Як легкі матеріали допомагають гібридам та електромобілям економити паливо

PBS Motorweek у відеосюжеті показав дослідження легких матеріалів для автомобілів, які підтримує Vehicle Technologies Office в Національній лабораторії Оук-Рідж. Мета цих розробок – зменшити масу кузова та шасі, підвищити паливну економічність і водночас зберегти безпеку та динаміку сучасних авто, зокрема гібридних і електричних.

За розрахунками дослідників, зменшення маси автомобіля на 10% може дати 6–8% економії пального. Заміна чавуну та традиційної сталі на високоміцну сталь, магнієві та алюмінієві сплави, вуглепластик і полімерні композити дозволяє скоротити вагу кузова й шасі до 50%, що безпосередньо знижує витрату пального.

Використання легких конструкційних матеріалів особливо важливе для гібридних, підзаряджуваних гібридів та електромобілів. Такі матеріали компенсують масу батарей і електромоторів, підвищуючи загальну ефективність і запас ходу на електротязі. Альтернативний підхід – зберегти той самий запас ходу, але застосувати меншу й дешевшу батарею завдяки зниженню маси авто.

У короткостроковій перспективі заміна важких сталевих деталей на високоміцну сталь, алюміній або склопластикові композити дозволяє зменшити масу окремих компонентів на 10–60%. Вчені вже добре знають властивості цих матеріалів і працюють над здешевленням, покращенням технологій з’єднання та переробки.

У довгостроковій перспективі розглядаються ще легші рішення – магнієві сплави та вуглепластикові композити, які можуть знизити масу деяких елементів на 50–75%. Для цього потрібно краще вивчити їхні хімічні й фізичні властивості та зменшити собівартість.

Подальший прогрес у цій сфері забезпечує комп’ютерне матеріалознавство: моделювання дозволяє швидше досліджувати склад і структуру матеріалів, оптимізувати конструкції кузова та шасі, а також удосконалювати методи з’єднання, захист від корозії та прогнозування ресурсу деталей.

Transportation Technologies Office співпрацює з національними лабораторіями США та галузевими партнерствами, зосереджуючись на легкових і вантажних автомобілях. Однією з цілей було підтвердити можливість зменшення маси кузова й шасі легкового авто на 50% порівняно з моделлю 2002 року за умови прийнятної вартості та придатності матеріалів до переробки.

За результатами досліджень наводяться орієнтовні діапазони потенційного зниження маси окремих компонентів: магній – 30–70%, вуглепластикові композити – 50–70%, алюміній та алюмінієві композити – 30–60%, титан – 40–55%, склопластик – 25–35%, передова високоміцна сталь – 15–25%, високоміцна сталь – 10–28%.