人類は輸送効率の頂点に達しているのでしょうか?機械の生産性は限界に達したのでしょうか?人類は過去50年間で自動車の分野で目覚ましい進歩を遂げてきましたが、特に日々の移動に関しては顕著です。しかし、達成すべきことはまだたくさんあります。自動車業界における電子機器の導入によって人間の輸送効率がどのように劇的に向上したか、また、そのような効率を可能にする自動車電子機器のアプリケーションについて探ります。
石器時代からフォード モデルTまで: 交通革命
約340万年の間、最も先進的な道具は石で作られていました。紀元前3,000年になってようやく、道具は青銅のような合金素材へと進化し始め、より効果的な道具 (車輪など) を作る能力が向上しました。紀元前1300年頃には青銅は鉄と鋼に急速に置き換えられ、これらの道具はさらに強くなり、耐久性が増しました。人々はより遠く、より速く移動できるようになりました。中世になると、金属製の道具、機械、武器、乗り物が生活のほぼすべての側面に革命をもたらしました。中世の1,000年間になされた進歩は、それ以前の340万年間よりも劇的なものでした。
わずか数世紀後の産業革命の時代に、製造プロセスによって大量生産が可能になりました。大量生産の始まりとともに、ツールと機械の効率がさらに飛躍的に向上しました。設計許容差（製造製品のサイズや形状のばらつきの限度）という概念は製造業にとって不可欠なものとなり、機械加工の技術によって部品を大量生産で交換できるようになりました。自転車や自動車の大量生産により、大衆が購入できる価格になった。初めて、短距離および長距離を移動できるようになったことで、世界は小さくなっている、少なくともそのように感じられました。
1908年にフォード モデルTが道路に登場したとき、その内燃エンジンはガソリン1ガロンあたり約21マイルの走行距離を達成しました。人類は化学と機械のシステムを利用して大規模な移動を行うようになり、それは手頃な価格で拡張可能になりました。 中世と石器時代を比較するのと同じように、モデルTの発表後の1世紀は、それ以前の5,000年間を上回る成長を遂げ、それ以前の300万年とはほとんど比較にならないほどの成長を遂げました。
しかし、モデルTがデビューしてから約半世紀が経ちましたが、自動車に関しては何も劇的な変化はありませんでした。車はより大きく、より速くなりましたが、1908年に世界に革命をもたらした効率性と革新性は停滞したままでした。石器時代から20世紀初頭にかけての道具の効率性の飛躍的な進歩は、急激に止まったように思われる。
自動車燃費基準：自動車の燃費の誕生
実際、モデルTの登場から半世紀後、よりパワフルな車の需要が高まり、アメリカの燃費は 悪化 しました。1975年に米国議会が企業平均燃費 (CAFE) 規制を制定して初めて、「効率」と「自動車」という言葉が同じ文に現れるようになりました。 1960年代から70年代初頭にかけての有名なアメリカのマッスルカーの時代を経て、自動車は新たな課題に直面しました。単に速くなるだけでなく、より良くなる必要があったのです。
アメリカの自動車メーカーは、車内と車外の両方で自動車の動作方法を変える必要がありました。1980年までに、エレクトロニクスとコンピュータ技術が自動車の救済に登場し、自動車産業に衝撃を与えました。電子工学はすぐに化学と機械のオーケストラに加わり、次の輸送革命の先駆けとなるでしょう。
燃費の良い車: 電子キャブレターとその先
1970年代以前にも自動車には電子機器が搭載されていましたが、エンジニアは主に、より強力なシステムの開発や車両のアクセサリー化に電子機器を使用していました。しかし、10年代の終わりには、高級スーパーカーからアメリカで最も手頃な価格の車まで、効率性が自動車業界の焦点となっていました。この優先順位の変更は、業界の中核からパワーと筋力を奪うことを意味するものではなく、むしろエンジニアは、より少ないリソースでより多くのことができる車を作ることに重点を置いたのです。
1985年までに、 シボレー・スプリントは、高速道路で1ガロン当たり53マイル（MPG）、市街地で44 MPGの燃費を誇り、10年前の自動車の平均燃費の4倍となった。その秘密は、電子制御式キャブレターと、コンパクトでありながら心地よいパワーを備えた精密に設計されたエンジンです。
自動車業界で電子化が進むのは自動車だけではありません。新しい電子制御システムの採用により、機械加工と製造のプロセスはますます正確になり、軽量で強力なエンジンの製造が可能になりました。産業革命以来初めて、製造業の進歩が飛躍的に加速しました。車両全体の部品の正確な加工により、熱利用率が向上し、全体的にエネルギーの伝達効率が向上しました。
平均燃費の推移
米国環境保護庁 (EPA) は、1975年以来、自動車の平均燃費を追跡しています。下の画像では、CAFE規制の導入以来、燃料利用率と二酸化炭素排出量がほぼ2倍に改善されていることがわかります。
出典: EPA自動車トレンドレポート
電子機器は現代の自動車のほぼすべての側面を制御する上で非常に重要です。自動車の最も高価な要素のいくつかは、電子システムそのものになりました。以下にいくつか例を挙げます。
- キャブレターは電子制御燃料噴射システムになった
- ユーザーはワイヤレスセンサーとトランスミッターを使用してタイヤの空気圧を監視できます
電気自動車のイノベーション
1975年から1985年にかけての効率化ブームの後、自動車業界はモデルTから1970年代初頭にかけての停滞期と同様の停滞期を経験しました。1980年代半ばから2000年代初頭にかけて、自動車の効率はピークに達し、その後わずかに低下しました。この停滞は、電力を最大化するために新たに実現された技術が活用された結果である可能性が高い。電子機器を追加すると自動車の重量が増加し、広範囲にわたる配線ハーネスと新しい電子機器システムが重くなり、最終的に車両の平均効率が低下することが判明しました。しかし、2000年代初頭には、自動車業界に革命を起こすと期待される新しいタイプの自動車、電気自動車が登場しました。
電気自動車 (EV)にはさまざまな構成があります。
- 完全ハイブリッド電気自動車（FHEV）
- プラグイン電気自動車（PEV）
- 完全電気自動車（FEV）、バッテリー電気自動車（BEV）とも呼ばれる
当然のことながら、代替エネルギー源を利用する車両は、ICE車両に関連する炭素排出量を削減することになります。また、1ガロンあたりの平均走行距離も増加し、業界全体の効率も向上します。過去15年間のハイブリッド車と完全電気自動車の増加により、最も影響力のある自動車会社のいくつかが記録的な効率性を実現している現代に至っています。
出典: EPA: 世界トップ13の自動車メーカーの平均燃費
エレクトロニクスと燃費効率：未来のためのテクノロジー
自動車業界は これまでで最も効率的であり、次のような進歩により効率性をさらに高め続けています。
- コンピュータ支援による空力設計
- 微調整されたエンジン
- ハイブリッド技術
- 完全電気自動車
- 二酸化炭素排出量の削減
メーカー各社は内燃機関の熱効率 の向上に努めており、車両の動力源を電動化するメーカーも増えています。電子システムは自動車産業を急速に、認識できないほどの革命に変える可能性がある。