Stratégie Matériaux Automobile pour les années à venir - Enjeux et perspectives des nouveaux matériaux le 6 décembre 2013 Louis DAVID - SRA
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Stratégie Matériaux Automobile
pour les années à venir
Enjeux et perspectives des nouveaux matériaux
le 6 décembre 2013
Louis DAVID
LD - 6 décembre 2013
Sommaire
Pourquoi alléger?
Le contexte réglementaire CO2
L’évolution de la masse
La situation actuelle
Comment alléger?
La cible
Les leviers
Les orientations
Solutions véhicule
Les acquis: exemples
Le coup d’après
Les challenges
La prise en compte de la réparabilité
LD - 6 décembre 2013
POURQUOI ALLÉGER?
LD - 6 décembre 2013
Éléments de contexte règlementaire mondial
• Pour réduire les émissions de CO2
– Règlement CO2 avec pénalités financières pour le constructeur
– Fiscalité CO2 avec bonus / malus pour le client
• Convergence mondiale des objectifs CO2 à moyen terme mais l’Europe
reste en pointe
En 2020 : cibles réglementaires ≈
similaires en tenant compte des
différences :
- de cycles et conditions de mesures
- de mix segments
- de mix Essence / Diesel
PSA 2013
Cibles ≈
similaires
70/75 g ?
11 Kg gain ~ 1 g CO2/km
LD - 6 décembre 2013
La situation actuelle
Innovations et nouvelles technologies chez PSA Peugeot Citroën
pour réduire les émissions de CO2
► Blue HDI
► 308
► JV BMW Peugeot ► ≤ 85g CO2/km
► Essence
Citroën 1L 3 cyl
Diesel 207,
► 3008 Hy4 ≤ 99g ► e_HDI90
DS3 & C3 HDI ► New Stop & Start
1er véhicule CO2/km Airdream
99g CO2/km ► VE iOn & C-Zero
hybride diesel ► 508 Hy4 ► C4 Picasso
► 508 RXH ► ≤ 98g CO2/km
Emissions moyennes
CO2/km
► DS5 Hy4
► Hybrid plug-in
135g
130g ► 208FE
132g
128g < 50g CO2/km
120g
Réglementation
122,5g
110g
européenne
+ leviers Allègement, Aérodynamique, 130g en 2015
Résistance au roulement, …
95g en 2020
95g
2009 2010 2011 2012 2020
Ventes en Europe ≤ 120g CO2/km : 811 000 en 2011
LD - 6 décembre 2013
Leviers principaux pour la réduction du CO2
Volume / Architecture Gestion E E
Efficacité Chaine de traction 10% Aérodynamique
consommation SCx 5dm²
- 13g* CO2 gain ~2g* CO2
Masse Véhicule Résitance au roulement
-110kg (1 IC) - 10%
gain ~10g* CO2 gain ~2g* CO2
* Valeur dépendant du cycle d’homologation
et des conditions de mesure
Cibles
gain de masse: 2015 > -110 kg
2020/25 > - 220 kg
LD - 6 décembre 2013
Progression de la masse dans le temps
Evolution de la masse des
Sécurité passive
Masse
POIDS
véhicules Européens
Gain de confort
(kg)(Kg)
Augmentation de la taille des véhicules
1250
Augmentation de la taille des roues
1150 Mix groupe motopropulseur : Essence / Diesel
1050 Plus d’équipement (radio, ABS-ESP, climatisation, sièges électriques..)
Performance acoustique
950
850
750
70 80 90 00 An
ANNEES
Evolution de la masse moyenne des véhicules Peugeot et Citroën
+ 15 kg/ an
Nouvelle 308
-140kg
Nouvelle C4
Picasso
-140kg
LD - 6 décembre 2013
COMMENT ALLÉGER?
LD - 6 décembre 2013
Tendances matériaux pour l’allègement automobile
3 leviers techniques pour réduire la masse : masse = e..S
épaisseur pièce (e) ↗ propriétés mécaniques S
densité matériau () changement de matériau
surface pièce (S) conception
e
1 – ACIERS A TRES HAUTE RESISTANCE
Augmentation caractéristiques = réduction épaisseur = allègement
2002
CONSOMMATION ANNUELLE
2006
2a – ALLIAGES D’ALUMINUM : 2009
Fonderie (bloc moteur, LAS)
Forge (roues)
Tôles embouties (carrosserie)
DAIMLER VW/AUDI BMW PSA RENAULT VOLVO AUTRES
2b – MAGNESIUM : Fonderie/tôles laminées European Aluminum consumption Evolution
7,8
7,3
3 – COMPOSITES / PLASTIQUES RENFORCES :
- Fibres de verre, de carbone, naturelles 2,6
1,74
- Matrice thermoplastique ou thermodurcissable 1,15
PA 66-GF30 Magnésium Aluminium fonte Acier
LD - 6 décembre 2013
Allègement: à quel coût?
La référence : l’acier
Le challenger : l’aluminium
Le composite comme alternative à l’aluminium ? Rappel coût
matériaux OdG
Espace 500 à
5000€/kg
Aéro 5 à 50€/kg
Auto 1 à 5€/kg
LD - 6 décembre 2013Allègement: répartition des masses
Les sous systèmes du véhicule Les matériaux actuels
Other MAT
OTHER
OPENING PANEL BODY IN Glass
WHITE
IN CAR
PLAST
EQUIPMENT
/POLYM
STEELS
Other
POWER Metals
TRAIN
CHASSIS ALUM
SUSPENSION
European vehicule
Unit Materials
weight repartition
Aciers : caisse, trains (plats) Aluminiums : moteur (fonderie), caisse
(plats), trains (fonderie, forge)
LD - 6 décembre 2013Allègement: zoom Caisse en Blanc
Périmètre: Caisse en Blanc (avec ouvrants: portes, capots, volets/coffres)
Taux d’allègement des différentes
Exemple Caisse en blanc (seg B)
solutions techniques
et solutions matériaux
masse cible
référence Acier 340
Acier optimisé 305
Hybride 2020 280
Hybride 2025 260
Full Alu (estimation) 230
Full composite / plast (est) 180
Hybride = acier + alu +
plastiques + composites
LD - 6 décembre 2013Allègement : stratégie multi-matériaux
Quelle répartition à moyen terme ?
La réponse dépendra de l’avancée technologique des différentes voies et des
propositions fournisseurs / équipementiers en répondant aux questions :
de l’impact économique et des cadences
des ressources en matériaux
de l’impact énergétique et environnemental qui sera à mesurer
LD - 6 décembre 2013ALLÈGEMENT:
SOLUTIONS VÉHICULE
LD - 6 décembre 2013Revoir le Design …travail de conception
Arriver à compacter le véhicule afin de réduire ses dimensions exter
sans réduire l’habitabilité et l’accessibilité de la voiture
Exemple 207 > 208
Gain de masse grâce au compactage
Un gain de 1 cm sur le véhicule représente un gain de x kgs en fonction
de la zone concernée
PSA R&D CONFIDENTIAL
Louis DAVID CEAGA - Jan 23th 2013
15
LD - 6 décembre 2013Augmenter la part d’aluminium
PSA utilise environ 100 kg d’aluminium par véhicule aujourd’hui,
spécialement sur les GMP et les liaisons au sol.
Exemples de substitution Acier ou Fonte par ALUMINIUM
Carter-cylinders Engine Support
Pivot of wheel Front part of chassis
PSA R&D CONFIDENTIAL
Louis DAVID CEAGA - Jan 23th 2013
16
LD - 6 décembre 2013Augmenter la part d’aluminium
En carrosserie: capots sur C4, 308, 508, C5, C6, ailes AV 308 et portes C6
PSA R&D CONFIDENTIAL
Louis DAVID CEAGA - Jan 23th 2013
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LD - 6 décembre 2013Augmenter la part de Composites / plastiques: les acquis
Périmètre équipements (intérieurs / extérieurs)
Plastiques renforcés
• Façade avant
• Corps de planche de bord
Périmètre semi-structurel
Intégration récente de solutions composites
Hayons TP/TP/acier et TP/TD
Plancher de charge arrière TD/acier
LD - 6 décembre 2013Allègement et composites / Les acquis
hayons TP/TD Hayon PEUGEOT 508 SW
Pontets ( 2+2 ) : Becquet : TP
ABS Ton caisse
Laque
Peau Inf : TP
Ton caisse
Caisson : SMC
Laque
Bandeau Danner : TP
Ton caisse
Hayon nouvelle CITROEN C4 PICASSO
30 % Gain masse
LD - 6 décembre 2013Allègement et composites / Les acquis
Hayon TP/TP/acier sur la nouvelle PEUGEOT 308
Doublure grainée
PPGFL 40%
Becquet collé
ABS-PC
Inserts acier
surmoulés
Renfort serrure
25% gain masse
Acier vissé Peau inf collée
PP EPDM T30%
LD - 6 décembre 2013Allègement et composites / Les acquis
Plancher de charge arrière hybride TD / acier Plateforme EMP2
40% de gain masse
LD - 6 décembre 2013Le coup d’après : les pièces structurelles
Exemple VELV (Véhicule Electrique Léger de Ville)
Pièces de structure:
RTM / Thermodur epoxy vinylesther FV ou FC
120kg: tubes acier
80kg:FV
50kg:FC (estimée)
• Evaluation de technologies compatibles de faibles Pièces de panneau:
volumes de production (50-80 véhicules / jour) ABS PMMA Thermoformés
• Exercice de conception et d’optimisation avec prise en
compte des prestations acoustiques, fatigue et crash
• Etude économique à conduit à une structure hybride
Calculs Crash / Torsion de Caisse / ACV
space frame en alu et caisse en blanc tout composite Corrélation numérique physique pas encore
acquise. LD - 6 décembre 2013Le coup d’après : les pièces structurelles
Exemple PEUGEOT 208 FE
46g CO2/km et 0 à 100km/h en moins de 8s
Allègement 20%
Matériaux composites novateurs Côté châssis développement d’une lame
panneaux de carrosserie et le plancher composite en résine et fibre de verre
Utilisation de l’alu et du carbone
LD - 6 décembre 2013Le coup d’après : les pièces structurelles et la carrosserie
MAIS à grande échelle …
et à coût maîtrisé …
LD - 6 décembre 2013Les challenges: les pièces structurelles
ELEVEE
MASSE
BAS COUTS DE PRODUCTION ACIERS COUTS DE PRODUCTION HAUT
ACIERS Projets automobiles
HAUTE
PERFORMANCE
METAUX
-20 % HAUTE
PERFORMANCE ALUMINIUM
MASSE
-40 %
COMPOSITES
STUCTURAUX
COMPOSITES
STUCTURAUX
Le coût des solutions FAIBLE Projets automobiles
-60 %
matériaux doit être réduit
>> programmes R&D
LD - 6 décembre 2013Les challenges : les pièces structurelles
C’est une question d’adaptation
ACIERS ALUMINIUM • Standards de conception / validation
• Filière numérique existante
• Standards de mise en forme / ferrage
• Outil industriel (coût d’investissements)
ACIERS COMPOSITES C’est une REVOLUTION
STUCTURAUX
• Mise en place des standards de conception /
validation et des outils attenants
• Processus de co-conception produit-process sur le
périmètre structure
• Compatibilité de l’outil industriel (fabrication,
contrôle, assemblage, peinture)
• Réparabilité
• Recyclabilité
LD - 6 décembre 2013Les challenges: les pièces structurelles - exemples
Aujourd’hui PSA est dans une démarche « apprenante »
Triangle de suspension
(démonstrateur) Renfort de porte
PA6.6 fibres de carbone tissées 12K
PA6.6 fibres de verre
50 % Gain masse 40% Gain masse
Support pour étude de la modélisation du Tenue au crash latéral
process et de la tenue en service Compatible du process peinture
Compatible des cadences automobile
Recyclable
LD - 6 décembre 2013Réparabilité:
Les 4 volets d’un Cahier des Charges Matériaux
1 - Aptitude à la 2 - Performance pour
transformation la tenue sur véhicule
industrielle et en particulier la
sécurité et la
durabilité
Processabilité Performances
fonctionnelles
Fin de vie
recyclage Réparabilité
4 - Aptitude a être 3 - Aptitude à la réparation
réutilisé, recyclé ou et la maintenance dans les
valorisé réseaux
LD - 6 décembre 2013Conclusion
La route est encore longue, ……
LD - 6 décembre 2013Merci de votre
attention
LD - 6 décembre 2013Vous pouvez aussi lire
