車輛工程與材料學兩學科有結合的科研熱點有哪些？

01-02

更新了發動機部分。 @neverset 在評論里清楚地提到了現狀和十二五規劃，這個討論也放上。

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謝邀。知乎是個好平台，不敢胡言亂語。放下手裡正在做的電子測試，知乎首答。

汽車幾乎涉及所有材料，其中金屬對車輛的影響最大，這裡默認題主指的是金屬類材料。

先上結論，三個字：輕量化。

車子輕了，油耗下降、排放下降、電動車續航里程增加，爽飛了。

下面從車身、傳動系、發動機三個方面，大體說說。

圖片均來自梅賽德斯賓士，如侵刪。

1.車身

上圖中，綠色部分是鋁合金。注意左邊中部的小字，可以發現：要在滿足駕駛操作剛度、良好的雜訊和振動特性、高度的碰撞安全的前提下，減輕車重。

增加鋁合金的比重，是減輕車重的共識。

從基礎材料來說，方向有：如何配置鋁合金中各金屬的比例、使用什麼樣的熱處理工藝、實現什麼樣的金相，來使合金更強、更輕。這個研究投入巨大、前途不明，一旦成功，對國內工業都是巨大的促進。

從製造工藝來說，鋁的焊接、成形，與鋼材的工藝大有不同。這個研究難度低一點，已經有成熟的產品了。

全鋁車身。

奇蹟金屬：鋁。

金屬時尚。

藝術。

上圖中，賓士寫出了為什麼要絞盡腦汁、錙銖必較地減重。

2.傳動系

上圖為雙離合變速器。

齒輪幾乎涉及任何工業行業。單從材料方面來說，使用什麼樣的合金成分、熱處理工藝、滲碳滲氮等待，來保證足夠的疲勞強度、齒面硬度、加工精度，防止發生齒根斷裂、齒面膠合等材料失效現象，都是需要解決的問題。

解決這些問題之後，才是問題的開始：如何減重。

有興趣的知友可以查查，在國內出售的所有車型中，有哪些用的是國產變速器。

遍地是差距，遍地是研究熱點。

發動機

發動機有三高：高溫、高壓、高速，工作條件十分惡劣。

賓士的V8發動機，應用了新的氣缸關閉系統。平時用四個缸，省錢；需要動力了用八個缸，有勁兒。真是機智。

缸內溫度有多高呢？下面的圖片大家感受下。這還只是排氣管的狀態。

下圖大致表示出氣缸里的壓力變化。在點火後的瞬時，壓力急劇上升。

發動機轉速指的是曲軸轉速，曲軸轉一圈，活塞往複一次。如果發動機轉速為4000r/min，那麼在一分鐘之內，每個活塞在氣缸里往複4000次。

耐高溫容易，耐高壓容易，那摩擦也容易。放在一起就不容易了。

單從材料方面講，需要材料鑄造性能好、強度高、高溫高壓下形變小、耐摩擦。還要輕。

除此之外，發動機還包括配氣系統、供油系統、潤滑系統、冷卻系統和點火系統，加上電控單元，還有燃燒室形狀、火焰燃燒形態等等，很複雜。差距不是一點半點啊。

@neverset ：

德國的汽車在做的大部分是安全性，穩定性和舒適性方面的研究。對於您說的輕量化也確實是各大汽車商的熱賣點，但是他們自身似乎並不在這方面很發力，而是靜觀其變的態度。

回復的一部分：

沒有錯，相比於輕量化，碰撞安全和NVH能為主機廠帶來更多效益。安全的重要性不言自明，雜訊和振動是消費者能直接體驗到的。在NVH方面，相對少的投入能夠獲得較好的用戶體驗。只能說輕量化的優先順序不如安全性和NVH，但不能說輕量化不重要。

十二五規劃專門寫到了新材料產業，未來的發展會以此為基礎。這裡摘錄一些你看看吧。

國務院關於印發「十二五」國家戰略性新興產業發展規劃的通知

「大力發展新型功能材料、先進結構材料和複合材料，開展納米、超導、智能等共性基礎材料研究和產業化，提高新材料工藝裝備的保障能力；建設產學研結合緊密、具備較強自主創新能力和可持續發展能力的高性能、輕量化、綠色化的新材料產業創新體系和標準體系」

「2.先進結構材料產業。以輕質、高強、大規格為重點，大力發展高強輕型合金，積極開發高性能鋁合金，加快鎂合金製備及深加工，發展高性能鈦合金、大型鈦板、帶材和焊管等。以保障高端裝備製造和重大工程建設為重點，加快發展高品質特殊鋼和高溫合金材料。加強工程塑料改性及加工應用技術開發，大力發展聚碳酸酯、聚醯胺、聚甲醛和特種環氧樹脂等。」

這是金屬材料方面的動向，規劃中的時間節點定到了2015年和2020年。

另外，從規劃來看，電子電氣和新能源汽車，也很需要材料方面的研究突破。

PS：基礎材料是我國工業的硬傷，與國外的差距，短時間內難以縮短。基礎材料的研究需要海量資金投入，一般的研究單位做不了。若題主要在汽車和材料方面跨界做研究，可以從熱處理工藝、高壓滲入氣體、製造工藝（比如鑄造、鍛造、焊接、鍍膜、衝壓等（貌似這屬於機械製造了。。不過鑄造性能、鍛造性能應該還是屬於材料））這些方面入手，資金和設備需求少一些。

PPS：我是搞車輛的，材料方面也不知道說的對不對路，歡迎指點，共同進步。

看了一下大家說的，多是車身輕量化、動力系統問題，感覺大家似乎漏了一個很重要的點，那就是——汽車用膠。雖然算不上絕對的科研重點，但也是在不斷地研究改進中。

首先提一個觀點，車身輕量化並不僅限於結構優化和替代材料，它還包括焊接工藝優化（優良的焊接手段具有減輕車重、減少環境污染等優點）、塗膠工藝及材料的優化等。

這裡只講關於汽車用膠的部分

重要性

1）汽車用膠是汽車生產中所需的一類重要的輔助材料，隨著汽車向輕量化、高速節能、安全舒適、低成本、長壽命和無公害方向發展，這類材料在汽車上的應用越來越重要；

2）2010年我國汽車產量為1800萬輛，汽車膠粘劑用量約為15.7萬噸，其中結構膠膠粘劑用量約為11.1萬噸；

3）密封膠在汽車生產中可簡化工藝，節省材料，增強構件強度，在防震隔熱、防腐、防鏽、NVH等上面都有十分重要的影響。

膠粘劑/密封膠種類較多，主要包括折邊膠粘接劑、點焊密封膠、減震膠、焊縫密封膠、抗石擊塗料、指壓膠、內飾膠等。

發展方向

1）輕體膠粘劑/密封膠

比如低密度PVC抗石擊材料、低密度PVC焊接密封膠。

普通PVC密封材料的密度為1.40克/立方厘米，而低密度PVC密封材料的密度可以達到0.9～1.0克/立方厘米，在使用相同厚度(體積)密封材料的情況下可以降低質量30%～35%。如何提高粘接強度，耐候性和耐疲勞性是重點關注方向；

2）綠色環保型粘接劑/密封膠

膠黏劑的發展方向是環保型的熱熔型、水基型和無溶劑型膠黏劑。如何解決低毒、無毒、水性、生物降解是重點關注方向；

3）「濕碰濕」型PVC密封膠

「濕碰濕」型PVC密封膠的研究由來於水性漆3C1B塗裝工藝。如何解決由於較少了塗裝過程中的烘乾次數而帶來的影響是重點關注方向。

（無機非和金屬方面研究多點，這一方面研究不是很深入，具體信息還請相關人士指正）

除此之外

有關汽車用膠取代原有車身拼接技術的研究也是十分火熱的。即，碳纖維及鋁合金的粘接技術。

這裡說的車身拼接技術是指包括鉚接、焊接、膠接、螺栓連接等等一些列拼接方法。

目前，已知採用粘接工藝的車型，多是由碳纖維打造的汽車，如BMW i3、i8。

BMW i產品的車身完全由碳纖維打造，用編織、成型、粘接工藝取代的傳統金屬車身的衝壓、焊接工藝，BMW i8和i3兩款車型的投產，標誌著寶馬集團業已成為目前唯一掌握車用碳纖維複合材料大批量生產和製造技術的廠商。
這是有史以來第一次，量產車型大規模應用碳纖維複合材料打造車身。

而關於金屬粘接的車型就比較少了，現在市面上能夠見到的比如路特斯旗下的Elise車型，該車型的車體部分是由鋁合金粘接技術製作而成。

又或者是陶氏化學汽車業務部門推出的新型碳纖維注射粘合技術——BETAFORCETM複合材料結構膠注射粘接技術。

通過這種技術，碳纖維部分能夠很好地連接嵌入到特定形狀的鋁製或者鋼製金屬框架罩中，這種結構將會用在車身車頂、隔間和懸掛件等部位，使得在保持車身重量不增加的前提下，提高汽車車艙在受到衝擊或者翻滾時的穩定性，提升汽車的扭轉剛度，從而大大地提高汽車整體的安全性能

隨著新能源汽車的興起，車身輕量化中關於碳纖維材料的研究受到了越來越多的重視，相信隨著這一技術的發展和豐富，膠接技術的使用範圍會進一步擴大。

總之，汽車用膠也是汽車與材料結合的一大重點研究方向。

正好，我本專業是車輛工程，輔以材料學。個人覺得材料學可以幫助在車輛工程的基礎上，研究零件結構的高強與耐用。我的材料學導師研究的是汽車輕金屬材料。研究方向還是很多的，可以根據興趣。

這個有很多方向啊，拋個磚，等大神回答。可以關注一些新材料在汽車上的應用，如碳纖維，鋁合金等等。一方面可以研究材料本構及相關應用在相關零件上與傳統材料的差異等等，也可以研究應用新材料的零件的製作方法。

發動機，車身，玻璃等本身就可以產出余純材料科學，並非要與汽車工程結合，只需將適宜的材料應用到汽車類就可以了。

材料與車輛工程結合，除了傳統的車身結構材料強化外，複合材料用於車身輕量化也較為常見。但不得不提的是，近年來新能源汽車產業熱潮也帶動了不少材料相關方向的發展。

比如燃料電池汽車中，雙極板，催化劑，質子交換膜等都是目前研究的熱點;純電動汽車中，動力電池作為核心部件，高性能電極材料，電解液以及隔膜等材料的研發也將是短期內非常熱門並且需求急劇增長的方向。

相關的多了去了。。像我們學校正好是材料與汽車是學校的王牌專業，最高票的回答只說到了金屬材料，而目前汽車正朝著新能源方向發展，所以和新能源材料的發展息息相關。

總的來說，目前在新能源汽車的研究主要分為燃料電池汽車和純電動汽車

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詳見燃料電池我們學校早在05年已研製出了燃料電池汽車這種汽車的關鍵技術就在於燃料電池的電極材料和氫的製備，一般材料學科稍微強點的學校應該都有人在做這方面的研究吧

純電動汽車以特斯拉為代表，國內則是比亞迪。其核心技術在於蓄電池的儲電能力，這也正好是材料學科研究的重點。

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除了新能源汽車以外，利用傳統汽車的尾氣排出的廢熱進行發電的熱電材料也是目前研究的熱點。

詳見熱電材料_百度百科

所以，材料科學與工程和車輛工程是可以結合的非常緊密的。。

車身製造方向，本科學的金屬材料。覺得自己作為一個材料人選對了方向。目前在車身輕量化領域基本有獨立研發能力的整機廠都在做。

高強度鋼，鋁合金，碳纖維複合材料這些基本都是目前研究的主要方向。鋼材，甚至高強度鋼這些研究基本都已經很成熟了，所以建議盡量向其他材料方向靠攏。

簡單提一下碳纖維複合材料在車身領域的應用，複合材料為主的車身目前還比較小眾，不過隨著將來成本的壓縮，有希望達到和鋁材接近的價格。

複合材料的車身需要研究的不光是全新的失效機理，材料的特性，還涉及到鋪層的選擇，鋪層厚度的優化，從Free-size優化到能夠達到生產要求的優化。

之前@七號-宋也提到了膠接，這種連接方式在碳纖維複合材料車身廣闊應用的情況下有比焊接鉚接等連接方式很大的優勢。也是一個可以研究的方向。之與焊接在碳纖維複合材料上也可以應用，不過前提的基體為Thermoplaste, 這個領域不懂，就不多說了。

複合材料，主要是碳纖維方面。現在汽車上好多都用複合材料了，例如保險杠

對，碳釺維在車身輕量化方面很有前途，上課時老師經常提起。其他的我也不不是很清楚。學藝不精啊！

謝邀第一次被邀請結果就來到了這麼高大上的題目

先佔坑看大拿回答等我有了一點點成績再來回答等著我！！

摺疊吧

正好我實驗室有人在做這方面的，一個是客車設計中鋼鋁結合部分的設計，有用到材料方面內容；二是汽車輕量化設計，材料方面有很大的研究前景，另外整車的NVH性能方面，都有材料學科的用武之地。

上面各位回答的，比如零部件強度優化等，都是與材料科學的交叉。

謝 @劉堯邀，倍感榮幸

首先我根據你「北京第二外國語學院市場營銷」的資料，判斷你應該是進行市場調研，而不是學術研究。那我其實沒有多少內容告訴你了。雖然自己有一大堆學術失敗的經歷，也知道找工作不易，比如：有一個博士搞汽車輕量化研究，進行鎂鋁合金車架強度模擬的工作，應聘北汽，別人不願意要博士。

但是，我覺得有一些點可以供你參考。

1、國家基金投資的項目關注什麼，這個項目中是否學校、研究機構，做出比較好的產品了？是能投入使用了，還是處於圈錢研發的階段？

2、學校和企業合作的項目有什麼，這些項目我覺得應該是企業關注的重點。

3、汽車企業招聘的人的研究方向，或者是崗位是企業關注重點。

我沒有市場調研等經歷，回答可能沒在點子上。還請見諒。

很多啊。

整車方面的話，車身輕量化，碰撞安全性，疲勞強度等等。

發動機的話，耐高溫、強度大的材料等等。

汽車輕量化材料泡沫金屬

塑料，液態時流動性，強度，缺口衝擊性，高溫抗變形性能，低溫脆性，氣味揮發，霧化性能，光老化性能，耐洗滌性，刮擦性，你隨便找一個方向研究，要是能比現有主流材料廠商性能高出5%，你就發了。

1.以塑代鋼。塑料件取代鈑金件是最實用，成本最低的。

2.碳纖維，價格貴。

3.鋁合金鎂合金。

有空再細說