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LD - 6 décembre 2013
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
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POURQUOI ALLÉGER?
LD - 6 décembre 2013
LD - 6 décembre 2013
• 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
Cibles ≈
similaires
En 2020 : cibles réglementaires ≈ similaires en tenant compte des
différences :
- de cycles et conditions de mesures
- de mix segments
- de mix Essence / Diesel
70/75 g ?
PSA 2013
11 Kg gain ~ 1 g CO2/km
Éléments de contexte règlementaire mondial
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► JV BMW Peugeot
Citroën
► 3008 Hy4
1er véhicule
hybride diesel
132g 128g
135g
Ventes en Europe ≤ 120g CO2/km : 811 000 en 2011
Diesel 207,
DS3 & C3 HDI
99g CO2/km
► New Stop & Start
► VE iOn & C-Zero
► Essence 1L 3 cyl
≤ 99g CO2/km
► 508 Hy4
► 508 RXH
► DS5 Hy4
► Hybrid plug-in
► 208FE
< 50g CO2/km
Réglementation
européenne
130g en 2015
95g en 2020
130g
120g
2009 2010 2011 2012
95g
Emissions moyennes CO2/km
2020
110g
122,5g
+ leviers Allègement, Aérodynamique,
Résistance au roulement, …
La situation actuelle
► Blue HDI ► 308
► ≤ 85g CO2/km
► e_HDI90
Airdream ► C4 Picasso
► ≤ 98g CO2/km
Innovations et nouvelles technologies chez PSA Peugeot Citroën pour réduire les émissions de CO2
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Leviers principaux pour la réduction du CO2
Volume / Architecture
Efficacité Chaine de traction 10% consommation - 13g* CO2
Masse Véhicule -110kg (1 IC)
gain ~10g* CO2
Résitance au roulement - 10%
gain ~2g* CO2
Aérodynamique SCx 5dm²
gain ~2g* CO2
Gestion E E
Cibles gain de masse: 2015 > -110 kg
2020/25 > - 220 kg
* Valeur dépendant du cycle d’homologation
et des conditions de mesure
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Progression de la masse dans le temps
Sécurité passive
Gain de confort
Augmentation de la taille des véhicules
Augmentation de la taille des roues
Mix groupe motopropulseur : Essence / Diesel
Plus d’équipement (radio, ABS-ESP, climatisation, sièges électriques..)
Performance acoustique
Evolution de la masse des véhicules Européens
An 70 80 90 00
750
850
950
1050
1150
1250
ANNEES
POIDS(Kg)
70 80 90 00
750
850
950
1050
1150
1250
ANNEES
POIDS(Kg)
Masse (kg)
Evolution de la masse moyenne des véhicules Peugeot et Citroën
+ 15 kg/ an
Nouvelle 308 -140kg
Nouvelle C4 Picasso -140kg
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COMMENT ALLÉGER?
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3 leviers techniques pour réduire la masse : épaisseur pièce (e) ↗ propriétés mécaniques densité matériau () changement de matériau surface pièce (S) conception
1 – ACIERS A TRES HAUTE RESISTANCE Augmentation caractéristiques = réduction épaisseur = allègement
2a – ALLIAGES D’ALUMINUM :
Fonderie (bloc moteur, LAS) Forge (roues)
Tôles embouties (carrosserie)
2b – MAGNESIUM : Fonderie/tôles laminées
3 – COMPOSITES / PLASTIQUES RENFORCES : - Fibres de verre, de carbone, naturelles - Matrice thermoplastique ou thermodurcissable
DAIMLER VW/AUDI BMW PSA RENAULT VOLVO AUTRES
200220062009
200220062009
CO
NS
OM
MA
TIO
N A
NN
UE
LLE
European Aluminum consumption Evolution
e
S
ee
S
masse = e..S
Tendances matériaux pour l’allègement automobile
1,151,74
2,6
7,37,8
PA 66-GF30 Magnésium Aluminium fonte Acier
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La référence : l’acier
Le challenger : l’aluminium
Le composite comme alternative à l’aluminium ?
Allègement: à quel coût?
Rappel coût
matériaux OdG
Espace 500 à
5000€/kg
Aéro 5 à 50€/kg
Auto 1 à 5€/kg
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European vehicule weight repartition
Aluminiums : moteur (fonderie), caisse
(plats), trains (fonderie, forge)
Les matériaux actuels
Unit Materials
PLAST
/POLYM
STEELS
ALUM
Other
Metals
Glass
Other MAT
BODY IN
WHITE
POWER
TRAIN CHASSIS
SUSPENSION
IN CAR
EQUIPMENT
OPENING PANEL OTHER
Aciers : caisse, trains (plats)
Allègement: répartition des masses
Les sous systèmes du véhicule
Allègement: zoom Caisse en Blanc
Exemple Caisse en blanc (seg B) et solutions matériaux
Périmètre: Caisse en Blanc (avec ouvrants: portes, capots, volets/coffres)
Taux d’allègement des différentes solutions techniques
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
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Allègement : 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
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ALLÈGEMENT: SOLUTIONS VÉHICULE
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PSA R&D Louis DAVID CEAGA - Jan 23th 2013
15 CONFIDENTIAL
Revoir 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
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PSA R&D Louis DAVID CEAGA - Jan 23th 2013
16 CONFIDENTIAL
Augmenter 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
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PSA R&D Louis DAVID CEAGA - Jan 23th 2013
17 CONFIDENTIAL
En carrosserie: capots sur C4, 308, 508, C5, C6, ailes AV 308 et portes C6
Augmenter la part d’aluminium
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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
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Augmenter la part de Composites / plastiques: les acquis
Allègement et composites / Les acquis
hayons TP/TD
Becquet : TP
Ton caisse
Peau Inf : TPTon caisse
Bandeau Danner : TPTon caisse
Caisson : SMCLaque
Pontets ( 2+2 ) : ABS
Laque
Hayon PEUGEOT 508 SW
30 % Gain masse
Hayon nouvelle CITROEN C4 PICASSO
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Allègement et composites / Les acquis
Hayon TP/TP/acier sur la nouvelle PEUGEOT 308
Becquet collé
ABS-PC
Peau inf collée
PP EPDM T30%
Renfort serrure
Acier vissé
Inserts acier
surmoulés
Doublure grainée
PPGFL 40%
25% gain masse
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Allègement et composites / Les acquis
Plancher de charge arrière hybride TD / acier Plateforme EMP2
40% de gain masse
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Le coup d’après : les pièces structurelles Exemple VELV (Véhicule Electrique Léger de Ville)
• Evaluation de technologies compatibles de faibles volumes de production (50-80 véhicules / jour)
• Exercice de conception et d’optimisation avec prise en compte des prestations acoustiques, fatigue et crash
• Etude économique à conduit à une structure hybride space frame en alu et caisse en blanc tout composite
Pièces de structure: RTM / Thermodur epoxy vinylesther FV ou FC 120kg: tubes acier 80kg:FV 50kg:FC (estimée) Pièces de panneau: ABS PMMA Thermoformés Calculs Crash / Torsion de Caisse / ACV Corrélation numérique physique pas encore acquise. LD - 6 décembre 2013
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Exemple PEUGEOT 208 FE
46g CO2/km et 0 à 100km/h en moins de 8s
Allègement 20%
Matériaux composites novateurs panneaux de carrosserie et le plancher
Côté châssis développement d’une lame composite en résine et fibre de verre
Utilisation de l’alu et du carbone
Le coup d’après : les pièces structurelles
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Le coup d’après : les pièces structurelles et la carrosserie
MAIS à grande échelle …
et à coût maîtrisé …
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Les challenges: les pièces structurelles
Le coût des solutions matériaux doit être réduit
>> programmes R&D -60 %
-40 %
-20 %
BAS
FAIBLE
ELEVEE
HAUT COUTS DE PRODUCTION
COMPOSITES STUCTURAUX
ACIERS
ACIERS HAUTE
PERFORMANCE
METAUX HAUTE
PERFORMANCE ALUMINIUM
COMPOSITES STUCTURAUX
Projets automobiles
Projets automobiles
COUTS DE PRODUCTION
MA
SSE
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MA
SSE
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Les challenges : les pièces structurelles
ACIERS ALUMINIUM
C’est une question d’adaptation • Standards de conception / validation • Filière numérique existante • Standards de mise en forme / ferrage • Outil industriel (coût d’investissements)
ACIERS C’est une REVOLUTION • 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
COMPOSITES STUCTURAUX
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Les challenges: les pièces structurelles - exemples
Aujourd’hui PSA est dans une démarche « apprenante »
Renfort de porte
PA6.6 fibres de verre
40% Gain masse Tenue au crash latéral Compatible du process peinture Compatible des cadences automobile Recyclable
Triangle de suspension (démonstrateur)
PA6.6 fibres de carbone tissées 12K
50 % Gain masse Support pour étude de la modélisation du process et de la tenue en service
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Réparabilité: Les 4 volets d’un Cahier des Charges Matériaux
Processabilité
Réparabilité
Performances fonctionnelles
Fin de vie recyclage
1 - Aptitude à la
transformation
industrielle
3 - Aptitude à la réparation
et la maintenance dans les
réseaux
2 - Performance pour
la tenue sur véhicule
et en particulier la
sécurité et la
durabilité
4 - Aptitude a être
réutilisé, recyclé ou
valorisé
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Conclusion
La route est encore longue, ……
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LD - 6 décembre 2013
Merci de votre
attention