Könnyű anyagok személygépkocsikhoz és teherautókhoz

Ön itt van

A korszerű anyagok elengedhetetlenek a modern autók üzemanyag-takarékosságának növeléséhez, a biztonság és a teljesítmény megőrzése mellett. Mivel a könnyebb tárgyak felgyorsításához kevesebb energia szükséges, mint a nehezebbekhez, a könnyű anyagok nagy lehetőséget kínálnak a jármű hatékonyságának növelésére. A jármű tömegének 10% -os csökkenése 6–8% -os üzemanyag-takarékosságot eredményezhet. Az öntöttvas és a hagyományos acél alkatrészek könnyű anyagokkal történő helyettesítése, például nagy szilárdságú acél, magnézium (Mg) ötvözetek, alumínium (Al) ötvözetek, szénszál és polimer kompozitok akár 50% -kal is csökkenthetik a jármű karosszériájának és alvázának súlyát százalékkal, és ezáltal csökkenti a jármű üzemanyag-fogyasztását. Könnyű alkatrészek és fejlett anyagok által lehetővé tett nagy hatékonyságú motorok felhasználásával az amerikai flotta egynegyedében évente több mint 5 milliárd gallon üzemanyagot lehetne megtakarítani 2030-ig.

Könnyű szerkezeti anyagok felhasználásával az autók további fejlett kibocsátáscsökkentő rendszereket, biztonsági berendezéseket és integrált elektronikus rendszereket szállíthatnak anélkül, hogy növelnék a jármű össztömegét. Bár bármilyen jármű használhat könnyű anyagokat, ezek különösen fontosak a hibrid elektromos, a dugaszolható hibrid elektromos és az elektromos járműveknél. Könnyű anyagok használata ezekben a járművekben ellensúlyozhatja az energiaellátó rendszerek, például az akkumulátorok és az elektromos motorok súlyát, javítva a hatékonyságot és növelve azok teljes elektromos hatótávolságát. Alternatív megoldásként a könnyű anyagok használata kisebb és olcsóbb akkumulátor szükségességét eredményezheti, miközben a dugaszolható járművek teljes elektromos tartománya állandó marad.

A könnyű anyagokkal kapcsolatos kutatás és fejlesztés elengedhetetlen a költségeik csökkentéséhez, az újrafeldolgozás képességének növeléséhez, a járművekbe történő integrálásukhoz és az üzemanyag-takarékosság előnyeinek maximalizálásához.

A Járműtechnológiai Iroda (VTO) négy módon dolgozik ezen anyagok fejlesztésén:

Maguk az anyagok megértésének növelése modellezés és számítási anyagtudomány révén
Tulajdonságaik javítása (például szilárdság, merevség és alakíthatóság)
Gyártásuk javítása (anyagköltség, termelési ráta vagy hozam)
Fejlett anyagok ötvözeteinek fejlesztése

Rövid távon a nehéz acél alkatrészek cseréje olyan anyagokkal, mint a nagy szilárdságú acél, alumínium vagy üvegszállal erősített polimer kompozitok, 10-60 százalékkal csökkentheti az alkatrészek súlyát. A tudósok már értik ezen anyagok tulajdonságait és a kapcsolódó gyártási folyamatokat. A kutatók azon dolgoznak, hogy csökkentsék költségeiket és javítsák az ezen anyagok összekapcsolásának, modellezésének és újrafeldolgozásának folyamatait.

Hosszabb távon a fejlett anyagok, például a magnézium- és szénszálerősítésű kompozitok 50-75 százalékkal csökkenthetik egyes alkatrészek tömegét. A Hivatal azon dolgozik, hogy bővítse ismereteinket ezen anyagok kémiai és fizikai tulajdonságairól, és csökkentse azok költségeit.

Kutatási eszközök

A fejlett anyagok továbbfejlesztése megköveteli, hogy jobban megértsük összetételüket és morfológiájukat. Míg a korábbi kutatások fizikai kísérleteket használtak a hagyományos acél és alumínium jobb megértéséhez, a számítási anyagtudomány a kísérletek szimulálásával felgyorsíthatja a folyamatot. A számítástechnikai anyagtudománynak olyan korszerű anyagokat, mint a magnézium, sokkal gyorsabban kell piacra hoznia, mint a múltban. A kutatók számítási megközelítéseket is használhatnak olyan járművek kialakításához, amelyek maximalizálják ezen anyagok potenciálját.

Ezen eszközök fejlesztése érdekében a VTO együttműködik az Anyaggenom Kezdeményezéssel, egy ügynökségközi erőfeszítéssel, amely támogatja a fejlett anyagok és struktúrák fejlesztéséhez szükséges idő csökkentését integrált számítás, kísérletezés és adatok segítségével. A VTO által támogatott munka olyan számítási eszközöket fejlesztett ki, amelyek lehetővé tették a csatlakozási módszerek, a korróziómegelőzés és a prediktív modellek fejlesztését.

Partnerségek, célok és eredmények

A VTO együttműködik a DOE Nemzeti Laboratóriumokkal, az EERE Haladó Gyártási Irodájával, valamint számos más, horizontális kormányzati/ipari partnerségen keresztül a könnyű anyagok terén:

a könnyű haszongépjárművekre összpontosító amerikai DRIVE partnerség
századi teherautó-partnerség, amelynek középpontjában a nehéz tehergépjárművek állnak
az amerikai gépjárműipari partnerség (USAMP)

Ez a kutatás és fejlesztés a következő cél elérésére összpontosít: 2015-ig érvényesíteni azt a képességet, hogy egy személygépkocsi karosszériáját és futómű rendszerét 50% -kal csökkentse a 2002. évi járműhöz képest. Ennek a csökkentésnek költséghatékonynak kell lennie, és az anyagoknak is újrahasznosíthatóaknak kell lenniük.

Ezeknek a kutatási és fejlesztési tevékenységeknek az eredményeit évente ismertetik az éves érdemi áttekintő és szakértői értékelési értekezleten, valamint az éves előrehaladási jelentésben. Ezen túlmenően az Anyagok alprogram 2011 márciusában a könnyű és meghajtó anyagok műhelyének adott otthont Dearbornban (Michigan), hogy megértse az ipar igényeit és a technológiai hiányosságokat. Ezek a jelentések referenciaértékként szolgálnak a jelenlegi korszerű technológiákhoz, valamint a technikai célokhoz ezeken a területeken: Könnyű járművek műszaki követelményei és hiányosságai a könnyű és meghajtó anyagokhoz és teherautókhoz, valamint a nehéz tehergépjárművek műszaki követelményei és hiányosságai Könnyű és meghajtó anyagok.

KÖNNYŰ ANYAGOK PROJEKTEK

A kutatók összefoglalják a VTO által támogatott projektjeiket az éves érdemügyi áttekintés és a szakértői értékelés keretében. Válogatott előadások a könnyű anyagok kutatásáról és fejlesztéséről a 2014. évi Merit Review-ból:

Tekintse meg az éves érdemellenőrzési előadásokat az érdemértékelő bemutató adatbázisban.