Jalan Praktis Menuju Mobil Ringan

Mobil adalah artefak teknologi yang menentukan abad kedua puluh. Keakrabannya, bagaimanapun, memungkiri kompleksitasnya. Bukanlah hal yang mudah untuk merancang mobil yang cepat dan bertenaga namun tetap nyaman dan aman—dan tetap terjangkau. Faktor dalam beberapa kendala lagi - daya tahan, kemudahan perbaikan, ruang yang cukup untuk beberapa anak dan anjing keluarga, dan catu daya yang cukup untuk jendela listrik, AC, pemutar CD, dan kursi berpemanas - dan tantangannya menjadi jelas . Tepatnya karena mobil telah menjadi bagian integral dari kehidupan kita, ekspektasi konsumen menetapkan serangkaian tujuan desain yang tangguh dan seringkali bertentangan.



Selama 25 tahun terakhir, pembuat mobil menghadapi tekanan yang semakin besar untuk memasukkan tujuan lingkungan ke dalam desain mereka juga. Secara khusus, konsumen dan pemerintah federal telah mendorong perbaikan dalam penghematan bahan bakar sebagai cara untuk menghemat minyak dan mengendalikan polusi. Industri otomotif telah merespons: jarak tempuh rata-rata mobil baru naik dari 14,2 menjadi 28,2 mil per galon antara tahun 1974 dan 1995.

Kini tekanan publik untuk meningkatkan penghematan bahan bakar kembali meningkat, sebagian karena kekhawatiran terhadap prospek perubahan iklim global. (Mobil menyumbang sekitar seperempat dari emisi karbon dioksida, penyumbang utama efek rumah kaca.) Kunci untuk meningkatkan ekonomi bahan bakar kendaraan adalah pengurangan berat: semakin kecil kendaraan, semakin sedikit daya yang dibutuhkan untuk berakselerasi dan semakin sedikit energi untuk mempertahankan kecepatan tetap. Secara tradisional, industri otomotif telah mengurangi berat terutama dengan perampingan, sebuah strategi yang telah berhasil memotong berat mobil biasa dari 3.500 pon menjadi 2.500 pon selama 20 tahun terakhir. Hari ini, strategi itu telah mencapai batasnya. Perbaikan substansial hanya akan mungkin dilakukan melalui pendekatan baru: membuat bodi mobil dari bahan ringan, bukan baja karbon dasar.





Meskipun bodi hanya menyumbang sekitar sepertiga dari berat mobil, mengurangi bobot bodi adalah syarat mutlak dari mobil yang ringan dan hemat bahan bakar. Mobil dengan bodi yang lebih ringan dapat menggunakan mesin yang lebih ringan, suspensi yang tidak terlalu masif, dan struktur yang tidak terlalu rumit. Penghematan berat sekunder ini secara kasar dapat menggandakan keuntungan: untuk setiap 10 pon yang dihemat dengan mengurangi berat badan, 10 pon lainnya dapat dihemat dengan mengecilkan bagian lain dari mobil.

Terlebih lagi, banyak teknologi baru yang dirancang untuk meningkatkan penghematan bahan bakar hanya dapat dilakukan untuk mobil yang jauh lebih ringan daripada mobil saat ini. Mesin mobil, misalnya, harus menyeimbangkan tujuan efisiensi (energi per jarak yang ditempuh) dan tenaga (gaya yang dibutuhkan untuk mempercepat mobil). Mesin pembakaran internal efisiensi tinggi, mesin listrik, atau mesin hibrida yang menggabungkan keduanya jauh lebih bertenaga daripada mesin konvensional dan akan mencapai tingkat kinerja yang sebanding hanya dengan kendaraan yang jauh lebih ringan. Mengurangi massa bodi sangat penting untuk menciptakan sinergi antara bobot yang ringan dan teknologi mesin baru.

Pada tahun 1993, sebuah makalah yang sangat berpengaruh oleh analis energi Amory Lovins dari Rocky Mountain Institute menyarankan bahwa pembuat mobil besar (atau siapa pun yang memiliki keberanian) dapat menggunakan bahan dan teknologi yang ada untuk menghasilkan kendaraan yang sangat ringan dan sangat hemat bahan bakar. Supercar yang dia bayangkan akan menggabungkan plastik ringan, kontrol terkomputerisasi, dan pembangkit listrik hibrida-sistem tenaga yang akan menggabungkan mesin panas tradisional dan motor listrik, seperti lokomotif modern. Beratnya kira-kira 1.000 pon dan mencapai lebih dari 150 mil per galon-namun tetap mempertahankan fitur keamanan dan kenyamanan mobil masa kini.



Lovins menunjukkan, dengan benar, bahwa bahan dan teknologi yang memungkinkan sebuah supercar pada dasarnya tidak sesuai dengan desain, manufaktur, dan proses organisasi di sekitar industri otomotif yang terstruktur. Karena itu, dia berpendapat bahwa hanya revolusi dalam industri yang akan menghasilkan supercar; upaya untuk meningkatkan penghematan bahan bakar dan kinerja melalui adopsi tambahan bahan dan teknologi baru akan memakan biaya terlalu banyak dan hasil terlalu sedikit.

Konsep supercar menarik banyak perhatian di kalangan pemerhati lingkungan, pemimpin industri otomotif, dan pembuat kebijakan dan bahkan membantu menginspirasi aliansi yang tidak biasa - meskipun tujuannya agak jauh dari Lovins. Pada tahun 1994, perusahaan mobil AS dan pemerintah federal bergabung untuk meluncurkan Program untuk Kendaraan Generasi Baru, sebuah proyek penelitian dan pengembangan agresif yang bertujuan untuk menghasilkan mobil yang memenuhi standar penghematan bahan bakar tiga kali lebih tinggi dari 27,5 mil saat ini. per galon dan yang menawarkan performa dan kenyamanan mobil konvensional—dengan harga yang sama. Dengan menggabungkan sumber daya dari laboratorium nasional dan pembuat mobil utama AS, peneliti PNGV berharap untuk mengembangkan kendaraan prototipe dalam 10 tahun dan untuk memproduksi dan memasarkannya secara massal dalam waktu 20 tahun.

akurasi tes pendeteksi kebohongan

Pertanyaannya bukanlah apakah kendaraan ultra-ringan yang menawarkan perbaikan revolusioner dalam penghematan bahan bakar dapat dibangun. Pembuat mobil sudah tahu bahwa itu bisa. Pertanyaannya adalah apakah mobil seperti itu dapat dibuat terjangkau, dan jenis perubahan apa dalam industri mobil yang diperlukan untuk membawa kita lebih dekat ke tujuan itu. Secara khusus, pembuat mobil dan pendukung supercar memperdebatkan biaya dan manfaat dari dua kelas bahan yang dapat berfungsi sebagai pengganti baja ringan di badan kendaraan: aluminium, yang dapat diadopsi hanya dengan perubahan bertahap dalam desain industri dan proses manufaktur; dan plastik, yang tidak bisa.

Kelebihan dan Kekurangan Aluminium



Sebuah logam ringan 45 persen sepadat baja konvensional, aluminium telah digunakan sebagai bahan struktural utama dalam industri kedirgantaraan selama bertahun-tahun. Meskipun lembaran aluminium mahal dijual sekitar $ 1,50 per pon, dibandingkan dengan sekitar 30 sen per pon untuk lembaran baja-peneliti di industri otomotif telah mulai menyelidiki kemungkinan mengganti aluminium untuk baja di badan kendaraan.

Salah satu keuntungan utama beralih ke aluminium, dibandingkan dengan bahan ringan lainnya, adalah dapat dibentuk menggunakan banyak teknik yang telah diterapkan dalam pembuatan mobil dari baja. Dengan demikian industri dapat terus menggunakan banyak peralatan yang ada. Dan merancang untuk aluminium tidak berbeda secara drastis dari merancang untuk baja-suatu keuntungan penting dalam industri di mana para insinyur enggan bereksperimen dengan bahan yang relatif belum dicoba.

Tentu saja, fakta bahwa bodi mobil saat ini sebagian besar tidak terbuat dari aluminium menunjukkan bahwa bahan tersebut juga memiliki kelemahan. Selain lebih mahal dari baja, aluminium hanya sekitar sepertiga kaku—batasan penting dalam desain bodi mobil. Kekakuan dapat sedikit ditingkatkan dengan mengubah geometri desain (bentuk melengkung lebih kaku daripada yang datar), tetapi ini bermasalah dalam industri di mana bentuk dan gaya merupakan konsep penjualan yang penting. Solusi yang lebih mudah adalah membuat panel bodi aluminium datar—spakbor, kap mesin, dan pintu lebih tebal daripada panel baja untuk memastikan kinerjanya sama baiknya. Ini membebankan biaya material yang lebih tinggi, bagaimanapun, dan mengimbangi keuntungan berat sampai batas tertentu.

Masalah lain adalah konduktivitas listrik yang tinggi dari aluminium, yang membuat pengelasan titik sulit. Pengelasan titik adalah metode standar untuk merakit bodi mobil baja. Dua bagian yang disambungkan dijepit di antara dua elektroda dan arus listrik dialirkan, sehingga memanaskan kedua bagian pada titik kontak, yang mengarah pada ikatan difusi. (Logam tidak benar-benar meleleh, karena ini akan mengurangi kinerja material dan menyebabkan korosi dan kegagalan bagian.)

Karena aluminium menghantarkan panas lebih baik daripada baja, dibutuhkan lebih banyak listrik dan elektroda yang lebih besar untuk membuat logam cukup panas untuk mengikat. Dan karena elektroda tetap bersentuhan dengan aluminium lebih lama saat arus diterapkan, atom aluminium lebih cenderung berdifusi ke dalam elektroda, memperpendek masa pakainya. Oleh karena itu, kendaraan aluminium mungkin akan bergantung pada teknik perakitan alternatif, termasuk pengelasan jahitan (di mana strip logam cair diterapkan kurang lebih seperti lem), perekat, dan pengencang mekanis.

Unibody versus Bingkai Luar Angkasa

Tantangan yang dihadapi industri otomotif adalah bagaimana merancang mobil aluminium untuk menangkap kelebihan material dan meminimalkan kerugian. Ada dua kemungkinan yang bersaing: unibody, kependekan dari unitized body, desain yang digunakan untuk mobil baja; atau desain rangka ruang, pada dasarnya struktur rangka besar yang dilapisi kulit tipis.

Dalam unibody, panel bodi kendaraan disatukan untuk membentuk struktur cangkang. Hal ini membuat efisiensi penggunaan panel bodi dengan kekakuan tinggi. Meskipun aluminium tidak sekaku baja, jika panel dibuat cukup tebal dan teknik penyambungan yang tepat digunakan, desain unibody akan cocok dengan bahan ini.

Namun, desain unibody menimbulkan dua masalah terkait. Pertama, relatif sulit (dan karenanya mahal) untuk membuat permukaan yang rumit, seperti potongan atau lekukan yang rumit, dari panel bodi logam yang relatif kaku. Jika desainer mencoba untuk menghindari masalah ini dengan menggunakan bahan yang lebih mudah untuk dibentuk, masalah kedua muncul: karena unibody memperoleh sebagian besar kinerja strukturalnya dari cara bagian-bagiannya dipasang, bagian-bagian itu harus terdiri dari bahan yang dapat dengan mudah disambungkan. . Tanpa cara yang murah untuk mengikat dua bahan yang berbeda satu sama lain, desain unibody pada dasarnya mengharuskan pembuat mobil untuk memproduksi mobil menggunakan satu kelas bahan.

Menanggapi keberatan ini, desainer sedang mengeksplorasi kerangka ruang. Dalam desain ini, struktur kendaraan pada dasarnya terdiri dari kisi-kisi rel logam, mirip dengan rangka jembatan. Kendaraan tidak mengandalkan panel bodi untuk kinerja struktural dan bahkan dapat dikendarai tanpa panel terpasang. Desain ini tidak bekerja dengan baik untuk baja, sebagian karena rel baja kompleks tidak lebih mudah dibuat daripada panel bodi baja kompleks. Saat ini konsensus di antara pembuat mobil adalah bahwa unibody adalah cara paling efisien untuk membuat kendaraan pasar massal dari baja.

Namun, kerangka ruang mendapatkan perhatian baru dari desainer yang bekerja dengan bahan alternatif, terutama aluminium. Lebih mudah untuk membuat rel kompleks dari aluminium daripada baja karena, tidak seperti baja, aluminium dapat diekstrusi-dibentuk menjadi bentuk tabung kompleks-dalam proses yang mirip dengan pembuatan pasta. Rel berongga yang diekstrusi ini bisa jauh lebih kaku daripada batang padat dengan berat setara. Ekstrusi mudah disesuaikan dengan produksi massal; itu sudah digunakan dalam skala besar untuk memproduksi bentuk konstruksi seperti bingkai jendela dan pipa. Beberapa desain untuk kendaraan ruang-frame aluminium telah dikembangkan, masing-masing menggunakan kombinasi yang berbeda dari ekstrusi, coran, dan lembaran logam. Sementara juri masih keluar, dengan kombinasi material yang tepat, space frame suatu hari nanti dapat menantang unibody dalam produksi mobil arus utama.

Apakah Aluminium Terjangkau?

Kendaraan aluminium berdasarkan salah satu desain akan membawa kita lebih dekat ke tujuan membangun mobil ringan dengan peningkatan biaya yang relatif moderat. Sebuah unibody baja khas beratnya hanya di bawah 600 pon, sedangkan unibody semua-aluminium beratnya sekitar 325 pon dan berbagai desain ruang-frame aluminium akan memiliki berat antara 285 dan 385 pon. Jadi salah satu desain dapat memotong berat badan hampir setengahnya; mesin yang lebih ringan, suspensi, transmisi, dan sebagainya dapat menggandakan jumlah pound yang dihemat. (Tentu saja, bobot dapat ditambahkan di area lain untuk mengimbangi kekurangan desain baru-misalnya, mobil yang ringan tidak dapat mengandalkan komponen strukturalnya untuk melindungi penumpang jika terjadi kecelakaan dan karenanya perlu menggunakan sistem tambahan. , seperti airbag, yang menambah bobot.)

Seberapa besar penghematan bahan bakar yang dihasilkan dengan bobot ringan saja? Mengurangi berat kendaraan sebesar 300 pon dapat meningkatkan penghematan bahan bakar sebanyak 15 persen. Ini akan meningkatkan jarak tempuh bahan bakar mobil berukuran sedang, seperti Ford Taurus, dari sekitar 22 menjadi sekitar 25 mil per galon, dan mengurangi emisi karbon dioksida (CO2) dari sekitar 410 gram CO2 per mil yang digerakkan menjadi sekitar 355. gram per mil. Penghematan bobot sekunder akan menggandakan peningkatan penghematan bahan bakar dan pengurangan emisi. Peningkatan yang lebih dramatis dalam penghematan bahan bakar akan menghasilkan penurunan proporsional dalam emisi CO2, tetapi ini akan membutuhkan tindakan yang jauh lebih drastis daripada sekadar ringan: teknologi mesin yang lebih efisien, misalnya, dan mungkin lebih sedikit ruang dan kenyamanan yang lebih sedikit daripada yang biasanya diharapkan konsumen Amerika.

Mobil aluminium ringan yang didasarkan pada salah satu dari desain ini kemungkinan akan sedikit lebih mahal daripada mobil baja saat ini jika diproduksi dalam volume besar, menurut analisis biaya oleh anggota Laboratorium Sistem Material di MIT. Pada volume produksi yang sangat rendah (kurang dari 20.000 kendaraan per tahun), rangka ruang aluminium sebenarnya lebih murah daripada unibody baja: desain rangka ruang yang paling murah akan menelan biaya sekitar .500, dibandingkan dengan .800 untuk unibody baja dan .200 untuk unibody aluminium .

Namun, volume produksi ini terlalu rendah untuk kendaraan pasar massal. Model populer seperti Ford Taurus diproduksi dalam volume 300.000 hingga 500.000. Bahkan kendaraan khusus—mobil mewah seperti Lincoln Continental—memiliki produksi antara 40.000 dan 80.000. Agar dianggap terjangkau, kendaraan ringan harus dapat diproduksi secara murah dalam jumlah banyak.

Pada volume produksi sekitar 100.000, unibody baja adalah desain termurah, dengan perkiraan biaya per unit .500. Bingkai ruang aluminium sedikit lebih mahal - desain termurah berharga sekitar $ 2.800 - sedangkan unibody aluminium berharga sekitar $ 3.600. Untuk produksi yang lebih khas sebesar 300.000, biaya unibody baja turun menjadi sekitar .400, dan unibody aluminium menjadi lebih murah daripada rangka ruang aluminium (.000 dibandingkan dengan .400).

vaksin dr b covid

Profil biaya yang berubah untuk ketiga desain tersebut dihasilkan dari perbedaan dalam proses pembuatannya. Stamping logam—proses pembuatan unibodi baja dan aluminium—lebih mampu menangkap skala ekonomi daripada ekstrusi. Akibatnya, biaya per unit dari kedua jenis unibody menurun karena diproduksi dalam jumlah yang lebih besar; perbedaan biaya antara mereka sebagian besar dijelaskan oleh perbedaan biaya bahan baku.

Bingkai ruang mengikuti pola yang berbeda. Karena biaya modal ekstrusi jauh lebih rendah daripada stamping baja, rangka ruang lebih murah daripada unibodi pada volume produksi rendah. Tetapi bagian yang diekstrusi membutuhkan penyelesaian dan perlakuan panas, yang memakan waktu. Selanjutnya, kecepatan pembentukan bagian yang diekstrusi jauh lebih lambat daripada kecepatan pembuatan bagian yang dicap. Akibatnya, biaya per unit tidak menurun secara dramatis ketika volume produksi meningkat. Volume produksi yang lebih tinggi pada akhirnya menggeser ekonomi yang mendukung unibody.

Mengingat bahwa kendaraan dengan bodi aluminium akan berharga 0 hingga ,100 lebih mahal daripada kendaraan dengan bodi baja, apakah peningkatan penghematan bahan bakar akan menutupi peningkatan biaya selama masa pakai kendaraan? Jawabannya tergantung pada berbagai faktor: berat total (dan biaya) kendaraan, efisiensi mesinnya, dan harga bahan bakar. Namun, peningkatan penghematan bahan bakar yang disebabkan oleh bodi aluminium saja akan terbayar dengan sendirinya jika harga bensin naik. Jika harga bensin tetap antara ,20 dan ,50 per galon, uang yang dihemat untuk gas tidak akan cukup untuk menutupi biaya yang lebih tinggi: biaya siklus hidup unibody aluminium yang diproduksi dalam volume 300.000 akan tetap sekitar 0 lebih dari itu dari unibody baja. Tetapi jika harga bensin naik menjadi ,30 per galon, pemilik mobil berbasis aluminium akan mencapai titik impas selama masa pakai kendaraan. Masuk akal untuk berpikir bahwa dalam keadaan ini, konsumen mungkin bersedia membayar biaya di muka yang lebih tinggi untuk mobil berbasis aluminium.

Daya Tarik Plastik

Pendukung pendekatan revolusioner, bagaimanapun, menekankan keuntungan dari plastik sebagai alternatif ringan yang lebih radikal untuk baja. Plastik lebih dari dua kali lebih ringan dari aluminium dan dapat dibentuk menjadi berbagai bentuk yang jauh lebih luas. Selain itu, peralatan yang digunakan untuk memproduksi plastik harganya jauh lebih murah daripada peralatan stamping berat yang dibutuhkan untuk membuat bagian logam. Kualitas-kualitas ini telah menarik minat para pembuat mobil sejak tahun 1960-an.

Saat ini industri telah memasukkan plastik dalam berbagai kegunaan; mereka membentuk komponen interior sebagian besar mobil, misalnya, serta penutup bemper dan spatbor. Pabrikan dan desainer juga telah menggunakan komposit polimer—plastik yang diperkuat dengan kaca atau serat karbon—di bodi mobil balap dan beberapa kendaraan yang diproduksi secara komersial. Pada 1980-an, ketika pembuat mobil mencari cara baru untuk mengurangi massa kendaraan, banyak industri mulai menyelidiki penggunaan komposit polimer untuk menggantikan baja di badan mobil.

Seperti aluminium, bahan komposit memiliki kelemahan. Untuk satu hal, mereka lebih mahal daripada bahan otomotif lainnya. Campuran resin plastik berharga antara $ 1 dan $ 10 per pon dan harga serat kaca mulai sekitar $ 1 per pon. Komposit polimer serat kaca memiliki harga yang kompetitif dengan aluminium atau baja hanya bila digunakan dalam jumlah kecil atau dalam bentuk kompleks yang sangat mahal untuk dibentuk dari logam.

Selain itu, plastik biasa memiliki kekakuan antara satu per tiga puluh dan enam puluh seperti baja, sedangkan plastik bertulang sekitar seperlima belas kaku seperti baja. Penggunaan tradisional plastik di interior mobil menangkap keuntungan dari bobot yang ringan dan kemudahan pembentukan tanpa memerlukan tingkat kekakuan yang tinggi. Unibody, bagaimanapun, harus kaku untuk bekerja secara efektif. Oleh karena itu, panel struktural yang terdiri dari plastik yang diperkuat harus jauh lebih tebal daripada panel logam, mengimbangi pengurangan berat dan meningkatkan biaya lebih jauh.

kredit pajak panel surya 2015

Komposit serat karbon telah menarik minat industri sebagai alternatif komposit serat kaca karena lebih kaku. Panel yang terdiri dari bahan-bahan ini dapat dibuat lebih tipis-dan karenanya lebih ringan-daripada rekan-rekan mereka yang diperkuat kaca. Namun, komposit serat karbon sangat mahal: harga serat karbon mulai dari per pon dan meningkat secara dramatis dengan peningkatan kekuatan dan kekakuan serat.

Unibodi berbasis polimer juga sulit untuk diproduksi. Meskipun bodi yang terbuat dari komposit yang diperkuat hanya membutuhkan sepertiga bagian dari bodi logam konvensional, bagian ini harus dibuat agar pas bersama-sama—sesuatu yang berada di luar seni perakitan saat ini. Karena resin plastik dan serat karbon berkontraksi pada tingkat yang berbeda saat mendingin, bagian-bagiannya akan melengkung dan sedikit menyusut dengan cara yang bervariasi secara tak terduga dari bagian ke bagian. Itu tidak biasa-baja berubah bentuk saat mendingin, juga-tapi bahan seperti baja bisa ditekuk dan dipelintir menjadi bentuk. Misalnya, pekerja jalur perakitan menggunakan palu kayu dan palu kayu dua kali empat untuk memastikan pintu baja mobil menggantung dengan benar dan tertutup rapat saat ditutup. Komponen plastik yang diperkuat tidak dapat berubah bentuk dalam mode ini-plastik akan pecah lebih cepat daripada bengkok-jadi tidak ada cara mudah untuk mengkompensasi sedikit ketidaksempurnaan dalam cara bagian-bagiannya pas.

Akhirnya, memproduksi kendaraan yang terjangkau membutuhkan produksi skala besar, dengan volume setidaknya 30.000 unit per tahun dan mungkin urutan besarnya lebih tinggi. Sementara komponen plastik nonstruktural dapat dengan mudah diproduksi pada skala ini, teknologi pemrosesan untuk plastik bertulang lebih cocok untuk ukuran lot ratusan atau ribuan daripada ratusan ribu. Cara termurah untuk beralih ke produksi massal bahan polimer adalah dengan mempercepat proses, membuat lebih banyak bagian dengan peralatan yang sama. Tetapi proses yang terlibat dalam pembuatan dan pembentukan bahan berbasis polimer yang diperkuat tidak terlalu sesuai dengan peningkatan skala langsung semacam ini.

Masalah kritisnya adalah pemrosesan jenis plastik ini secara inheren lambat. Bagian-bagiannya dibentuk dengan menyiapkan campuran bahan dan menunggu sampai dingin atau bereaksi secara kimia. Untuk suku cadang seukuran panel bodi mobil, proses ini bisa memakan waktu satu menit atau lebih. Sebagai perbandingan, bagian baja dapat dicap dalam waktu kurang dari 10 detik. Sulit untuk menemukan cara untuk meningkatkan laju reaksi kimia atau laju perpindahan panas-jika plastik mendingin terlalu cepat menjadi rapuh, dan jika reaksi kimia dipercepat mereka menjadi sulit dikendalikan.

Untuk membuat sejumlah besar suku cadang plastik, maka, pembuat mobil perlu membeli beberapa mesin dan menyiapkan jalur produksi paralel-langkah yang akan lebih dari mengimbangi keuntungan modal dari produksi plastik dan meningkatkan biaya administrasi. Sementara jalur produksi paralel mungkin terdengar layak secara teori, namun dalam praktiknya sangat sulit untuk dikoordinasikan. Akibatnya, pembuat mobil cenderung menghindari proses yang membutuhkan lebih dari dua jalur produksi paralel.

Ultralite=Sangat mahal

Berapa berat yang dapat dihemat oleh unibody plastik, dan berapa biayanya? Sistem polimer yang paling radikal adalah Ultralite, sebuah mobil konsep berdasarkan komposit serat karbon yang dikembangkan oleh para peneliti GM yang diberi mandat untuk mendapatkan jarak tempuh gas setinggi mungkin. Mobil, yang dibuat dengan tangan, menggabungkan berbagai teknologi hemat bahan bakar dan bobot. Meskipun mobil ini mampu melaju lebih dari 100 mil per galon, mobil ini tidak dapat dianggap sebagai prototipe untuk kendaraan pasar massal: mobil tersebut tidak memiliki ruang atau fitur keselamatan yang dianggap penting oleh sebagian besar konsumen dan tidak pernah diuji di jalan raya atau tabrakan. . Namun demikian, dengan berat 308 pon, ini mewakili bodi mobil paling ringan yang terbuat dari bahan polimer.

Meskipun Ultralite memiliki berat yang hampir sama dengan space frame aluminium, namun akan membutuhkan biaya yang jauh lebih besar untuk diproduksi dalam volume besar. Pada volume produksi 100.000, misalnya, setiap unibody bergaya Ultralite akan berharga sekitar .400. Perkiraan ini didasarkan pada asumsi bahwa harga serat karbon akan tetap sekitar per pon. Pendukung bahan polimer berpendapat bahwa harga serat karbon akan menurun karena permintaan meningkat. Tetapi bahkan jika harga serat karbon turun menjadi per pon—tren yang tidak kami perkirakan, karena produksi serat karbon belum tentu sesuai dengan skala ekonomi—unibody plastik akan tetap berharga .500, dibandingkan dengan .500 untuk baja unibody dan .800 untuk rangka ruang aluminium dengan volume produksi yang sebanding. Selain itu, pada volume produksi yang lebih tinggi, harga unibody baja atau aluminium akan turun jauh, sedangkan harga unibody padat-polimer akan turun jauh lebih sedikit, menjadikannya pilihan yang bahkan lebih ekonomis.

Tidak mungkin bahwa peningkatan penghematan bahan bakar yang disebabkan oleh bodi saja akan menggantikan biaya yang lebih tinggi dari bodi berbasis polimer. Dengan harga $ 1,20 hingga $ 1,50 per galon bensin, bodi Ultralite masih akan menelan biaya sekitar $ 4.500 lebih mahal daripada unibody baja atau aluminium selama siklus hidupnya. Faktanya, bodi intensif polimer yang diperkuat serat karbon masih akan menelan biaya sekitar .000 lebih mahal daripada bodi baja bahkan jika harga bensin naik menjadi ,00 per galon, seperti yang terjadi di Eropa.

Apa yang Dilakukan Produsen Sekarang

Mengingat keadaan seni manufaktur, industri mobil telah mengambil pendekatan tambahan untuk penggunaan material baru, secara bertahap mengadopsi aplikasi baru dari aluminium, polimer, dan baja canggih. Misalnya, Ford bekerja sama dengan beberapa perusahaan aluminium dalam sebuah proyek yang disebut Concept 2000 untuk memproduksi 20 hingga 40 sedan Taurus aluminium, yang sekarang sedang diuji dan dievaluasi oleh perusahaan tersebut. Kendaraan, yang menggunakan desain unibody, hanya beberapa ratus pon lebih ringan daripada rekan bajanya, terutama karena para insinyur proyek tidak mengubah powertrain atau suspensi atau mendesain ulang kendaraan untuk mencapai penghematan berat sekunder lainnya. Proyek ini dimaksudkan hanya sebagai uji kemampuan manufaktur mobil semua-aluminium, dengan tujuan mengidentifikasi perubahan dalam membentuk teknologi yang akan dibutuhkan untuk memproduksinya. Belum jelas apakah Ford menganggap eksperimen itu berhasil.

Alcoa dan Audi telah berkolaborasi dalam Audi A8, sedan mewah berbasis aluminium space frame yang diproduksi dengan volume rendah dan dipasarkan di Eropa. Sebagian besar penghematan berat yang diperoleh dengan penggunaan aluminium dibatalkan oleh perlengkapan yang dimaksudkan untuk meningkatkan daya tarik mobil di pasar kelas atas. Kendaraan itu, bagaimanapun, menunjukkan kelayakan desain yang menggunakan ekstrusi dan coran aluminium serta lembaran tempa yang digunakan di panel.

Industri otomotif juga berusaha mengembangkan teknik produksi untuk menempatkan plastik pada kendaraan yang diproduksi secara massal (terutama lini mobil Saturn GM), tetapi bahkan di sini komponen plastik bukanlah elemen struktural penting dari kendaraan. Semua Saturnus, misalnya, menggunakan panel bodi plastik untuk menutupi rangka ruang baja. Karena tidak memiliki peran struktural, panel tidak dibuat dari komposit yang diperkuat tetapi dari plastik biasa, yang dapat diproduksi dalam jumlah ratusan ribu. Pilihan bahan tidak terlalu ditentukan oleh pertimbangan berat daripada kosmetik: panel plastik memberikan bentuk khas pada kendaraan dan menahan penyok dan goresan. Faktanya, penghematan berat yang dicapai dengan penggunaan panel plastik setidaknya sebagian diimbangi oleh kebutuhan untuk menggunakan lebih banyak baja pada komponen struktural untuk mempertahankan tingkat kinerja yang diharapkan.

Pembuat mobil telah menemukan bahwa, dengan upaya agresif, mereka dapat menggantikan polimer untuk baja dalam beberapa aplikasi nontradisional utama, seperti atap, kap mesin, panci lantai, dan dudukan mesin, tetapi banyak juga yang menemukan bahwa biayanya terlalu tinggi dan penghematan berat tidak mengesankan. GM juga telah bereksperimen dengan komposit serat kaca pada panel bodi van APV-nya selama beberapa tahun, tetapi baru-baru ini menyimpulkan bahwa bahan tersebut terlalu mahal. Perusahaan berencana kembali menggunakan baja.

Sementara mereka terus bereksperimen dengan polimer yang diperkuat serat kaca di kendaraan pasar khusus-platform yang mapan untuk inovasi-pembuat mobil tampaknya telah memutuskan bahwa bahan ini tidak berguna dalam aplikasi dengan volume produksi lebih dari 80.000, karena pada volume ini manfaatnya tidak membenarkan biaya. Selain itu, tampaknya industri sudah menggunakan plastik di sebagian besar aplikasi yang paling sesuai dengan kekuatan material. Substitusi lebih lanjut dari plastik untuk baja akan jauh lebih sulit untuk dilakukan, karena ini adalah kegunaan yang secara khusus memanfaatkan sifat-sifat logam.

Bahan lain yang mungkin berperan dalam perubahan bertahap adalah baja berkekuatan tinggi. Ketebalan bagian baja yang digunakan dalam mobil biasanya ditentukan oleh tingkat kekakuan yang mereka butuhkan, tetapi dalam sekitar 20 persen aplikasi, sifat penting adalah kekuatan. Misalnya, balok di setiap pintu mobil melindungi penumpang jika terjadi kecelakaan. Paduan baja baru berkekuatan tinggi dua hingga tiga kali lebih kuat dari baja karbon konvensional, sehingga balok yang terbuat dari material baru dapat memiliki berat setengah hingga sepertiga dari balok yang digunakan di pintu mobil saat ini. Sejumlah perusahaan baja yang berbasis di berbagai negara telah menyewa Porsche Engineering Services untuk menghasilkan desain bodi yang menggabungkan semua potensi aplikasi baja ringan. Mereka memperkirakan bahwa bodinya dapat berbobot 10 hingga 20 persen lebih ringan daripada unibodi baja konvensional, dengan biaya hingga 15 persen lebih tinggi.

Program untuk Kendaraan Generasi Baru, sementara itu, sedang menyelidiki potensi penggunaan baja canggih, plastik, dan aluminium, serta bahan eksotis dan mahal seperti magnesium dan titanium. Pada tahap awal ini, para peneliti mencoba mengidentifikasi teknologi yang dapat menjadi platform untuk kendaraan canggih yang terjangkau. Mereka tampaknya memfokuskan upaya mereka pada konsep mesin diesel-listrik hibrida, misalnya, dan pada aluminium sebagai bahan dominan untuk aplikasi struktural (walaupun kendaraan pasti akan menggabungkan berbagai bahan canggih untuk kegunaan lain.) Apakah atau bukan program yang akhirnya berhasil mengembangkan kendaraan yang terjangkau-dan ada gemuruh yang diyakini orang dalam tidak akan berhasil-upaya akan memberikan pengalaman berharga industri otomotif dengan bahan dan teknologi baru.

Berkonsentrasi pada Apa yang Dapat Kita Lakukan

Apa pun strategi yang diadopsi industri, kendaraan yang terbuat dari bahan ringan jelas akan lebih mahal daripada mobil konvensional saat ini. Ekonomi bahan bakar kendaraan ini juga akan bergantung pada lebih banyak daripada beralih ke bahan ringan; keuntungan yang signifikan akan membutuhkan perubahan dalam harapan konsumen. Mengingat asumsi kami tentang seberapa lapang mobil seharusnya, seberapa cepat ia harus berakselerasi, seberapa cepat ia harus melaju, dan seberapa nyamannya untuk dikendarai, sulit untuk membuat mobil jauh lebih ringan daripada, katakanlah, all-aluminium. Taurus yang masih menjadi kendaraan yang paling banyak ingin dibeli konsumen saat ini.

Namun demikian, momok supercar menghantui perdebatan tentang pemanasan global yang disebabkan oleh karbon dioksida dan memberi tekanan publik bagi pemerintah untuk mengamanatkan reformasi yang lebih radikal. Jika kita dapat membuat raket tenis yang lebih baik dari Kevlar, demikian argumennya, mengapa kita tidak dapat membuat mobil yang lebih baik dari bahan yang sama? Salah satu jawabannya adalah: meskipun konsumen mungkin bersedia membayar tiga kali lipat untuk raket tenis komposit canggih mereka, mereka tidak mungkin bersedia (atau mampu) membayar harga premium yang sama untuk mobil komposit canggih.

Supercar seperti yang dibayangkan oleh Program untuk Kendaraan Generasi Baru—yang mencapai 80 mil per galon, mempertahankan tingkat kenyamanan yang sama, dan biaya yang sama dengan mobil masa kini—adalah di luar kemampuan kami saat ini dan dalam waktu dekat. Dua dari tiga tujuan ini dapat dicapai hari ini, tetapi menyatukan ketiganya akan membutuhkan terobosan teknologi besar. Dengan demikian, tidak praktis bagi industri untuk membuang desain dan teknologi mobil saat ini untuk mengejar angan-angan teknologi ini.

berita peretasan terbaru 2021

Karena kami tidak dapat memproduksi secara massal bodi kendaraan berbasis polimer ultra-ringan yang terjangkau, kami harus berkonsentrasi pada apa yang dapat kami lakukan. Misalnya, kita dapat membuat bodi aluminium yang berkinerja sebaik alternatif baja tetapi hanya sedikit lebih mahal. Penerapan bertahap dari spektrum luas teknologi material canggih yang tersedia saat ini dapat menghasilkan manfaat nyata dalam efisiensi, utilitas, dan kinerja tanpa menimbulkan biaya yang tidak dapat didukung. Meskipun relatif tidak menarik dan tidak menarik, strategi tambahan untuk pengurangan berat kendaraan adalah satu-satunya pendekatan yang kredibel untuk memulai transisi ke kendaraan yang ekonomis dan hemat bahan bakar.

bersembunyi

Teknologi Aktual

Kategori

Tidak Dikategorikan

Teknologi

Bioteknologi

Kebijakan Teknologi

Perubahan Iklim

Manusia Dan Teknologi

Bukit Silikon

Komputasi

Majalah Berita Mit

Kecerdasan Buatan

Ruang Angkasa

Kota Pintar

Blockchain

Cerita Fitur

Profil Alumni

Koneksi Alumni

Fitur Berita Mit

1865

Pandangan Ku

77 Jalan Massal

Temui Penulisnya

Profil Dalam Kemurahan Hati

Terlihat Di Kampus

Surat Alumni

Berita

Pemilu 2020

Dengan Indeks

Di Bawah Kubah

Pemadam Kebakaran

Cerita Tak Terbatas

Proyek Teknologi Pandemi

Dari Presiden

Sampul Cerita

Galeri Foto

Direkomendasikan