قبل ظهور الألومنيوم، كان الأداء يعني التغلب على الوزن بالقوة.في أوائل القرن العشرين، تبنّت شركات صناعة السيارات تقنيات تصنيع أسرع وأقل تكلفة باستخدام قطع معدنية مختومة. ورغم النمو السريع الذي شهده استخدام الفولاذ المختوم في صناعة السيارات خلال العقود اللاحقة، إلا أنه أضاف وزنًا كبيرًا شكّل تحديًا للمهندسين. لا يحتاج المرء إلى أن يكون خبيرًا في السيارات ليدرك كيف يؤثر الوزن سلبًا على التسارع والكبح والانعطاف، ولذا لجأت الشركات المصنعة إلى محركات أكبر وهياكل أكثر صلابة للتعويض عن ذلك. مع ذلك، لم تُحقق زيادة القدرة سوى عوائد متناقصة في الكفاءة والأداء العملي. اضطرت شركات صناعة السيارات إلى التوقف عن الاعتماد على التعديلات الميكانيكية البسيطة، مثل تقليل عدد المثبتات وغيرها من التدابير الطفيفة لتوفير الوزن. وبدلًا من ذلك، احتاجت إلى مواد أخف وزنًا لتصنيع سيارات أثقل وأكثر تعقيدًا.
اللحظات الحاسمة التي جعلت الألومنيوم قابلاً للتطبيقكانت هوندا أول من طرح سيارة إنتاجية ضخمة بهيكل أحادي من الألومنيوم بالكامل، وهي أكورا NSX، عام 1990. بلغ وزن NSX 3010 أرطال فقط، وساهمت مكونات نظام التعليق المصنوعة من الألومنيوم المطروق في تقليل الوزن غير المعلق (المكونات غير المدعومة بنظام التعليق) لتحسين التحكم. اكتسبت أكورا NSX سمعة طيبة كأول سيارة رياضية فائقة للاستخدام اليومي. تبعتها أودي A8، التي تتميز بهيكل من الألومنيوم بالكامل ( هيكل أودي الفضائي)، عام 1994. كان وزن هيكل أودي الفضائي أقل بنسبة 40% من هيكل فولاذي مماثل، واستخدم إطارًا من الألومنيوم عالي القوة مع مكونات من صفائح الألومنيوم المدمجة التي تحمل الأحمال الهيكلية.
أوضحت أودي: "بالنسبة للجيل الأول من أودي A8، أعادت الشركة ابتكار الهيكل الأحادي بالكامل، مستخدمةً الألومنيوم كمادة ومفهومًا مصممًا خصيصًا لهذا المعدن خفيف الوزن. وقد أسفرت أعمال التطوير، التي بدأت عام 1982، عن 40 طلب براءة اختراع. وكان النموذج الأولي الذي سبق الإنتاج دراسة تقنية تحمل اسم "ASF"، والتي أثارت ضجة في معرض فرانكفورت الدولي للسيارات عام 1993، حيث تألق هيكلها المصنوع من الألومنيوم المصقول غير المطلي كالفضة"، كما ورد في مجلة أوتوويك .
أضافت شركة صناعة السيارات الألمانية أن ما يجعل هيكلها الفضائي أنيقًا للغاية من الناحية التقنية هو فصل مهام مكونات الهيكل المختلفة. فعلى سبيل المثال، تعمل المقاطع المبثوقة على وصل الفراغات، بينما تربط العقد المصبوبة المكونات، وتغلق الألواح المصنوعة من الألومنيوم الفراغات وتمنح الهيكل صلابة. تُسند مهمة محددة لكل مادة ومكون، مما يمنح المهندسين مزيدًا من حرية التصميم.
لماذا يُغير فقدان الوزن كل شيء خلف عجلة القيادة على الرغم من إدراك الكثيرين أن تقليل الوزن يُحسّن أداء تصميم السيارات، إلا أن قلةً منهم قد تُولي اهتمامًا للفوائد العملية التي يُحققها يوميًا. يُحسّن تقليل الكتلة نسبة القوة إلى الوزن، وكقاعدة عامة، يُمكن أن يُؤدي تقليل الوزن بنسبة 10% إلى تحسينات في الأداء تُعادل زيادة في القدرة الحصانية بنسبة 10%، دون زيادة الضغط على مكونات المحرك. كما يُمكن أن يُحسّن الوزن المنخفض من كفاءة استهلاك الوقود والتحكم بالسيارة عن طريق تقليل الحمل على أجزاء مثل نظام التعليق والكتلة غير المُعلقة، مما يُتيح استجابة أسرع وأكثر دقة للتوجيه والكبح. هذا المزيج من الفوائد، بما في ذلك مقاومة الألومنيوم العالية للتآكل، أدّى إلى انتشار استخدامه على نطاق أوسع في صناعة السيارات.
من سيارات السيدان الفاخرة الرائدة إلى الشاحنات العادية بدأ استخدام الألومنيوم ينتشر خارج نطاق تطبيقاته في أوائل التسعينيات، ليصبح في نهاية المطاف منتجًا شائعًا في السوق خلال العقدين الأولين من الألفية الجديدة. اعتمدت سيارة جاكوار XJ، السيدان الرائدة للشركة لأكثر من 50 عامًا، هيكلًا مصنوعًا من الألومنيوم لتخفيف وزنها في طراز عام 2003. وقد مكّن هذا التوفير في الوزن جاكوار من إعادة طرح طراز XJ6، المزود بمحرك سداسي الأسطوانات سعة 3.0 لتر، وهو أول محرك سداسي الأسطوانات في سيارة العلامة التجارية الرائدة منذ عام 1997. وعلى الرغم من كونها أطول وأعرض وأعلى من سابقتها، إلا أن طراز XJ لعام 2003 كان أخف وزنًا بمقدار 200 كيلوغرام. وشهد استخدام الألومنيوم على نطاق أوسع تأثيرًا ملحوظًا مع فورد F-150. ففي طراز عام 2015، قدمت فورد هيكلًا جديدًا من الألومنيوم عالي القوة لسيارة F-150، مما ساهم في تخفيف وزنها بنسبة 15% (322 كيلوغرامًا) مقارنةً بالإصدار السابق. ستصبح هذه الشاحنة F-150 أول شاحنة بيك آب كاملة الحجم من فورد تحصل على تصنيف خمس نجوم للسلامة من الإدارة الوطنية لسلامة المرور على الطرق السريعة (NHTSA)، مما يدل على أن تقليل الوزن لم يؤثر على السلامة.
لماذا لم يحل الألومنيوم محل الفولاذ بالكاملعلى الرغم من مزايا الألومنيوم العديدة، إلا أنه لم يحل محل الفولاذ تمامًا في صناعة السيارات نظرًا لبعض عيوبه البارزة. أولًا، يُعدّ إنتاج الألومنيوم أكثر تكلفة من الفولاذ نظرًا لاستهلاك عمليات استخراجه وتكريره كميات كبيرة من الطاقة. كما يتطلب الألومنيوم معدات وتقنيات متخصصة للتشكيل والوصل، ورغم أنه أخف وزنًا، إلا أن الوصول إلى قوة مماثلة للفولاذ يتطلب كمية أكبر من المواد. وبما أن تكلفة الألومنيوم أعلى من الفولاذ، فإن قطع الغيار تكون بطبيعة الحال أغلى ثمنًا، والإصلاحات أكثر تعقيدًا. تشمل معدات الإصلاح الضرورية آلات لحام الألومنيوم ومحطات عمل مخصصة لمنع التلوث المتبادل مع برادة الفولاذ، التي قد تُسبب التآكل الجلفاني. وتؤدي هذه التكاليف المتزايدة للإصلاح إلى ارتفاع أقساط التأمين. كما يوفر الفولاذ مزايا في بعض المناطق الهيكلية، مثل الشاسيه وألواح الهيكل والإطارات. ونتيجة لذلك، أصبح استخدام مواد مختلطة في صناعة السيارات أمرًا شائعًا.
كيف يواصل الألومنيوم تشكيل مستقبل الأداءيتوقع السائقون أن يزداد دور الألومنيوم في صناعة السيارات مع ازدياد شعبية السيارات الكهربائية والهجينة التي توازن بين الأداء وكفاءة استهلاك الطاقة . ومع توسع دور الألومنيوم في صناعة السيارات، شهدت سبائكه وتقنيات تصنيعه تطوراً ملحوظاً. ومن أبرز هذه الابتكارات ريادة شركة تسلا في تقنية الصب بالضغط العالي على نطاق واسع، والتي استبدلت عشرات القطع بمسبوكات ألومنيوم متكاملة. وفي المستقبل، يُمثل الألومنيوم حلقة وصل بين الفولاذ التقليدي وألياف الكربون عالية الأداء، مما يجعله الخيار الأمثل من حيث التكلفة والاستدامة.