisats genom en allt bredare användning.
