研究背景与目标
本研究由美国国家科学院工程与技术学院（NASEM）委托，旨在分析2025-2035年车型年车辆质量降低问题。研究目标包括：
- 描述2025-2035年期间车身白车身和封闭材料应用的转换机会。
- 估算MY2025、MY2030、MY2035每个细分市场的减重机会。
- 为每种车型创建可能的材料渗透场景。
- 估算减重机会的增量成本。
研究方法
研究基于2020年美国轻型车队的基准材料技术，分析了33款最畅销的车辆，并参考了车辆维修手册、行业访谈和文献资料。研究重点关注车身白车身和封闭部分，以实现主要的减重机会。
基线材料技术分析
2020年款车队的材料技术比2016年款基准车型轻约5%，但实际世界中的空载重量减少远低于5%。主要原因是车辆尺寸增加抵消了部分减重效果。分析显示，73%的车辆在2016型年（MY2016）之后进行了重新设计，预计到2025型年（MY2025），基线车队中有40%的车辆将进行重新设计。
汽车制造商访谈总结
- 轻量化是未来车辆材料选择的重要决策因素，但重要性取决于成本、供应链、可持续性等因素。
- 电池能量密度和电池成本是影响减重目标的关键因素，预计将降低轻量化的重要性。
- 车辆改款周期、可持续性目标和技术发展也将影响轻量化策略。
- 关闭部分是首要的减重目标，其次是白车身（BIW），然后是未悬置质量、内部组件和动力系统。
材料减重潜力
- 镁和聚合物复合材料具有显著的减重潜力，分别可减轻60-70%和30-70%的重量。
- 钢材、铝合金和碳纤维复合材料也具有减重潜力，分别可减轻25-35%、30-60%和40-55%。
材料成本与制造成本
- 钢材成本相对稳定，预计每公斤0.70-1.00美元。
- 铝合金成本预计每公斤2.135-2.745美元。
- 碳纤维复合材料成本预计每公斤9-15美元，并有望通过技术进步降低。
- 镁成本预计每公斤4.62-4.85美元，并有望下降。
材料路线图与增量成本
- 研究创建了四种情景，分别对应不同的电气化程度和电池成本：
- 情景一：低电气化，电池技术未进步。
- 情景二：高电气化，电池技术未进步。
- 情景三：高电气化，电池成本显著下降。
- 情景四：实际中不太可能实现的高电池密度。
- 单车车辆和车身框架车辆分别对应不同的材料路线图和成本惩罚。
- 成本惩罚随着减重水平的增加而增加，碳纤维复合材料的成本惩罚最高。
现实世界中的挑战
- 制造业技术、材料合格、全球平台、物料可用性、成本与收益、孤立资本、部分故障风险、消费者需求和可持续性等因素都会影响轻量化策略的实施。
- 汽车制造商需要在轻量化与NVH要求之间寻求平衡。
研究结论
- 未来车辆材料分布将更多地因豪华车型与大众市场车型而异。
- 钢材和铝合金将继续是主要材料，但新一代钢材和铝合金将得到更广泛的应用。
- 聚合物复合材料在高性能车辆中可能成为主流材料，但成本降低是关键。
- 镁的应用将有限，主要限于BIW的非暴露部分和封闭部件。
- 轻量化成本较高，汽车制造商将根据具体情况选择材料和技术。
