거의 모든 계정으로 볼 때 풍부하게 저렴한 휘발유의 시대는 끝났습니다. 그러나 우리가 반드시 연료 가격 피로를 영원히 겪을 운명은 아닙니다. 2025년까지 일반 승용차가 기존 연료로 운행된다면 갤런당 50마일(리터당 21.3km) 이상을 달릴 수 있을 것입니다.
그 목표를 달성하는 것은 쉽지도 않고 저렴하지도 않을 것입니다. 다행히도 자동차를 더 효율적으로 만드는 것을 목표로 하는 엔지니어와 과학자들은 몇 가지 트릭을 가지고 있습니다.
이익을 얻을 수 있는 가장 큰 영역 중 하나는 자동차 경량화로 알려진 광범위한 분야인 자동차와 트럭의 질량을 줄이는 것입니다. 경량화는 고급 재료, 독창적인 구조 및 새로운 시스템을 사용하여 차량의 전체 중량에서 무게를 줄이는 것을 추구합니다. 무게가 10% 감소할 때마다 연료 소비가 6~7% 감소하는 것으로 추정됩니다. 따라서 일반적인 차량의 수천 개의 부품을 곱하면 약간의 중량 감소라도 상당한 양을 늘릴 수 있습니다.
이 추세는 실제로 수십 년 동안 진행되었습니다. 오늘날의 평균 세단의 무게는 3,000파운드(1,361kg)이지만 30년 전의 4,500파운드(2,041kg)와 비교됩니다. 수년에 걸쳐 우리 차량을 집과 사무실처럼 만든 장치, 안전 기능 및 생물의 편안함이 꾸준히 성장했음에도 불구하고 말입니다. 차량을 계속 더 가볍게 만드는 것은 구성 부품을 더 가볍게 만드는 현명한 접근 방식에 달려 있습니다.
다음 몇 페이지에서 우리는 가장 똑똑한 혁신 5가지를 다룰 것이며 어떤 경우에는 현재 자동차 부품을 더 가볍게 만들고 있습니다.
내용자동차나 트럭의 가장 무거운 부품 중에는 "심장"인 엔진을 구성하는 부품이 있습니다. 엔진 블록, 피스톤, 크랭크 샤프트 및 다양한 액세서리와 같은 엔진 베이의 항목은 고강도, 내열 금속으로 만들어집니다. 후드 아래에서 발생하는 분당 수천 건의 통제된 폭발의 힘으로 인해 발생하는 엄청난 스트레스와 온도를 견디기 위해서는 이 장치가 필요합니다.
내구성에 대한 절충안은 기존 엔진이 매우 무겁다는 것입니다. 일반 승용차의 경우 수백 파운드입니다.
일단 작동하면 엔진은 엔진실에서 자동차의 네 모서리 중 적어도 두 모서리에 있는 바퀴로 회전 에너지를 전달해야 합니다. 이렇게 하려면 변속기, 구동 액슬 및 무게와 비효율성을 추가하는 더 많은 부품이 필요합니다.
개별 바퀴의 허브에 직접 배치된 전기 모터는 기존 자동차에서 이러한 부피가 크고 유지 관리가 쉬운 부품의 필요성을 제거합니다. 이 모터는 필요에 따라 바퀴를 돌리도록 지시하는 컴퓨터에 의해 제어됩니다. Michelin과 자동차 회사 Venturi는 2010년에 이 기술로 큰 주목을 받았으며 Michelin의 Active Wheel System을 멋진 Venturi Volage 컨셉으로 선보였습니다. 바퀴에 전기 모터가 있을 뿐만 아니라 강력한 전기 제동 시스템과 능동 서스펜션(휠 허브 내부에도 있음)이 포함되어 있습니다!
부품 자체의 디자인 외에도 부품이 무엇으로 만들어졌는지도 매우 중요합니다. 자동차 부품을 더 가볍게 만드는 스마트 소재에 대해 읽으려면 다음 페이지로 이동하십시오.
가장 유명한 영화 대사 중 하나에서 "Mr. McGuire"(Walter Brooke)는 1967년 영화 "The Graduate:" "나는 플라스틱에 대해 한 마디만 하고 싶습니다. 플라스틱에 큰 미래가 있습니다. 그것에 대해 생각해 주시겠습니까?"
수십 년 후, McGuire 씨의 조언은 예언적일 뿐만 아니라 놀라울 정도로 영속적임이 입증되었습니다. 플라스틱은 포장에서 물건 자체에 이르기까지 우리가 구매하는 거의 모든 품목에 어떤 형태로든 나타납니다. 오늘날에도 연구자들은 플라스틱을 더 다재다능하고 강하며 더 극한의 조건을 견딜 수 있도록 만드는 방법을 찾고 있습니다.
한 회사인 Polimotor는 플라스틱 엔진을 제안하고 제작하기까지 했으며 기존의 모든 금속 엔진에 비해 무게가 30% 감소했다고 주장합니다.
그러나 가까운 시일 내에 기존의 장소에서 플라스틱을 더 많이 보게 될 것입니다.
트림, 손잡이, 콘솔 및 패널과 같은 내부 부품이 플라스틱으로 만들어지는 것 외에도 전면 및 후면 범퍼, 사이드 스커트 및 미러 하우징에도 사용됩니다.
차체 패널에 일반적으로 사용되는 알루미늄이나 강철을 사용하지 않고 전체 외부 차체가 플라스틱으로 만들어진 일상적인 생산 차량을 보는 것은 그리 멀지 않은 일입니다.
우리는 매년 버려지는 약 250만 톤의 플라스틱 물병 중 일부를 적절하게 사용할 수도 있습니다. 예를 들어, 현대 카르막(Hyundai QarmaQ) 컨셉은 본체가 대부분 재활용 플라스틱 물병으로 만들어진 것을 자랑합니다. 동등하거나 더 나은 강도를 제공하면서 강철 부품이 가하는 무게 부담을 완화할 준비가 되어 있는 또 다른 "경이로운 재료"가 있습니다. 다음 페이지에서 이에 대한 모든 내용을 읽으십시오.
탄소 섬유는 확실히 자동차 분야에 새로운 일이 아닙니다. 항공우주 산업에서 파생된 후 자동차 경주에 사용되어 트랙에서 차량을 더 가볍게 만든 이 기술은 성능 애프터마켓의 특수 용도로 이전되었습니다.
성능 "튜너" 관중들 사이에서 탄소 섬유 후드, 스포일러, 심지어는 도색되지 않은 부분과 탄소 직조 부품이 보이는 차체 패널에 볼트로 고정하는 것은 지위의 배지입니다.
간단히 말해서 탄소 섬유는 섬유로 형성된 탄소 원자 가닥으로 구성되어 있으며, 이 가닥은 성형하기 쉬운 천으로 짜여져 있습니다. 시트를 특수 수지에 담그고 몰드 또는 폼에 적용하고 경화하면 결과 제품은 강철만큼 강하지만 무게는 절반(알루미늄보다 30% 가벼움)이 될 수 있습니다. 유리 섬유와 매우 유사하게 작동하지만 훨씬 더 높은 강도를 제공합니다.
그렇다면 왜 우리는 이미 모든 곳에서 탄소 섬유를 볼 수 없습니까? 비용. 탄소 섬유 부품을 만드는 길고 복잡한 주기로 인해 유사한 강철 또는 강철보다 값비싼 경량 금속으로 만들어진 부품보다 생산 비용이 몇 배나 더 많이 듭니다.
오랫동안 자동차 구매자가 탄소 섬유 부품의 경량화로 인해 누릴 수 있는 연료 절감 효과는 강철을 사용하지 않음으로써 추가 비용을 재정적으로 정당화할 수 없었습니다.
많은 자동차 제조업체, 특히 Lexus와 BMW는 차량용 탄소 섬유 생산 비용을 줄이는 방법을 개발하기 위한 집중적인 연구를 통해 이를 바꾸기 위해 노력하고 있습니다. 예를 들어, Lexus는 탄소 섬유의 평평한 시트뿐만 아니라 이미 특정 신체 부위의 윤곽에 맞게 성형된 곡선 조각도 짤 수 있는 놀라운 3차원 로봇 직기를 개발했습니다.
차량이 차량의 많은 전기 요구 사항을 공급하기 위해 배터리(전통적으로 무거운 납산 배터리)에 의존할 때 자동차 제조업체는 중량 측면에서 어떻게 "납을 제거"해야 합니까? 몇 년 전까지만 해도 납 기반 배터리는 전기 자동차의 주스 공급업체로 선택되었습니다. 그 이유는 대부분 쉽게 구할 수 있었기 때문입니다.
그 다음에는 더 가볍고 여전히 강력한 충전이 가능한 NiMH(니켈 금속 수소화물) 배터리가 등장했으며 하이브리드 차량에 널리 사용되었습니다.
자동차 제조업체는 미래에 정부가 의무화하는 주행 거리 요구 사항을 충족할 수 있도록 하이브리드 및 완전 전기 자동차에 베팅하고 있습니다. 그러나 NiMH 배터리조차도 소비자의 기대를 실질적으로 충족시킬 수 있는 에너지 저장 용량이 부족합니다. 그것은 "에너지 밀도"라는 속성 때문입니다. 현재로서는 배터리가 주어진 무게에 대해 화석 연료와 동일한 에너지 "펀치"를 유지할 수 없습니다.
납산 또는 니켈 금속 수소화물보다 에너지 밀도가 높은 리튬 이온 배터리를 입력하십시오. 그들은 오랫동안 무선 전동 공구와 노트북 컴퓨터에 전원을 공급해 왔지만, 너무 뜨거워지면 폭발하는 경향이 있습니다. 다소 드물긴 하지만 이러한 치명적인 오류는 소비자 랩톱에 불이 붙을 때와 같이 큰 우려를 불러일으킬 만큼 자주 발생했습니다. 그들은 또한 문제가 해결될 때까지 주요 자동차 제조업체가 양산 차량에 이를 넣는 것을 경계했습니다.
그럼에도 불구하고 Tesla와 같은 회사는 모든 면에서 경이적인 성능을 제공하는 빠르고 세련된 Roadster 전기 스포츠카에 이를 탑재하는 것이 적합하다고 생각했습니다.
그리고 리튬 이온 자동차 배터리가 주류가 될 시간이 빠르게 다가오고 있습니다. 예를 들어, MIT 연구원들은 재충전 시간을 줄이고 리튬 이온 배터리를 더 안정적으로 만드는 방법을 찾았습니다(주요 원소인 리튬과 함께 코발트 대신 니켈을 사용). 이러한 발전과 기타 발전으로 인해 경량 리튬이 미래에 자동차가 체중을 줄이는 데 중요한 역할을 할 것으로 보입니다.
일반적으로 사람들이 "전기 자동차"에 대해 말할 때 바퀴를 회전시키는 전기 모터가 있다는 사실을 언급합니다. 그러나 이 문구에는 또 다른 의미가 있습니다. 무겁고 부피가 큰 기계적 연결 장치를 더 가볍고 작은 전기 부품으로 대체하는 자동차를 가리킬 수도 있습니다. 일반적으로 "drive-by-wire" 또는 "x-by-wire"라고 하는 이러한 전기 및 전자 부품을 사용하여 스로틀 응답, 조향 및 제동을 보다 정밀하게 제어할 수 있습니다.
이 특정 기술은 전투기의 계보를 주장합니다. Fly-by-wire는 말 그대로 1978년에 데뷔한 F-16 Fighting Falcon의 유일한 제어 방법으로 사용되었을 때 불의 세례를 받았습니다. 조심성 있는 조종사들은 농담으로 처음에는 "전기 제트기"라고 불렀습니다. 전투에서 반복적으로 입증되어 조종사의 존경과 함께 결국 "Viper"라는 별명을 얻었습니다.
"바이와이어" 컨트롤은 군용 항공기와 상업용 항공기, 그리고 결국에는 자동차 산업에서 모두 사용되었습니다.
바이와이어 컨트롤은 공간을 덜 차지하기 때문에 자동차 디자이너는 다리 공간과 머리 공간이 더 좋아지는 것과 같은 편안함을 더 많이 제공할 수 있고 전반적으로 더 적은 설계 타협을 할 수 있습니다. 또한 무게가 더 적기 때문에 바이와이어 시스템을 통해 차량이 설치된 차량을 더 빠르게, 더 멀리 또는 둘 다 갈 수 있습니다.
모든 사람이 완전한 전자 시스템으로 전환한다는 아이디어에 만족하는 것은 아닙니다. 결국 우리가 PC에서 사용하는 소프트웨어처럼 잘못된 프로그래밍으로 인해 문제가 발생한다면 어떻게 될까요? 마지막으로 원하는 것은 브레이크가 정말로 필요할 때 브레이크를 적용하지 못하게 하는 컴퓨터 결함입니다.
실제로 기계 시스템은 마모되고 파손되며 다른 문제도 발생합니다. 다른 많은 자동차 혁신과 마찬가지로 사람들이 새로운 제어 기술을 점점 더 폭넓은 사용을 통해 입증된 후 이를 "정상"으로 받아들이는 것은 시간 문제일 수 있습니다.
