先進的な材料は、安全性と性能を維持しながら現代の自動車の燃費を向上させるために不可欠です。 軽い物体は重い物体よりも加速するのに必要なエネルギーが少ないため、軽量材料は車両の効率を向上させる大きな可能性をもたらします。 車両重量を 10% 軽量化すると、燃費が 6% ～ 8% 向上します。 鋳鉄や従来の鋼製コンポーネントを高張力鋼、マグネシウム (Mg) 合金、アルミニウム (Al) 合金、カーボンファイバー、ポリマー複合材料などの軽量素材に置き換えることで、車両のボディとシャーシの重量を直接最大 50 重量削減できます。パーセントを削減し、車両の燃料消費量を削減します。 米国の保有車両の 4 分の 1 で先端材料によって実現される軽量コンポーネントと高効率エンジンを使用することで、2030 年までに年間 50 億ガロン以上の燃料を節約できる可能性があります。
軽量構造材料を使用することにより、自動車は、車両の総重量を増加させることなく、追加の高度な排出ガス制御システム、安全装置、統合電子システムを搭載できます。 どの車両でも軽量材料を使用できますが、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、および電気自動車では軽量材料が特に重要です。 これらの車両に軽量素材を使用することで、バッテリーや電気モーターなどの電力システムの重量を相殺して、効率を向上させ、全電気での航続距離を延ばすことができます。 あるいは、軽量素材を使用することで、プラグイン車両の全電気走行距離を一定に保ちながら、より小型で低コストのバッテリーが必要になる可能性もあります。
軽量材料の研究開発は、材料のコストを削減し、リサイクル能力を高め、車両への組み込みを可能にし、燃費の利点を最大化するために不可欠です。
Vehicle Technologies Office (VTO) は、次の 4 つの方法でこれらの材料の改善に取り組んでいます。
モデリングと計算材料科学を通じて材料そのものへの理解を深めます
特性（強度、剛性、延性など）の向上
製造の改善 (材料コスト、生産率、歩留まり)
先端材料の合金開発
短期的には、重い鋼製コンポーネントを高張力鋼、アルミニウム、またはガラス繊維強化ポリマー複合材料などの材料に置き換えることで、コンポーネントの重量を 10 ～ 60 パーセント減らすことができます。 科学者は、これらの材料の特性と関連する製造プロセスをすでに理解しています。 研究者たちは、コストを削減し、これらの材料の接合、造形、リサイクルのプロセスを改善することに取り組んでいます。
