Les matériaux légers transforment le futur design automobile

Qu'est- ce qui permet aux automobiles de parcourir de plus longues distances en économisant de l'énergie et en réduisant les émissions?De la naissance du modèle T de Ford aux véhicules à énergie nouvelleL'innovation en matière de matériaux reste le moteur principal du progrès de l'industrie automobile.et les plastiques dans la conception de carrosseries automobiles tout en analysant les matériaux et technologies de traitement connexes.

Dans la vague d'innovation technologique automobile continue, les matériaux jouent un rôle crucial.Ce n'est que par des techniques de traitement sophistiquées que les matériaux peuvent être transformés en composants automobiles fonctionnels.Un véhicule à moteur à combustion interne classique est généralement constitué de dizaines de milliers de pièces.La demande de matériaux de pointe continue de croître dans l'industrie, conduisant à l'émergence de nouvelles solutions de matériaux.

Selon les premières données d'enquête de l'Association japonaise des constructeurs automobiles (JAMA), le ratio de composition des matériaux automobiles a subi des changements depuis la crise pétrolière.Matériaux d'acier, y compris les plaques d'acierLa proportion de l'acier de construction, de l'acier inoxydable et de la fonte a légèrement diminué, passant d'environ 80% à environ 70%.L'acier reste le matériau dominant dans la fabrication automobileParallèlement, l'utilisation de l'aluminium et des plastiques a montré une tendance à la hausse, l'aluminium et les autres métaux non ferreux représentant environ 8% et les plastiques atteignant des niveaux similaires.Bien que les données de JAMA ne portent qu'à 2001, selon les estimations de l'industrie, les matières plastiques représentent aujourd'hui près de 10% des matériaux automobiles.obtenu principalement en remplaçant l'acier traditionnel par des alternatives en aluminium et en plastique.

Ainsi, l'acier, l'aluminium et les plastiques forment les trois piliers des matériaux de construction automobile.vitres de sécurité pour pare-briseLes matériaux utilisés dans les automobiles modernes sont les ceramiques pour les capteurs et le platine pour les convertisseurs catalytiques, qui constituent des composants essentiels.Le développement de l'automobile conduit simultanément à l'optimisation des matériaux existants et à la recherche de nouveaux.

Au cours des années 1980, les matériaux céramiques ont attiré l'attention en tant que "troisième matériau" après les métaux et les plastiques, principalement en raison de leur résistance à haute température supérieure par rapport aux alliages métalliques.Une innovation révolutionnaire est apparue en 1985 lorsque le modèle Nissan Fairlady Z a incorporé un rotor de turbocompresseur en céramique au nitrure de siliciumAvec une densité de seulement 3,2 g/cm3, nettement inférieure à celle de l'alliage Inconel (8).5 g/cm3) couramment utilisé pour les pales de turbine à l'époque, ce matériau réduit considérablement le poids du rotor et améliore la réactivité du moteur.

Les vannes de moteur en céramique au nitrure de silicium ont également fait l'objet de recherches approfondies et ont atteint le stade des essais de prototypes.La technologie de broyage de ce matériau de haute dureté, un contrôle de qualité particulièrement rentable, est devenue un défi technique critique.Les céramiques jouent également un rôle essentiel dans les applications environnementales: la céramique de zirconium dans les capteurs d'oxygène des véhicules à essence,céramiques de cordierite dans des substrats de convertisseur catalytique, et les céramiques au carbure de silicium dans les filtres à particules diesel (DPF) pour la purification des gaz d'échappement.

Les DPF, mis en œuvre pour la première fois dans la Peugeot 607 de 2000, capturent les particules (PM) des gaz d'échappement diesel à l'aide de structures en nid d'abeille avec des parois poreuses.Cette technologie nécessite un contrôle précis des dimensions des micropores et des techniques avancées de traitement du nid d'abeilleUne unité DPF typique d'un véhicule de tourisme pèse 3 à 6 kg, ce qui augmente inévitablement le poids total du véhicule.

La légèreté des véhicules vise principalement à réduire la consommation de carburant et à améliorer les performances dynamiques.L'amélioration de l'efficacité énergétique est devenue particulièrement critiqueIl existe plusieurs approches pour réduire la consommation de carburant, notamment l'optimisation de la combustion du moteur, la réduction des pertes de frottement, l'amélioration de l'efficacité de la transmission de puissance, l'amélioration de l'efficacité de la combustion, l'amélioration de l'efficacité de la combustion, l'amélioration de l'efficacité de la combustion et l'amélioration de l'efficacité de la combustion.diminution de la résistance aérodynamique et au roulement, et de réduire le poids du véhicule. Parmi ces mesures, la légèreté est l'une des plus cruciales.La légèreté de la carrosserie s'avère essentielle pour l'économie de carburant.Pour les véhicules électriques, la réduction de poids augmente également l'autonomie.

Considérons une berline de 2,0 litres avec un poids de 1214 kg: sa carrosserie en acier pèse 343 kg, comprenant une carrosserie en blanc de 261 kg (cadre structurel) plus 82 kg pour les portes et les capots.la carrosserie représente environ 30% du poids total du véhiculeEn comparaison, le moteur pèse 141 kg, dont un bloc de cylindres en fonte de 41 kg.Le remplacement par de l'aluminium réduit le poids de 15 kg..

La miniaturisation des composants offre une autre approche importante en matière de légèreté.amélioration de la sécurité en cas de collisionLa miniaturisation améliore également la flexibilité de la conception du corps.Un véhicule léger contemporain (poids de freinage 718 kg) est équipé d'une carrosserie de 206 kg, conservant un rapport poids-carrosserie similaire à celui du véhicule 2Sédane de 0,0 litre (voir tableau 1).

Les carrosseries automobiles représentent certaines des structures de véhicules les plus grandes et les plus complexes, ce qui en fait des cibles privilégiées pour le léger.La conception de la carrosserie doit satisfaire à de multiples exigences de performance, y compris la résistanceLa résistance à la corrosion, les performances NVH (bruit, vibration et dureté) et la sécurité en cas de collision ne sont pas compromises par les efforts de réduction du poids.

L'acier à haute résistance (HSS) est un matériau de légèreté essentiel.Aciers à haute résistance avancée (AHSS) ◄ y compris les aciers à double phase (DP)Les aciers de la transformation induite par la plasticité (TRIP), des aciers à phase complexe (CP) et des aciers martensitiques (MS) présentent des applications automobiles de plus en plus répandues.Ces matériaux offrent une résistance plus élevée et une meilleure formabilité pour des matériaux plus légers., des structures corporelles plus sûres.

Le dernier modèle d'un constructeur d'automobiles utilise un système AHSS étendu pour réduire de 15% le poids du corps tout en améliorant la rigidité et la sécurité en cas de collision.L'acier formé à chaud renforce également couramment les composants structurels critiques tels que les piliers A et B pour améliorer la résistance aux chocs.

Les alliages d'aluminium fournissent une autre solution importante pour la légèreté.L'aluminium est extrêmement moldable et résistant à la corrosion, ce qui facilite les processus de fabricationLes applications actuelles couvrent les panneaux de carrosserie, les composants structurels, les systèmes de suspension et les pièces du moteur.

L'Audi A8 est un exemple de construction de carrosserie entièrement en aluminium, atteignant une réduction de poids d'environ 40% par rapport aux carrosserie en acier conventionnels.Le modèle S de Tesla utilise également largement l'aluminium pour réduire le poids et étendre l'autonomie.

Les matières plastiques et les composites offrent des voies supplémentaires d'allégement, leur densité nettement inférieure par rapport aux métaux permettant des économies de poids significatives.l'excellente flexibilité de conception et la résistance à la corrosion conviennent aux composants aux formes complexesLes applications actuelles incluent les pare-chocs, les ailes, les panneaux de garniture de porte et les panneaux d'instruments.

Les composites en fibres de carbone sont des matériaux légers de haute performance avec une résistance et une rigidité exceptionnelles.leur utilisation dans les véhicules haut de gamme comme les BMW i3 et i8 continue de s'étendre.

• Aciers à haute résistance et à haute ductilité:La prochaine génération d'AHSS permettra des structures de corps plus légères et plus sûres.
• Alliages d'aluminium à moindre coût:L'avancement des technologies de production élargira les applications de l'aluminium.
• Composites à haute performance:La fibre de carbone et les matériaux similaires seront largement adoptés.
• Hybridation à plusieurs matériaux:Les futurs corps combineront des matériaux pour optimiser la légèreté.

La légèreté de l'automobile constitue un défi d'ingénierie systématique nécessitant des progrès coordonnés en matière de matériaux, de conception et de fabrication.Les véhicules du futur deviendront plus légers, plus efficaces et plus durables du point de vue environnemental.