תא נהג חכם, תקשורת רכב לרכב, קבלי על ועוד פיתוחים שיהפכו את רכבי העתיד לטובים וחכמים יותר
1. תא נהג חכם
כש-J.D. Power פרסמה את הסקר השנתי לשביעות רצון לקוחות בחודש יוני, העניין שהציק לרוכשי המכוניות האמריקניים יותר מכל לא היה רעש הרוח, האצה איטית מדיי או כל דבר אחר הקשור לתהליך הנהיגה המעשי עצמו. מה שהתיק להם היה זיהוי קולי בלתי מספק. כיום נהגים מצפים שמכוניות יהיו בועות מתגלגלות של טכנולוגיית-מידע, ושיצרניות המכוניות יחדשו להם את חוויית הנהיגה בהתאם.
עד כה, התקשו יצרניות הרכב לעמוד בקצב התקדמות המחשוב. בעוד Apple מוציאה iPhone חדש בכל שנה, ג'נרל מוטורס צריכה לסיים את העבודה על חומרות ותוכנות לוח המכוונים שנים לפני שהמכונית יוצאת לשוק. אבל ייצרניות רכב יוכלו בקרוב להעביר חלק ניכר מפיתוח התוכנה למהנדסים הכותבים את האפליקציות לטלפונים החכמים. כיום אתם יכולים לחבר את הטלפון החכם שלכם למכונית באמצעות כבל USB; התוכנה של המכונית תעלה את קבצי המוזיקה ואת אנשי הקשר שלכם. בקרוב הטלפון החכם יהפוך למחשב של המכונית, ויאכסן את התוכנה שכיום מפעילה אפליקציות הנמצאות בלוח המכוונים. הטלפון החכם הוא "מחשב עוצמתי שהלקוח מביא אל תוך המכונית", אומר דיוויד בלום, מהנדס במשרד הטכנולוגיה של קבוצת BMW. והוא יהפוך את תא הנהג – מסך הניווט, המכוונים, הקול שאומר לכם "פנייה שמאלה לפנייך" – לפשוט להתאמה אישית ועדכון כמו כמו שהטלפון החכם פשוט היום.
כדי למנוע מהצפה של מידע דיגיטלי להפוך לגורם מסיח דעת מסוכן, התחילו המהנדסים לחשוב מחדש על האופן שבו מכוניות מתקשרות עם הנהגים שלהן. בתחילת השנה, לדוגמה, חשפה אאודי קונספט למערכת מציאות מוגברת שמקרינה מידע על תנאי השטח (אתרי עניין, שמות של בניינים) על השמשה הקדמית בשכבה שמעל הנוף המשתרע לפני הנהג.
כלי רכב יכולים גם לשלוח מידע לנהגים שלהם באמצעות מגע פיזי. הקאדילק 2013 דגם XTS סדאן
משתמש במנועים רוטטים במושבים כדי להזהיר נהגים מפני סכנות כמו תנועת רכבים בשטחים מתים. חוקרים באוניברסיטת קרנגי מלון ובמעבדות המחקר של AT&T שיתפו פעולה כדי לעצב אב-טיפוס להגה שמשתמש ברטט כדי להעביר הוראות ממערכת הניווט. כשהרכב מתקרב לפנייה, 20 מנועים זעירים מתחילים לזמזם בתדר מתגבר בתבנית עם כיוון או נגד כיוון השעון, ומאפשרים לנהג לדעת לאיזה כיוון לפנות. קווין לי, מהנדס ב-AT&T שעבד על האב-טיפוס, אומר שהמוח "תופר יחד" את הוויברציות המובדלות האלה, ויוצר את האשליה של קו תנועה מתמשך. צוות ההנדסה יצר קשר עם יצרניות רכב, ולדברי לי, יכנס ההגה התחושתי לשימוש בקרוב.
| לולאת משוב: חוקרים באוניברסיטת וויסקונסין מצאו שמערכות מידע-בידור בתוך הרכב גורמות לנהגים לעשות יותר טעויות אפילו מאשר נגן MP3 עצמאי – ומכאן העניין בהגאים רוטטים, הקרנות על שמשות קדמיות ודרכים נוספות להעביר מידע בעוד עיניו של הנהג נשארות על הכביש אילוסטרציה: גריהאם מורדוק | |
2. סיב-פחמן זול
פלסטיק מחוזק בסיב-פחמן (CFRP) חזק פי חמישה מפלדה אך עם זאת שוקל שני שליש ממנה. הוא מהווה מזה שני עשורים את חומר השלדה המועדף למכוניות מרוץ. אבל ייצור סיב-פחמן יקר יותר, לכן הוא לא היה כלכלי למכוניות נוסעים. התייעלות מתמשכת בשיטות הייצור מורידות את מחירו. בשנה הבאה, תתחיל BMW למכור את מכונית העיר החשמלית i3 שלה, הרכב החשמלי הראשון המיוצר בייצור המוני עם שלדת סיב-פחמן. שלדת ה-i3 המתאימה לארבעה נוסעים, אותה מכנה BMW " life module" (יחידת חיים עצמאית), שוקלת רק 120 ק"ג, חצי משלדת פלדה. (CFRP הוא גם 30 אחוז יותר קל מהאלומינים המעוצב המתקדם ביותר).
BMW השקיע 100 מיליון דולר בפרויקט משותף עם מפעל במדינת וושינגטון המייצר "נעורת" סיב-פחמן – צרורות של 50,000 חוטי סיב-פחמן, עוביו של כל אחד מהם עשירית מעוביה של שיערה אנושית. הנעורת הזאת עבה יותר מצרורות 6,000 החוטים שבהם עשו שימוש באפליקציות תעופת חלל ורכבים, לכן צריך פחות מהם לשזירה באריג סיב-הפחמן שמהווה את שריג הבסיס של ה-CFRP. בתהליך הפרויקט נשלחת הנעורת מוושינגטון לגרמניה, שם הם נארגים והשזירה נדחסת ומוטמעת בפלסטיק נוזלי. את ה-CFRP ניתן לאחר מכן לעצב לרכיבים מבניים בתוך פחות מ-10 דקות – תהליך שבעבר ארך שעות.
שלדת סיב-הפחמן של ה-i3 חסכה מספיק משקל כדי לאזן את המסה הכבדה של מארז סוללת הליתיום-יון של המכונית. למעשה, הצליחו מהנדסי BMW להגיע לטווח נסיעה של 160 ק"מ תוך שימוש בסוללה קטנה וזולה יותר מהמתחרים שלה (21 קילו-וואט שעות לעומת מארז 24 הקילו-וואט שעות של הניסאן Leaf). עד שנה הבאה, מתכננת BMW להתחיל לעבוד על יותר ממיליון חלקי סיב-פחמן מבניים בכל שנה. ג'וארג פוהלמן, מנהל המיזם של BMW, אומר שבעוד סיב-פחמן עדיין עולה יותר מאלומיניום, הוא "בטוח לחלוטין" שכאשר תעבור BMW לייצור המוני, היא תוכל להפחית מחירים כדי להשוות אותם לעלויות ייצור האלומיניום הנמוכות יותר. "אתם תראו שלדות עשויות מהתרכובת במכוניות נוסעים רגילות בתוך הרבה פחות מעשר שנים", הוא אומר. זוהי התפתחות שתוכל להפוך מכוניות ליותר מהירות, יעילות ועמידות להתרסקויות מבעבר.
3. קבלי-על
אם תנהגו במכונית החשמלית מסביב לעיר באיטיות, סוללת הליתיום-יון תשמש אתכם בדיוק על פי הצפוי. אבל האצה גבוהה גומרת סוללות. אם תעלו על הכביש המהיר, טווח הנסיעה ירד בצורה תלולה.
התקנת סוללות עם קבלי-על עשוי לתקן את הבעיה הזאת. בשונה מסוללות אשר אוגרות אנרגיה בצורה כימית, קבלי-על מחזיקים מטען בשדה אלקטרומגנטי בין שתי אלקטרודות המצופות בפחמן משופעל בעל נקבוביות. הקבלים מסוגלים לספוג חשמל באותה מהירות ששקע יכול לשחרר אותו ולפרוק אותו באותה המהירות. במכונית, זה מתרגם לטעינה מהירה והאצה עצמתית.
כרגע, קבלי-העל הטובים ביותר מחזיקים רק כחמישה אחוז מכמות האנרגיה שסוללת ליתיום-יון בגודל השוואתי מחזיקה – לא מספיק כוח כדי להפעיל מכונית חשמלית, אבל מספיק כדי לתפקד כתמיכה. ייצרניות רכב כמו פג'ו כבר מבצעות ניסויים עם קבלי-על בשביל מערכות בלימה משובית ומערכות האצה-עצירה, אשר חוסכות דלק על ידי כיבוי המנוע ברמזורים אדומים לפני שהם מותנעים שוב ברגע שהנהג נוגע בדוושת הגז. הצעד ההגיוני הבא הוא להוסיף קבלי-על למכוניות חשמליות כדי להתמודד עם המשימות המטילות עומסים מוגברים על הסוללות.
ג'ואל שינדאל, פרופסור להנדסת חשמל ב-MIT, חוקר דרכים להשתמש בננו-צינוריות כדי לשפר קבלי-על. "הפתרון הטוב ביותר", הוא אומר, "הוא היבריד בו סוללה הבנוייה בצורה אופטימלית לאחסון אנרגיה, בעוד קבל-העל מספק את דרישות כוח השיא במהלך ההאצה". שינדאל ומדענים אחרים עובדים על ייצור קבלי-על שיכולים לאחסן יותר אנרגיה על ידי שיפור החומרים מהם עשויות האלקטרודות ברמה המולקולרית. אם הם יצליחו – אם קבלי-על יוכלו יום אחד להתקרב לקיבולת נשיאת המטען של סוללות ליתיום-יון – הם יוכלו לפתור את אחת הבעיות המציקות ביותר העומדות בפני מכוניות חשמליות: זמני טעינה איטיים. תחנת הטעינה-המהירה המהירה ביותר דורשת 30 דקות כדי לטעון סוללה ריקה. (זרם גבוה יותר מתחיל לפגוע באלקטרודות). קבלי-על, לעומת זאת, יוכלו לספוג טעינה מלאה בתוך דקות.
4. תקשורת רכב-לרכב
מכוניות היוקרה של היום יכולות לכוון בעצמן את ההגה שלכם כשאתם סוטים מהנתיב, לבלום אוטומטית כדי למנוע פגיעה בכלי רכב אחרים, ולחשב מתי אתם עומדים להירדם. קאדילק אפילו צפוייה לחשוף נהיגת קרוז-קונטרול ללא ידיים בשנתיים הקרובות. אבל כדי שמכוניות אוטונומיות ואוטונומיות-למחצה יוכלו לפעול, הרכבים חייבים להיות מסוגלים לתקשר ולהגיב זה לזה. הטכנולוגיה שתאפשר להם לעשות את זה עשוייה בקרוב להיות מוכנה לייצור.
בצהרי יום בחודש מאי שלחו חברי צוות פרויקט מחקר הממומן על ידי האיחוד האירופי שנקרא SARTRE שיירה, שהורכבה מסמי טריילר ובעקבותיו שלוש מכוניות וולבו לנסיעה על כביש מהיר ציבורי בספרד. הרכבים, אשר שישה מ' בלבד הפרידו ביניהם, נעו יחד במהירות של 80 קמ"ש; רק למשאית היה נהג.
SARTRE הוא נסיעת המבחן הראשונה בעולם-האמיתי ל"רכבת כביש" – שיירה של מכוניות אוטונומיות העוקבת אחרי רכב מוביל (סביר להניח שמשאית או אוטובוס) הנהוג על ידי נהג מקצוען. המכוניות העוקבות יוכלו להיות מכוניות נוסעים בנסיעה ארוכה. על ידי הפחתת התנגדות הרוח ונסיעה במהירות קבועה, השיירות האלה יוכלו לחסוך דלק ולהפחית פליטות אגזוז ב-20 אחוז. הן יוכלו גם להפוך נסיעות ארוכות למהנות הרבה יותר. מרגע הכניסה לשיירה, מסביר אריק צ'אן, המהנדס הראשי של הפרויקט, יוכלו ה"נהגים" של המכוניות העוקבות להירגע ולקרוא ספר.
מכוניות הוולבו בנסיעת המבחן של SARTRE מזהים סימני נתיבים וכלי רכב אחרים באמצעות אותן מצלמות וחיישני רדאר/לידאר שכבר מצויים ברכבים. המהנדסים הוסיפו תכנה המיועדת לחבר יחד את הנתונים הנאספים על ידי החיישנים האלה (ומעבד להריץ אותה) כמו גם אנטנות שמאפשרות למכוניות לתקשר באמצעות Wi-Fi. אבל מהנדסי SARTRE מדגישים שכל הטכנולוגיה המדוברת ניתנת לרכישה מהמדף היום. למעשה, האתגרים הנותרים הגדולים ביותר הם חוקיים ופסיכולוגיים. רגולטורים יצטרכו לשנות חוקי תנועה כדי להתאים אותם לרכבים ללא נהג. ייצרניות רכב יצטרכו לצייד את הרכבים האלה עם התוכנה הדרושה כדי לאפשר להם להצטרף לרכבות כביש. ודבר אחרון, הנהגים יצטרכו להשתכנע שהמערכת בטוחה. (מהנדסי SARTRE אומרים שרכבות כביש יוכלו להפחית הלכה למעשה מקרי מוות מתאונות דרכים). שלושת הצעדים האלה הם משמעותיים מספיק כדי שבאופן מציאותי לא נראה רכבות כביש על הכבישים בעשור הקרוב.
| שיירה רובוטית: בין השאלות שמהנדסים בפרויקט רכבת-הכביש SARTRE היו צריכים לענות עליהן: כיצד מכונית צריכה לאותת שהיא רוצה להצטרף לשיירה? כמה מכוניות יכולות להצטרך לשיירה? האם שיירה אמורה להיות מסוגלת לעקוף רכבים אחרים? אילוסטרציה: גריהאם מורדוק |
5. בעירה פנימית זעירה
סטנדרטים לחסכון בדלק אמורים לעלות ל-23.2 ק"מ לליטר דלק עד 2025. הידיעה הזאת גורמת לייצרניות רכב להוסיף מגדשי-טורבו והזרקת דלק בשליטת-מחשב למנועים שהולכים וקטנים על מנת לסחוט כל קילומטר מליטר דלק. ה-BMW 328i מודל 2012, לדוגמה, מונע על ידי מנוע ארבעה צילינדר בעל מגדש-טורבו (מנוע ארבעה הצילינדר הראשון של BMW מאז 1999) שהוא יעיל יותר ומייצר יותר מומנט פיתול ממנוע השישה צילינדר שהוא החליף את מקומו. פורד צפוייה להכניס בעתיד הקרוב בפיאסטה מנוע שלושה צילינדר עם מגדש-טורבו. אבל מגדשי-טורבו והזרקת דלק ישירה יכולים לשפר את המצב רק במידה: כדי להגיע לקילומטראז' גבוה כנדרש, יצטרכו המהנדסים להמציא מחדש באופן בסיסי את הבעירה הפנימית. הרבה מהם כבר התחילו.
קבוצת Scuderi ממסצ'וסטס, בוחנת אב-טיפוס של מנוע אשר מקדיש בוכנות נפרדות לפעימות הדחיסה והכוח, ומפעיל סדרה של שינויים שמגבירים את הקילומטראז' בעד 50 אחוזים. חברת EcoMotors ממישיגן משלימה מנוע בעל בוכנות-מנוגדות, מחזור-מנוגד (OPOC), בו זוג בוכנות הנע אופקית חולק תא בעירה. היעילות המוספת תוכל לדחוף מכונית קומפקטית ל-42.5 ק"מ לליטר דלק. לדברי EcoMotors, הם יוכלו להכניס את המנוע שלהם לייצור בתוך חמש עד שבע שנים.
עוד על חידושים בגליון נובמבר של popular science ישראל – למבצע היכרות מיוחד לגולשי HWzone.co.il
