全球汽车行业的轻量化机遇

ManagedbyUT-BattellefortheDepartmentofEnergy全球汽车行业的轻量化机遇SujitDas美国橡树岭国家实验室2011国际汽车轻量化材料发展论坛中国重庆2011年3月24-25号2ManagedbyUT-BattellefortheDepartmentofEnergyDas;LightweightingintheGlobalAutoIndustry2009机动车产量按国家划分按生产商划分数据来源；国际汽车制造商协会(OICA).(年2月22号(includescarsandcommercialvehicles)(includescars,commercialvehicles,andheavybus)13,790,9947,934,5165,708,8525,209,8573,512,9263,182,6172,632,6942,170,0782,047,6581,561,0521,490,6321,395,4211,090,139999,378974,569879,186869,605843,239722,431522,810中国日本美国…德国韩国…巴西印度西班牙法国墨西哥加拿大伊朗英国泰国捷克…波兰土耳其意大利俄罗斯比利时7,234,4396,459,0536,054,8294,685,3944,645,7763,042,3113,012,6372,744,5622,460,2222,387,5372,296,0091,447,9531,425,7771,258,417984,520959,070802,463684,534672,045663,262丰田通用大众福特现代PSA本田尼桑菲亚特铃木雷诺戴姆勒长安汽车宝马马自达克莱斯勒三菱北京汽车塔塔东风…3ManagedbyUT-BattellefortheDepartmentofEnergyDas;LightweightingintheGlobalAutoIndustry世界液体能源消耗050100150200720152020202520302035YEARCONSUMPTION(QUADRILLIONBTUS)TRANSPORTATIONOTHEROECDCONSUMPTION2010国际能源展望，美国能源情报署消耗量（百万之四次方BTUS)运输量其它OECD国家消耗量年份4ManagedbyUT-BattellefortheDepartmentofEnergyDas;LightweightingintheGlobalAutoIndustry轻型客车年度销量数据来源：IEA/ETP2010LDV=轻型汽车0204060801001201401601802001975198019851990199520002005201020152020202520302035204020452050年份年度销量（百万辆）非洲拉美中东印度亚洲其它国家中国东欧前苏联太平洋OECD国家欧洲OECD国家北美OECD国家5ManagedbyUT-BattellefortheDepartmentofEnergyDas;LightweightingintheGlobalAutoIndustry轻型客车能耗数据来源：IEA/ETP2010LDV=轻型车辆0100002000030000400005000060000700008000090000199520002005201020152020202520302035204020452050年份能耗（万亿BTUS)非洲拉美中东印度亚洲其它国家中国东欧前苏联太平洋OECD国家欧洲OECD国家北美OECD国家6ManagedbyUT-BattellefortheDepartmentofEnergyDas;LightweightingintheGlobalAutoIndustry全世界平均燃油经济性及新车注册数Source:IEA/ETP2010登记数1百万1千万10.39.58.66.06.95.27.824022020018016014012020052008所测燃油经济性（lge/100公里）所测燃油经济性（gC02/公里）7ManagedbyUT-BattellefortheDepartmentofEnergyDas;LightweightingintheGlobalAutoIndustry数据来源：Bandivaadekar(2009)全球提高燃油经济性倡议旨促进新车燃油经济性在2030年达到50%并在2050年将路面交通工具的燃油经济性提高至50%。实线=实际数据长虚线=制定的最近目标短虚线=建议目标截止2008年各地区车辆平均燃油经济性实际数据及制定的最近目标或建议目标公里每升（NEDC测试循环）8ManagedbyUT-BattellefortheDepartmentofEnergyDas;LightweightingintheGlobalAutoIndustry不同的燃油经济性改进选择的成本效益分析—V6发动机技术燃油消耗减少比率(%)增量成本(Avg.RPE*)多气阀技术1.5-2.5%$53-$105涡轮增压5%$46电气化及辅助技术0.3-2%$53-$143变速器改进1-7.5%$29-$638混合动力技术3-35%$865-$15,960低阻力轮胎2%$53空气减阻10%1.5%$68质量减少比率(1-20%)0.3-12%$80-$2550数据来源：NRC2010*RPE=零售价当量9ManagedbyUT-BattellefortheDepartmentofEnergyDas;LightweightingintheGlobalAutoIndustry美国汽车工业的倡议：到2016年实现35.5MPG的目标•通用汽车——缩小引擎，采用先进的动力系统技术，到2015年和2020年分别将轻型车辆质量减少500磅和1000磅•福特——通过直喷发动机的EcoBoost涡轮增压（包括今年推出的10C级车型在内），质量减轻500-700磅，轻量化和发动机体积缩小相结合的方法，发动机和模型的改进•克莱斯勒——五角星标志V6发动机，多速率变速器，菲亚特的MultiAir技术•宝马——多速率变速器，更小的跨境车，尺寸缩小的发动机•戴姆勒——4个汽缸（如梅赛德斯S系列）和小型车辆（如紧凑前轮驱动和电子紧凑货车）10ManagedbyUT-BattellefortheDepartmentofEnergyDas;LightweightingintheGlobalAutoIndustry美国环境保护署对于实现2025年车辆燃油经济性目标所要减少的汽车质量的预测数据来源：EPA&NHTSA基准：2008平均汽车整备质量3900磅;MPG目标也考虑到了其它的技术改进。11ManagedbyUT-BattellefortheDepartmentofEnergyDas;LightweightingintheGlobalAutoIndustry汽车轻量化的重要性•轻量化要求（汽车前部，汽车顶部和非弹载质量）可以：–增强性能–改进燃油经济性•质量分解•动力系统精简–减少排放量•何种汽车轻量化技术可以同先进的燃烧及混合系统等其它有效性技术共同使用？12ManagedbyUT-BattellefortheDepartmentofEnergyDas;LightweightingintheGlobalAutoIndustry2008年全球平均汽车重量数据来源：IEA/ETP2010Non-OECDGrandTotalOECD注意：国家和地区按平均重量13ManagedbyUT-BattellefortheDepartmentofEnergyDas;LightweightingintheGlobalAutoIndustry轻量材料的自相矛盾：质量减少和成本增加材料所取代的材料潜在的质量减少(%)潜在的成本增加(%)高速钢板软钢板5-355-20铝片软钢板35-5050-100铝片高速钢板15-3040-80铝铸件铁铸件30-5535-45玻璃纤维混合材料软钢板20-5020-40玻璃纤维混合材料高速钢板5-2010-30碳素纤维混合材料软钢45-80200镁铸件软钢板40-6030-755-30(w/consolidation)镁铸件铝铸件30-4015-30数据来源：EEA(2007)14ManagedbyUT-BattellefortheDepartmentofEnergyDas;LightweightingintheGlobalAutoIndustry汽车轻量化所需的先进的综合性质量优化方案•考虑单一零部件以外的质量减少•进行材料的多样化组合•次级质量减少特效•新型的最优化的生产工艺(管状设计,较少的结构材料使用及多样化的标准材料等）•零部件整合零部件的成本效益支配了轻量化材料的市场渗透度。15ManagedbyUT-BattellefortheDepartmentofEnergyDas;LightweightingintheGlobalAutoIndustry二次质量减轻（质量分解）•不同车辆子系统的质量如何取决于总车辆重量•预测在车辆轻量化之后任何子系统可能节约的二次质量•质量分解（以初次质量减少的百分之一来计）预测范围比较宽泛。–23%-150%(通常来说为50%)–基于车辆拆解研究的详细子系统水平预测的范围为100-150%(Bjelkengren2006;MalenandReddy2007)。•质量分解效果随着车辆开发的进展而减弱（因此在成本效益研究中一般不考虑），考虑到轻量化的好处，需要被提前锁定。16ManagedbyUT-BattellefortheDepartmentofEnergyDas;LightweightingintheGlobalAutoIndustry数据来源：华德氏通信消费者对于高性能引擎和舒适度的要求加之安全规章制度导致了汽车重量不断增加的趋势。美国国内轻型汽车的平均材料构成17ManagedbyUT-BattellefortheDepartmentofEnergyDas;LightweightingintheGlobalAutoIndustry目前的轻量材料渗透是基于一种增值办法。•高强度钢材(HSS)（400磅）–超轻钢制汽车车身，前端，缓冲梁等•铝（300磅）–发动机组(61%);气缸盖(98%),进气歧管(56%);其它缝隙市场（车轮，刹车，车身和门盖等）•塑料/复合材料（250磅;全部为玻璃纤维复合材料）–仪表板系统,散热器,缓冲梁,门板，防撞滑板等•镁(10磅)–方向盘电枢,驾驶杆,座驾,仪表板，横梁,进气歧管,传动装置的变速箱等18ManagedbyUT-BattellefortheDepartmentofEnergyDas;LightweightingintheGlobalAutoIndustry2009全球轻型汽车材料含量（磅）其它钢材：主要指长材其它金属：铜，铅，锌，镁，钛和铂其他材料：聚合物，玻璃，橡胶，纺织品，木材，涂层和流体数据来源：达克全球(2011)RegionFlatSteelOtherSteelIronAluminumOtherMetalsOtherMaterialsTotal1,5166482883261508163,744东欧1,2835382552731347003,183欧洲其它国家1,2665342711751516393,036日本1,3135612382531276803,172韩国1,3145672502371276703,165中国1,2365332382201346162,9771,2105162511791305942,880中东/非洲1,2595332701521506322,996南美1,1004672191531325542,6251,3065552542481366833,18