تخفيف وزن السيارات باستخدام المواد المركبة المتقدمة

مع التطور السريع لصناعة سيارات الطاقة الجديدة (NEV) والتوجه نحو تحقيق أهداف "الحد من الانبعاثات الكربونية" الوطنية، أصبح خفض استهلاك الطاقة وتقليل الانبعاثات وزيادة مدى السيارات الكهربائية من الأولويات الأساسية للابتكار في صناعة السيارات. ويمكن لخفض وزن السيارة بنسبة 10% أن يقلل من استهلاك الوقود. 6%–8% وزيادة مدى قيادة السيارات الكهربائية عن طريق 5%–10% . لذلك، تخفيف وزن السيارات تُعد هذه إحدى أكثر الاستراتيجيات فعالية لتحسين كفاءة الطاقة وأداء المدى.

دور المواد المركبة في تخفيف وزن السيارات

المواد المركبة تُعرف هذه المعادن بقوتها النوعية العالية، وكثافتها المنخفضة، وصلابتها الفائقة، ومرونتها التصميمية العالية، وهي تحل بشكل متزايد محل المعادن التقليدية في المركبات الحديثة. وتُستخدم على نطاق واسع في هياكل السيارات، وأنظمة الشاسيه، والتصميمات الداخلية، ومكونات مجموعة نقل الحركة، وأنظمة بطاريات السيارات الكهربائية مما يؤدي إلى تسريع تحول الصناعة نحو نموذج تصنيع فعال ومنخفض الكربون وطويل الأمد.

مزايا الأداء الخفيف

المواد المركبة الشائعة في صناعة السيارات - بما في ذلك CFRP (مركبات ألياف الكربون) ، GFRP (مركبات الألياف الزجاجية) ، و مركبات ألياف البازلت —تقدم مزايا كبيرة:

• الكثافات فقط ربع إلى ثلث من الفولاذ و ثلثا الألومنيوم
• قوة نوعية أعلى من الفولاذ بمقدار 5-6 مرات و أعلى من الألومنيوم بمقدار 3-4 مرات
• تقليل وزن المكونات: 30%–60%
• تخفيض الوزن الإجمالي للمركبة: 10%–30%

توفر المواد المركبة أيضًا أداءً متميزًا مقاومة الإجهاد، ومقاومة التآكل، وتخميد الاهتزازات، وأداء الضوضاء والاهتزازات والخشونة (NVH). مما يقلل تكاليف الصيانة ويحسن راحة القيادة.

تطبيقات تخفيف الوزن في أنظمة المركبات الرئيسية

هيكل السيارة ومكوناتها الهيكلية

العناصر الهيكلية مثل هياكل السيارات، الأبواب، أغطية المحركات، أغطية صندوق السيارة يمكن تشكيلها باستخدام ألياف الكربون المقواة بالبوليمر (CFRP) أو ألياف الزجاج المقواة بالبوليمر (GFRP)، مما انخفاض الكتلة بنسبة 35%–50% مع تحسين الديناميكا الهوائية والصلابة. مثال: سيارة كهربائية صغيرة الحجم مزودة بهيكل من ألياف الكربون المقوى بالبوليمر (CFRP) حققت انخفاض بنسبة 22% في الوزن الإجمالي و زيادة بنسبة 18% في مدى القيادة .

تخفيف وزن الهيكل ومجموعة نقل الحركة

تُقلل أذرع التعليق وأعمدة الدفع ومحاور العجلات المصنوعة من المواد المركبة من الكتلة غير المعلقة وتُحسّن الأداء الديناميكي. ويمكن لأعمدة الدفع المصنوعة من ألياف الكربون أن تُوفر انخفاض الوزن بنسبة 40% و كفاءة نقل أعلى بنسبة 5%–8% .

تخفيف وزن حزمة بطارية السيارة الكهربائية

أغلفة حزم البطاريات مصنوعة من مركبات الإيبوكسي المقواة بالألياف الزجاجية انتهى العرض انخفاض الوزن بنسبة 50% بالمقارنة مع الفولاذ، يتميز هذا المنتج بمقاومة فائقة للهب والصدمات والماء. وعند دمجه مع صواني بطاريات مركبة، ينخفض استهلاك الطاقة في النظام ويزداد مدى السيارة الكهربائية.

تخفيف وزن المقصورة الداخلية

تُستخدم المواد المركبة على نطاق واسع في إطارات المقاعد، وحوامل لوحة العدادات، والوحدات الداخلية للأبواب ، تحقيق انخفاض الوزن بنسبة 25٪ - 40٪ يمكن أن تكون إطارات المقاعد المركبة أخف بنسبة 50% يمكن أن تصل حوامل لوحة العدادات المصنوعة من مادة PP-GF إلى مسافة أكبر من الفولاذ؛ أخف بنسبة 30% أوزان وتحسين عزل الصوت.

الاتجاهات المستقبلية: خفض التكاليف والتصنيع المتقدم

تطورات تكنولوجيا المواد

تساهم الابتكارات مثل الألياف الهجينة والراتنجات المعدلة والحشوات النانوية والمركبات الحيوية/القابلة لإعادة التدوير في تحسين الأداء مع تقليل التكلفة.

تقنيات المعالجة المتقدمة

تتيح تقنيات التشكيل والقولبة من الجيل التالي - HP-RTM (قولبة نقل الراتنج عالي الضغط)، و AFP (وضع الألياف الآلي)، والطباعة ثلاثية الأبعاد للمواد المركبة - الإنتاج الضخم الفعال للأجزاء المركبة.

اتجاه انخفاض التكلفة

من المتوقع أن تنخفض تكاليف المواد المركبة بنسبة 30%–50% خلال السنوات الخمس إلى العشر القادمة مما يتيح استخداماً أوسع في المركبات متوسطة المدى والمركبات الاقتصادية. وبالاقتران مع تقنيات الاستشعار الذكي والتوائم الرقمية، ستعزز مراقبة دورة الحياة الكاملة الموثوقية والسلامة بشكل أكبر.

خاتمة

أصبحت المواد المركبة العامل الأساسي في مجال تخفيف وزن السيارات. يُعيد اعتمادها على نطاق واسع تشكيل صناعة السيارات، إذ يُحسّن كفاءة الطاقة والأداء الهيكلي ومدى قيادة السيارات الكهربائية. ومع تطور التقنيات، ستواصل المواد المركبة دعم انتقال الصناعة نحو التنمية المستدامة عالية الجودة ومنخفضة الكربون، بما يُسهم في تحقيق أهداف خفض الانبعاثات الكربونية العالمية.