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[其他] 整车开发前期可回收利用率的评估

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发表于 2020-8-10 12:03:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
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【汽车材料网】整车开发前期可回收利用率的评估

王华 赵海英 钟广亮 任天奇 靳长有 李雪
(北京汽车集团越野车有限公司,北京 101300)

摘要:整车可再利用率和可回收利用率的计算结果通常需要在整车所有零部件数据已定,在车型即将量产之前才能得出,此时若结果不满足指标要求进行整改,影响车型上市时间。利用回收利用率计算公式,在车型开发早期,即产品规划阶段、概念阶段以及设计开发阶段分别进行评估,视得出的评估结果,进行整车用材的规划调整,可极大降低整车开发风险。
关键词:整车 可回收利用率 评估

1 前言
随着汽车越来越普及地走进千家万户,中国的汽车保有量已经达到较高的水平。而汽车在达到一定的使用年限会涉及到报废问题,汽车质量大,材料使用种类多,报废后其很多零部件材料仍有有很高的利用价值。鉴于此,为了节约能源,实行可持续发展,工信部节能与综合利用司发布中华人民共和国工业和信息化部2015年第38号《汽车有害物质和可回收利用率管理要求》公告,要求自2016年1月1日开始将整车的可回收利用率纳入车辆的公告管理。这意味着整车在开发设计阶段,就要做统筹管理,在选材上就要考虑环保可回收材料的使用,提前预判整车的可回收利用率是否能满足法规政策的要求。

2 整车回收利用率的计算2.1 整车回收的分类
汽车的回收利用包括3个方面,分别为再使用(Reuse),再 利 用(Recycling)和 再 回 收 利 用(Recovery)。再使用(Reuse)指对报废车辆零部件进行的任何针对其设计目的的使用;再利用(Recycling)指经过对废料的再加工处理,使之能够满足其原来的使用要求或者用于其它用途不包括使其产生能量的处理过程;再回收利用(Recovery)经过对废料的再加工处理,使之能够满足其原来的使用要求或者用于其它用途,包括使其产生能量的处理过程。按照以上的原则,国标GB/T 19515—2015《道路车辆可再利用率和可回收利用率计算方法》[1]中要求根据整车的大致拆解顺序,将整车上所有的零部件按照零部件或材料进行划分。如蓄电池、轮胎等属于再使用;金属材料及聚丙烯等热塑性材料属于再利用;涂料及热固性塑料属于再回收利用。

2.2 整车回收利用率的计算
整车的回收利用率计算包括2个方面,一个是整车可再利用率的计算,一个是整车的可回收利用率的计算,两者之间的差距是可回收利用率的计算中包含了一个材料能量回收的值,具体如下。
整车可再利用率的计算如下。

整车的可回收利用率如下。

式中,Rcyc为整车可再利用率;Rcov为整车可回收利用率;mv为整车质量;mp为预处理阶段考虑的材料质量;mD为拆解阶段考虑的材料的质量;mM为在金属分离阶段考虑的金属的质量;mTr为在非金属残余物处理阶段被认为是可再利用的材料的质量;mTe为在非金属残余物处理阶段被认为是可进行能量回收的材料的质量[1]。
所以,要获得一辆整车的可再利用率和可回收利用率,需要将整车所有零部件及材料按上述类别进行分类后计算即可得到上述两率。对目前的常规操作是当车型需要计算两率的时候,由供应商通过CAMDS系统提交所有的零部件数据,再通过ELV数据平台,对所有的零部件数据进行分类,然后进行整车计算。

3 整车回收利用率的评估计算3.1 整车回收利用率评估计算的必要性
通过平台将供应商提供的数据收集齐全之后,再根据国标的规定,对零部件材料进行分类,最后进行计算的方法准确率高。但因需要所有的数据齐全后方可开展,因此,一旦此时计算得出两率的数据不符合要求(综合考虑我司产品要求整车再利用率≥85%,整车可回收利用率≥95%),整改零部件,则可能涉及到主机厂更换零部件用材,提高使用环保可回收材料比例,以使可回收利用率的结果满足要求。但此时变更,按照公司的项目阀点来说,零部件的各项数据已冻结,已开始进入量产阶段,一旦变更将会严重影响新车型的开发的整体进度。给公司的财力、物力、人力来讲都带来巨大损失。通过对我司历史车型可再利用率和可回收利用率数据的统计分析以及对法规政策的分析,结合我司历史车型零部件用材的特点以及分类情况,对新车型的两率提前进行预测,提前制定应对措施,可有效规避该问题的发生。

3.2 整车回收利用率的评估
通过整车可再利用率的公式可以看出,对于一种材料无论是归在 mpmDmMmTr这 4 类中的哪一类,对可再利用率的的计算结果没有影响,对于一种材料无论是归在 mpmDmMmTrmTe这 5 类中的哪一类,对可回收利用率的的计算结果没有影响。因此,对整车可再利用率结果有影响的是一辆整车中能量回收的材料和不可再回收材料的占比,对整车可回收利用率结果有影响的仅是一辆整车中不能再回收利用材料的比重,不能回收的使用的材料越多,其整车可回收利用率必然降低。
列举部分历史车型的可再利用率和可回收利用率的计算结果(图1、图2)。

图1 可再利用率的统计结果

图2 可回收利用率的统计结果
通过对图1可再利用率的结果分析可以发现,无论是单个车型还是平均结果,整车车型的可再利用率均远远高于目前企标要求(≥85%)的数据,因此是否有必要对新开发车型提前进行此项预测,结果意义不大;通过对图2可回收利用率的结果分析可以发现,19个车型的平均值略高于企标要求(≥95%),但有几个车型的数据勉强满足标准要求。因此此平台上新开发车型和改款车型均存在可回收利用率不达标的风险,因此需要提前进行评估。根据前面所述,影响整车可回收利用率的主要是车上不能回收的材料,不能回收的材料一般主要指陶瓷、刹车衬片、沥青板及电子线路板以外的电子电器件等。
a.陶瓷。陶瓷因其较高的耐热性,在车上主要应用在催化器总成上作为催化器载体以及发动机火花塞上。
b.刹车衬片。以金属材料为主的多成分复合材料,在车上主要用作车轮摩擦片,可能涉及到的零部件主要为左转向节带制动器总成和左转向节带制动器总成。
c.沥青板。在车上起减震降噪作用,主要用在地板上起阻尼作用,目前应用的零部件有车身阻尼垫、后轮罩阻尼垫、前地板阻尼垫、前围板阻尼垫、右前地板后阻尼垫、前地板阻尼垫、车身阻尼垫、车门阻尼垫。
d.电子线路板以外的电子电器件。这在整车上比较容易识别,如组合仪表总成、发动机电子控制单元及高位制动灯等。
e.其他材料。指金属镀层、玻璃(夹层玻璃及钢化玻璃除外)及其他一些复合材料等也不具备回收利用的性质。
部分历史车型案例见表1。
表1 历史车型不可回收材料质量统计 kg

根据对上述各车型不可回收的材料质量进行分析,对回收利用率结果影响大的是各种阻尼垫、电子电器件以及其他类型不可回收的材料。因此通过评估一辆整车上,上述两大系统的零部件质量和其他类型不可回收的材料质量(基本在一定范围内),即可对整车的回收利用率作出评估,若发现评估结果有不达标风险,综合从产品的性能和成本考虑,前期则选择合适的零部件使用环保可回收材料进行替代。例,某车型的整车质量(mv)约为2 110 kg,不可回收零部件材料质量统计为催化器载体等0.75 kg;转向节制动器总成中的摩擦片1.88 kg;各种阻尼垫9.51 kg;组合仪表等电子电器件41.36 kg以及其他材料15.70 kg。那么整车回收利用率的评估采用倒推方法,即整车质量减去整车不可回收利用的零部件材料质量,剩下的则为包含能量回收的可回收利用材料质量。经过计算得出此款车的可回收利用率为97.1%,结果计算满足要求。若上述车型的评估结果低于95%,则需要提前调整零部件用材。

3.3 在车型开发不同阶段时期进行回收利用率管控
在车型开发的不同时期均可按上述原则进行评估。
a.在产品规划阶段,主要根据竞品车型、目标市场定位,对零部件用材种类及质量进行一个初步的评估,此时的不确定性较大,用上述公式评估整车可回收利用率,当其在96%左右时认为存在风险,需要开展用材策略优化,综合考虑,提高部分零部件使用环保材料比例。
b.在概念开发阶段,主要根据初步零部件系统方案定义,对零部件用材种类及质量进行一个初步的评估,此时的不确定性仍性较大,故使用上述公式评估整车可回收利用率。当其在96%时认为存在风险,需要开展用材策略优化,针对部分系统使用的材料提供改善建议。
c.在设计开发阶段,此时对整车来说,选型件、沿用件及新开发件的系统开发案已出,使用上述公式已可较为准确地评估整车可回收利用率。故评估其在95.5%时可认为存在风险,有针对性的对一部分零部件用材进行优化。

3.4 现阶段提升整车可回收利用率的建议
a.目前在车上使用的不可回收的零部件主要是电子电器中除了电子电路板以外的部件,占比较大,且随着汽车往科技、智能方面的发展,此类部件的占比还将进一步加大,这对我们整车可回收利用率的达标,将构成风险,但这是未来汽车的发展方向,因此,对主机厂和供应商来说,探索汽车电子电器部件的回收利用是未来需要关注的。
b.其次在某些车型上使用量较大的不可回收材料是车身阻尼材料—沥青,该材料为非环保材料,目前正使用新型水性涂料LASD在汽车上开展应用,将逐步替代沥青材料。该材料是一种以高分子树脂聚合物为基本成膜物,以水为分散介质,辅以填料和助剂等制备的水性高分子减震降噪阻尼材料,不含有机溶剂,不但环保可回收利用,还能有效降低VOC排放,且自身质量轻,可有效替代目前使用的沥青产品[2]。

4 结论
目前对主机厂来说,整车可回收利用率是根据供应商提交的数据进行计算得来的,但真正去拆解一辆报废汽车,并不是上述没有回收技术的零部件材料才不能回收,有部分材料即使存在成熟的回收利用技术,但因为其质量小,结构复杂,拆解困难,成本高,可能也造成在实际拆解中未回收的情况。因此,实车拆解得出的回收利用率肯定小于理论计算出的值,所以只有通过计算得出的可回收利用率的水平的提高,才有可能进一步提高实车拆解时可回收利用率的水平,主机厂应引导自己的供应商,积极主动使用绿色环保材料,为社会可持续发展做出贡献。


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