Avancerade material är avgörande för att öka bränsleekonomin i moderna bilar samtidigt som säkerhet och prestanda bibehålls. Eftersom det tar mindre energi att accelerera ett lättare föremål än ett tyngre, erbjuder lätta material stor potential för att öka fordonseffektiviteten. En minskning av fordonets vikt med 10 % kan resultera i en förbättring av bränsleekonomin med 6 %–8 %. Att ersätta gjutjärn och traditionella stålkomponenter med lätta material som höghållfast stål, magnesium (Mg) legeringar, aluminium (Al) legeringar, kolfiber och polymerkompositer kan direkt minska vikten på ett fordons kaross och chassi med upp till 50 procent och därför minska ett fordons bränsleförbrukning. Att använda lättviktskomponenter och högeffektiva motorer som möjliggörs av avancerade material i en fjärdedel av den amerikanska flottan kan spara mer än 5 miljarder liter bränsle årligen till 2030.
Genom att använda lätta konstruktionsmaterial kan bilar bära ytterligare avancerade avgaskontrollsystem, säkerhetsanordningar och integrerade elektroniska system utan att öka fordonets totala vikt. Även om alla fordon kan använda lättviktsmaterial, är de särskilt viktiga för elhybrid-, plug-in-hybrid-el- och elfordon. Att använda lättviktsmaterial i dessa fordon kan kompensera vikten av kraftsystem som batterier och elmotorer, förbättra effektiviteten och öka deras helelektriska räckvidd. Alternativt kan användningen av lättviktsmaterial resultera i behov av ett mindre och billigare batteri samtidigt som det helelektriska utbudet av plug-in-fordon hålls konstant.
Forskning och utveckling av lättviktsmaterial är avgörande för att sänka deras kostnader, öka deras förmåga att återvinnas, möjliggöra deras integration i fordon och maximera deras bränsleekonomiska fördelar.
Vehicle Technologies Office (VTO) arbetar för att förbättra dessa material på fyra sätt:
Öka förståelsen för själva materialen genom modellering och beräkningsmaterialvetenskap
Förbättra deras egenskaper (såsom styrka, styvhet och duktilitet)
Förbättra deras tillverkning (materialkostnad, produktionshastighet eller avkastning)
Utveckling av legeringar av avancerade material
På kort sikt kan att ersätta tunga stålkomponenter med material som höghållfast stål, aluminium eller glasfiberförstärkta polymerkompositer minska komponentvikten med 10-60 procent. Forskare förstår redan egenskaperna hos dessa material och de tillhörande tillverkningsprocesserna. Forskare arbetar för att sänka sina kostnader och förbättra processerna för sammanfogning, modellering och återvinning av dessa material.
