随着全球人口不断增加，对交通出行的需求也在增加。为了尽可能地保护环境，汽车轻量化设计变得至关重要，原材料需求量的迅速增加及国家政策的限制都影响着区域范围内原材料的可用性，稀缺原材料的可用性对轻量化设计方法产生了重要影响。 前言 在未来30年内，世界人口预计将增长20亿。同时，人们将迁往城市，这意味着到2050年，城市人口将从21增至63亿。在未来的城市中，交通出行将越来越集中在公共交通解决方案上，而在城市以外地区的支线交通将在很大程度上保持个性化。对于乘用车市场，这将导致多样性的增加，需要严格的成本控制，并且需要重新考虑平台和出行方法。尽管近年来为改善环境影响而采取的措施做出了重大贡献，但仍不足以实现长期气候目标，表1。 动力总成技术的每种形式都需要其自身的乘用车系统结构框架。来自不同制造商的动力总成系统将产生竞争。无论车辆是由内燃机、电动力系统还是由燃料电池动力。将内燃机驱动的车辆重量减少100kg将使燃料消耗降低0.4l / 100km。对于使用电池驱动的车辆，最多可节省5％的电能，从而相应地提高了续航里程。 稀缺汽车原材料的处理 在未来，考虑到不同的动力系统类型的同时，工程师们将比现在更专注于为每一个车辆系统寻找一种更为优化的轻量化设计方法。区域范围内的全球原材料供应将在强制采用轻量化设计的工业方法中发挥更大的作用。预测的不同汽车原材的轻量化潜力如表2所示。 图1为2030年中国汽车轻量化设计的材料分类和自身需求估计，图中展示了如何将轻质材料（例如碳纤维和镁）视为具有战略重要性、以及适当的长期专用资源 中国的钢铁、铝和镁等产品组合目前正在扩大，其中也包括碳纤维。因为中国对碳纤维的需求将远远超过2030年的全球供应量，因此从制造业的角度来看，可能会对全球市场价格产生不利影响。考虑到2025年国内需求总量为30到62kt，2030年仅汽车行业需求总量超过140kt，自有碳纤维的增长曲线需要与钢和铝的增长曲线相似。虽然这些数字中尚未包括其他仍属新兴市场，但这些市场将通过其在全球的竞争地位，大大提高汽车市场的供应量，见表3。 出于国家利益而行使轻量化设计所需的原料未来出口限制可能会对全球生产地区造成不利影响。因此，轻量化设计师需要将这些考虑到轻量化设计的一部分，并确保在最终产品中尽量少使用该稀缺的轻量化材料。多材料系统作为一种解决方案，只会产生相对于单个部件的成本而言较低的生产成本。典型的B柱示例说明了这一点，该B柱不仅重量减轻，需要组装的零件少、成本低，而且还具有显著的防撞性能优势（图2和图3）。 结论 因此，为应对未来汽车市场轻量化材料需求的快速增长，除了相应轻量化原材料的可用性外，汽车轻量化设计师还需要深入了解掌握如何使用仿生方法将质量最小化、基于负载路径进行多材料设计、针对生产和运营中的能源消耗进行成本评估以及作为开发中系统整体元素的经济回收。