Gli esseri umani sono all'apice dell'efficienza nel settore trasporti? Abbiamo raggiunto il massimo della nostra produttività meccanica? Gli esseri umani hanno fatto passi da gigante nel settore automotive negli ultimi 50 anni, soprattutto per quanto riguarda il modo in cui ci muoviamo quotidianamente. Tuttavia, ci sono sicuramente altri traguardi da raggiungere. Esamineremo come l'adozione dell'elettronica nell'industria automobilistica abbia migliorato sensibilmente l'efficienza del trasporto umano e le applicazioni dell'elettronica automotive che rendono possibile tale efficienza.
Dall'Età della pietra alla Ford Model T: la rivoluzione dei trasporti
Per quasi 3,4 milioni di anni, gli strumenti più avanzati sono stati realizzati in pietra. Fu solo nel 3.000 a.C. che i nostri strumenti iniziarono a essere realizzati in materiali in lega, come il bronzo, e la nostra capacità di costruire strumenti più efficaci (come la ruota) migliorò. Il bronzo fu rapidamente sostituito da ferro e acciaio già nel 1.300 a.C., consentendo a questi strumenti di diventare ancora più forti e resistenti. Le persone furono in grado di percorrere distanze maggiori più rapidamente. Nel periodo medievale strumenti metallici, macchine, armi e veicoli avevano ormai rivoluzionato quasi tutti gli aspetti della vita. I progressi compiuti nei 1.000 anni del periodo medievale furono più drastici di quelli avvenuti nei 3,4 milioni di anni precedenti.
Solo pochi secoli dopo, durante la Rivoluzione industriale, i processi di fabbricazione consentirono la produzione di massa. Con l'avvio della produzione di massa si verificò un altro enorme balzo nell'efficienza degli strumenti e dei macchinari. L'idea delle tolleranze di progettazione, cioè dei limiti delle variazioni per le dimensioni o la forma di un prodotto fabbricato, divenne fondamentale per la produzione e l'arte della lavorazione rese i componenti intercambiabili su vasta scala. La produzione in serie di biciclette e automobili rese questi mezzi accessibili alle masse. Per la prima volta, ci fu la possibilità di viaggiare su distanze brevi e lunghe e ciò trasformò il mondo in uno spazio più piccolo, o almeno, questa era la nuova percezione che se ne aveva.
Quando, nel 1908, la Ford Model T venne presentata sul mercato americano, il suo motore a combustione interna era in grado di percorrere poco meno di 21 miglia con un gallone di benzina (circa 8,9 km con un litro). Gli esseri umani, a quel punto, stavano utilizzando la chimica e i sistemi meccanici per spostarsi su vasta scala e si trattava di un'esperienza economica e scalabile. Proprio come nel caso del confronto tra il periodo medievale e l'Età della pietra, il secolo successivo alla presentazione della Model T fu testimone di una crescita che avrebbe lasciato molto indietro i precedenti 5.000 anni e sarebbe stata quasi incomparabile con i tre milioni di anni antecedenti.
Tuttavia, per quasi mezzo secolo dopo il debutto della Model T, nulla cambiò veramente nelle automobili. I veicoli diventarono più grandi e veloci, ma l'efficienza e l'innovazione che avevano rivoluzionato il mondo nel 1908 rimasero invariate. Il progresso esponenziale nell'efficienza degli strumenti che aveva avuto luogo tra l'Età della pietra e l'inizio del XX secolo sembrò arrestarsi bruscamente.
Standard di efficienza per i consumi delle automobili: la nascita dell'efficienza automotive
In realtà, l'efficienza dei consumi negli Stati Uniti peggiorò nel mezzo secolo che seguì l'uscita della Model T, a causa dell'aumento della domanda di auto più potenti. Fu solo quando il Congresso degli Stati Uniti emanò le norme CAFE (Corporate Average Fuel Economy) nel 1975 che le parole "efficienza" e "automobile" iniziarono a essere usate nella stessa frase. Dopo la famosa epoca delle muscle car americane negli anni '60 e nei primi anni '70, le auto affrontarono una nuova sfida: diventare migliori, non solo più veloci.
Le case automobilistiche americane dovevano cambiare il funzionamento delle automobili, sia all'interno che all'esterno del veicolo. Entro il 1980, l'elettronica e la tecnologia informatica vennero in soccorso dell'automobile, pronte a sconvolgere il settore automotive fino al cuore. L'elettronica si sarebbe rapidamente unita all'orchestra chimica e meccanica per dare inizio alla successiva rivoluzione dei trasporti.
Automobili a basso consumo: carburatori elettronici e oltre
L'elettronica era presente nelle automobili già prima degli anni '70, ma gli ingegneri la utilizzavano principalmente per creare sistemi più potenti e accessoriare i veicoli. Tuttavia, alla fine di quel decennio, l'efficienza divenne il punto focale di tutto il settore automotive, dalle supercar di lusso alle auto più economiche vendute in America. Questo cambio di priorità non significò un'eliminazione della potenza e dei "muscoli" dal nucleo del settore; piuttosto, gli ingegneri si concentrarono sulla creazione di auto che potessero fare di più con meno.
Entro il 1985, la Chevrolet Sprint poteva vantare un consumo di 53 miglia per gallone (MPG) di benzina (circa 22 chilometri per litro) in autostrada e 44 MPG (18,7 km/l) in città, quadruplicando l'efficienza media del carburante per le auto rispetto al decennio precedente. Il suo segreto: un carburatore controllato elettronicamente e un motore progettato con precisione, compatto e piacevolmente potente.
Le auto non erano però gli unici soggetti che ricevevano la terapia a base di elettronica somministrata al settore automotive. I processi di lavorazione e produzione divennero sempre più accurati, grazie all'adozione di nuovi sistemi di controllo elettronico che permettevano la produzione di questi motori leggeri e potenti. Per la prima volta dalla Rivoluzione industriale, i progressi nella produzione accelerarono a un ritmo esponenziale. La lavorazione accurata dei componenti in tutti i veicoli comportò un maggiore utilizzo termico e un trasferimento di energia globalmente più efficiente.
Evoluzione del consumo medio
La US EPA (Environmental Protection Agency, Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti) ha monitorato il consumo medio di carburante per le automobili dal 1975. Nell'immagine seguente, si può notare che l'utilizzo di carburante e le emissioni di anidride carbonica sono stati quasi dimezzati rispetto a quanto accadeva prima dell'introduzione delle norme CAFE.
Fonte: rapporto EPA sulle tendenze del settore automotive
L'elettronica è fondamentale nel controllo di quasi tutti gli aspetti dell'automobile moderna. Alcuni degli elementi più costosi delle automobili sono proprio i sistemi elettronici. Ecco alcuni esempi:
- I sensori meccanici (come i tachimetri) sono diventati elettrici
- I carburatori sono diventati sistemi di iniezione del carburante controllati elettronicamente
- I conducenti possono monitorare la pressione degli pneumatici utilizzando sensori e trasmettitori wireless
L'innovazione dei veicoli elettrici
Dopo il boom di efficienza tra il 1975 e il 1985, l'industria automobilistica sperimentò un periodo di stagnazione simile a quello verificatosi tra la Model T e l'inizio degli anni '70. Tra la metà degli anni '80 e i primi anni 2000, l'efficienza automobilistica raggiunse il proprio picco per poi diminuire leggermente. Questa stagnazione fu probabilmente il risultato della nuova tecnologia utilizzata per massimizzare la potenza. L'aggiunta dell'elettronica aveva aumentato il peso delle automobili, poiché i cablaggi estesi e i nuovi sistemi elettronici si erano rivelati pesanti, riducendo, in definitiva, l'efficienza media dei veicoli. Tuttavia, all'inizio degli anni 2000, un nuovo tipo di automobile prometteva di rivoluzionare il settore automotive: i veicoli elettrici.
I veicoli elettrici (EV) sono disponibili in varie configurazioni:
- Veicoli elettrici completamente ibridi (FHEV, Fully Hybrid Electric Vehicle)
- Veicoli elettrici plug-in (PEV, Plug-in Electric Vehicle)
- Veicoli completamente elettrici (FEV, Fully Electric Vehicle), noti anche come veicoli elettrici a batteria (BEV, Battery Electric Vehicle)
Naturalmente, i veicoli che utilizzano una fonte di energia alternativa sono destinati a ridurre le emissioni di carbonio associate ai veicoli dotati di motore a combustione interna. Aumentano anche il numero medio di chilometri percorsi con un litro di carburante, migliorando così l'efficienza a livello di settore. L'aumento dei veicoli ibridi e completamente elettrici negli ultimi 15 anni ci ha condotto ai giorni nostri, quando alcune delle aziende più influenti del settore automobilistico si stanno impegnando per raggiungere efficienze da record.
Fonte: EPA: Efficienza nel consumo medio di carburante delle 13 principali case automobilistiche mondiali
Elettronica ed efficienza dei consumi: la tecnologia del futuro
Il settore automotive non è mai stato così efficiente e continua ad aumentare la propria efficienza con miglioramenti quali:
- Progettazione dell'aerodinamica assistita da computer
- Regolazioni ottimali dei motori
- Tecnologia ibrida
- Veicoli completamente elettrici
- Riduzione delle emissioni di carbonio
I produttori continuano a migliorare l'efficienza termica dei motori a combustione interna e sempre più marchi stanno convertendo i propri veicoli all'alimentazione elettrica. I sistemi elettronici potrebbero rivoluzionare rapidamente l'industria automobilistica e trasformarla in modo irriconoscibile.