Передовые материалы необходимы для повышения топливной экономичности современных автомобилей при сохранении безопасности и производительности. Поскольку для ускорения более легкого объекта требуется меньше энергии, чем для более тяжелого, легкие материалы открывают большой потенциал для повышения эффективности транспортного средства. Снижение веса автомобиля на 10 % может привести к улучшению экономии топлива на 6–8 %. Замена чугунных и традиционных стальных компонентов легкими материалами, такими как высокопрочная сталь, магниевые (Mg) сплавы, алюминиевые (Al) сплавы, углеродное волокно и полимерные композиты, может напрямую снизить вес кузова и шасси автомобиля почти на 50%. процентов и, следовательно, снизить расход топлива автомобиля. Использование легких компонентов и высокоэффективных двигателей, изготовленных из современных материалов, в четверти автопарка США может сэкономить более 5 миллиардов галлонов топлива ежегодно к 2030 году.
Используя легкие конструкционные материалы, автомобили могут оснащаться дополнительными усовершенствованными системами контроля выбросов, устройствами безопасности и интегрированными электронными системами без увеличения общего веса автомобиля. Хотя любой автомобиль может использовать легкие материалы, они особенно важны для гибридных электромобилей, гибридных электромобилей с возможностью подзарядки от сети и электромобилей. Использование легких материалов в этих транспортных средствах может компенсировать вес энергетических систем, таких как аккумуляторы и электродвигатели, повышая эффективность и увеличивая запас хода на полностью электрическом ходу. В качестве альтернативы, использование легких материалов может привести к необходимости использования меньшей и более дешевой батареи при сохранении постоянного запаса хода полностью электрических транспортных средств.
Исследования и разработки легких материалов необходимы для снижения их стоимости, повышения возможности их переработки, обеспечения их интеграции в транспортные средства и максимизации преимуществ экономии топлива.
Управление транспортных технологий (VTO) работает над улучшением этих материалов четырьмя способами:
Улучшение понимания самих материалов посредством моделирования и вычислительной материаловедения.
Улучшение их свойств (таких как прочность, жесткость и пластичность)
Улучшение их производства (стоимость материалов, производительность или доходность)
Разработка сплавов перспективных материалов
В краткосрочной перспективе замена тяжелых стальных компонентов такими материалами, как высокопрочная сталь, алюминий или полимерные композиты, армированные стекловолокном, может снизить вес компонента на 10-60 процентов. Ученые уже понимают свойства этих материалов и связанные с ними производственные процессы. Исследователи работают над снижением их стоимости и улучшением процессов соединения, моделирования и переработки этих материалов.
