能源和材料效率是汽車設(shè)計師對面向未來的車型系列和經(jīng)濟上合理的解決方案的優(yōu)先考慮清單上的關(guān)鍵要求。該主題領(lǐng)域的范圍很廣。這包括由于更嚴格的車隊限制而產(chǎn)生的精簡的二氧化碳足跡，智能地使用材料和使用新型材料混合的可持續(xù)輕量化。雖然傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車的重量較輕，可以減少破壞氣候的溫室氣體的排放，但更輕的電動汽車可以獲得額外的續(xù)航能力。
考慮到整體重量的雄心勃勃的車輛概念使用創(chuàng)新材料和不同材料的系統(tǒng)組合以形成功能性材料組合。然而，沒有靈丹妙藥。
新設(shè)計的電動汽車領(lǐng)域的標志，緊湊型小型汽車BMW i3，在推向市場不長時間之后就已經(jīng)被制造商逐步淘汰。事實證明，由碳纖維增強塑料制成的乘客艙是一個成本驅(qū)動因素，而這款電動車先鋒的銷售數(shù)字遠遠低于預(yù)期。根據(jù)寶馬公司的說法，九年銷售中積累的損失加起來約為20億歐元，從而使得寶馬的碳核心多材料戰(zhàn)略受到了挫折。i3可能將由配備電動馬達的X1跨界車型繼承。
寶馬集團也絕沒有停止其在輕量化領(lǐng)域的活動，并正在擴大其在由天然材料制成的可持續(xù)的、節(jié)約資源的汽車部件領(lǐng)域的承諾。通過其風險投資部門BMW i Ventures，這家慕尼黑汽車制造商最近投資了瑞士公司Bcomp，一家由天然纖維制成的高性能復(fù)合材料制造商。
無獨有偶，沃爾沃也通過其風險投資子公司沃爾沃汽車技術(shù)基金（Volvo Cars Tech Fund）對瑞士Bcomp公司進行戰(zhàn)略投資。
與傳統(tǒng)材料相比，采用可再生原材料和天然纖維，如亞麻、紅麻等，能最大限度減少材料的使用量，更可減輕多達50%的重量，這將有助于降低車輛在使用過程中的能源消耗。此外，使用天然纖維還能減少二氧化碳計算值，因為植物在生長階段吸收二氧化碳釋放氧氣。
輕量化的新色調(diào)
昂貴的輕量化愿景是一回事，更具有可持續(xù)的材料和資源節(jié)約型制造工藝則是另一回事。汽車行業(yè)對廉價耐用的輕量化組件的呼聲越來越高，針對這種需求的努力已經(jīng)結(jié)出碩果。
例如，由于需求增加，塑料集團和汽車供應(yīng)商科思創(chuàng)正在擴大其聚碳酸酯復(fù)合生產(chǎn)線。這種合成生產(chǎn)的材料可以抵抗外部影響，不會分裂，還可以加工成大面積的組件。它的生產(chǎn)最近也考慮到了回收的原材料。
生產(chǎn)汽車天窗的專業(yè)公司偉巴斯特在其產(chǎn)品系列中推出了聚碳酸酯汽車天窗，與傳統(tǒng)的鋼制板條天窗，其重量可減輕3.5千克。
在車輛制造中，工業(yè)原材料的回收經(jīng)驗參差不齊，但是，封閉的材料循環(huán)是纖維基復(fù)合材料的例外。一方面，復(fù)合材料的樹脂或塑料基體中的纖維無法在不損壞的情況下進行回收，從而改變材料性能；另一方面，單一品種塑料的回收需要化學(xué)處理。這聽起來像是努力和額外的成本。然而，再生纖維和原材料減少了與組件相關(guān)的二氧化碳排放量。
降低成本的關(guān)鍵
以塑料為基礎(chǔ)的電池外殼蓋顯示了一個擺脫兩難困境的方法。來自德國宇航中心（DLR）的研究實驗室展示了一個由玻璃纖維無紡布組成電動汽車的原型。
DLR的科學(xué)家們使用了熱塑性尼龍的基體和玻璃纖維非織造布。然而，仍然需要進行優(yōu)化，以實現(xiàn)量產(chǎn)。材料和工藝成本的關(guān)鍵在于制造過程：為了使回收的無紡布達到穩(wěn)定的高質(zhì)量，工廠技術(shù)必須配備適當?shù)膫鞲衅骱涂刂栖浖?。根?jù)DLR的研究結(jié)果，與傳統(tǒng)的鋁制構(gòu)造相比，額外的成本可以主要通過工藝自動化和更高的數(shù)量來補償。
這一點在韓國汽車零部件制造商Infac的實踐中已經(jīng)可以看到。該公司最近開始批量生產(chǎn)一種用于電動汽車的塑料電池模塊外殼。據(jù)特殊化學(xué)品集團朗盛公司的說法，Infac公司使用了朗盛自有品牌Durethan的無鹵素、阻燃和玻璃纖維增強的聚酰胺6（PA6），這是一種易于組合的高性能塑料，也被用于制動踏板和油盤。
以分鐘為節(jié)拍的混合構(gòu)件生產(chǎn)
從生產(chǎn)的角度來看，始終是成本問題拖累了混合材料的大規(guī)模使用。與傳統(tǒng)材料和工藝相比，周期時間短、材料循環(huán)不足和耗時的預(yù)定材料組合的預(yù)處理削弱了連續(xù)纖維增強復(fù)合材料和混合組件的競爭實力。
德國德累斯頓大學(xué)的輕量化和塑料技術(shù)研究所帶來了一線希望。由汽車供應(yīng)商博澤牽頭的一個項目聯(lián)盟建立了一個用于批量生產(chǎn)高負載的混合材料組件全自動化的工藝鏈——德國宇航中心研究所的工藝開發(fā)中心現(xiàn)在宣布調(diào)試成功。
該系統(tǒng)基于一種注塑組合工藝，其中深拉金屬嵌件與預(yù)制的連續(xù)纖維增強補丁相結(jié)合，然后用短纖維增強塑料進行包覆。所有的工藝參數(shù)和工藝步驟都由一個中央控制單元通過350個傳感器通道進行監(jiān)測和協(xié)調(diào)。
從金屬嵌件的精確溫度控制到促進粘合的等離子涂層和使用纖維增強貼片壓制的過程，都是針對循環(huán)時間小于一分鐘的大規(guī)模生產(chǎn)要求量身定制的。
在材料領(lǐng)域中的競賽還在繼續(xù)
然而，碳纖維部件的失分并沒有讓汽車工業(yè)輕量化的倡導(dǎo)者偏離正軌。在候選材料鋼、鋁、鎂和復(fù)合材料中，汽車制造商根本沒有明確的最愛。
例如，大眾汽車的模塊化電驅(qū)動矩陣（MEB）除了高強度鋼外，還包含許多其他輕量化結(jié)構(gòu)，包括鋁制門檻板、超高強度座椅橫梁、薄型、高強度外門板、塑料后擋板和鋁制電池外殼。
在奔馳汽車公司，接近量產(chǎn)的概念車型 EQXX 也高度關(guān)注輕量化，畢竟奔馳這樣的傳統(tǒng)團隊關(guān)注的是全電動汽車在續(xù)航里程方面的優(yōu)勢。
奔馳汽車工程師們針對 EQ 系列采取的輕量化措施旨在減輕 100 kWh 電池組以及車身和內(nèi)部區(qū)域的重量。除了使用鋼材外，還有許多由鋁、鎂制成的組件以及由玻璃纖維和碳纖維增強塑料基體制成的組件和補丁。目標之一：電池體積更小、重量減輕 30%，每次充電可行駛 1000 公里。（來源：輕量化技術(shù)網(wǎng)、EV世紀、榮格等）
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