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Solutions hybrides multi-matériaux pour l'allègement des véhicules Innov days PEP – Oyonnax – 10 Octobre 2013 Christophe Wojciechowski Sommaire 1. Introduction : Les besoins en allègement Objectifs de réduction des émissions & contribution de l’allègement Principaux leviers de réduction des émissions de CO2 2. Hybrides composite thermodurcissable et thermoplastique Higate : application aux ouvrants arrières Cas des volets Peugeot 508 SW et Citroën C4 Picasso 3. Hybrides acier – thermoplastique Historique : application aux faces avant technique et ouvrants arrières Cas du volet Peugeot 308 4. Hybride acier – composite thermodurcissable Compatibilité avec les modes d’assemblage caisse Cas des planchers de charge pour plateforme PSA 5. Conclusion : évolution vers des hybrides Composites haute performance Développement des composites haute performance Perspectives d’application sur la caisse automobile PAGE 2 / Innov Days PEP – Oyonnax - 10 Octobre 2013 1. INTRODUCTION Les besoins en allègement Objectifs de réduction des émissions & contribution de l’allègement Principaux leviers de réduction des émissions de C02 PAGE 3 / Innov Days PEP – Oyonnax - 10 Octobre 2013 Contexte mondial : réduction des émissions de CO2 Règlement CO2 avec pénalités financières pour le constructeur Fiscalité CO2 avec bonus / malus pour le client 300 Convergence mondiale US 250 S. Korea ~ 100 g CO2/ km en 2020 – 25 212 200 195 China Europe 150 140 Japan 113 117 100 95 10 Kg gain ~ 1 g CO2/km PAGE 4 / Innov Days PEP – Oyonnax - 10 Octobre 2013 20 24 20 22 20 20 20 18 20 16 20 14 20 12 20 10 20 08 20 06 20 04 20 02 50 Principaux leviers de réduction des émissions de CO2 Efficience de la motorisation (downsizing) Masse Véhicule gain ~10g CO2 Cibles de gain de masse : 2015 -110 kg 2020/25 - 220 kg PAGE 5 / Innov Days PEP – Oyonnax - 10 Octobre 2013 Aérodynamique gain ~2 à 6g CO2 Résitance au roulement gain ~2g CO2 La référence : l’acier Les challengers : l’aluminium et les Composites 2. Hybrides composite thermodurcissable et thermoplastique Higate : application aux ouvrants arrières Cas des volets Peugeot 508 SW et Citroën C4 Picasso PAGE 6 / Innov Days PEP – Oyonnax - 10 Octobre 2013 Higate : technologie hybride TD/TP Une association adaptée aux ouvrants arrières Thermodur SMC Thermoplast. PP Module Mpa 12 000 1 800 Contrainte Max MPa 160 20 Coeff dilatation 10 °K 17 45 -6 Comportement impact Qualité aspect Intégration fonction / style PAGE 7 / Innov Days PEP – Oyonnax - 10 Octobre 2013 -1 Doublure structurelle SMC Panneaux de carrosserie TP Volet Peugeot 508 SW Démarrage série Usine PSA Usines PO 12/2010 Rennes (France) Ruitz + St Désirat (France) Avantages de la technologie - Gain de masse Liberté de style Gestion diversité 13 Kg 30% gain masse Versions motorisées Réduction des investissements Autres caractéristiques - Panneau bas fusible en choc arrière Structure SMC peinté en laque texturée Intégration des feux arrières PAGE 8 / Innov Days PEP – Oyonnax - 10 Octobre 2013 Volet Citroen C4 Picasso Démarrage série Usine PSA Usines PO 03/2013 Vigo (Espagne) Arevallo + Redondella Avantages de la technologie - Gain de masse Liberté de style Gestion diversité (motorisation) Réduction des investissements Autres caractéristiques - Structure SMC teintée masse grainée Panneau bas fusible en choc arrière Intégration des feux arrières Compatible test ECE R11 PAGE 9 / Innov Days PEP – Oyonnax - 10 Octobre 2013 17 Kg 30% gain masse Autres applications ouvrants arrières Jaguar – Land Rover 13,6 Kg 35% weight saving Range Rover Evoque : - DMS 07/2011 – GB Versions 3 et 5 portes 12 Kg New Range Rover : - DMS 06/2102 – GB Jaguar XF Sportbreak : - DMS 10/21012 – GB Integration des feux arrières New Range Rover Sport : - DMS 06/2013 – GB Roewe Roewe E50 (véhicule électrique) - 30% weight saving DMS 12/2012 - Chine PAGE 10 / Innov Days PEP – Oyonnax - 10 Octobre 2013 10.5 Kg 30% weight saving 12,5 Kg 30% weight saving 3. Hybrides acier - thermoplastique Historique : application aux FAT et ouvrants arrières Cas du volet Peugeot 308 PAGE 11 / Innov Days PEP – Oyonnax - 10 Octobre 2013 Technologie hybride TP / Acier Historique : application aux faces avant technique Utilisation depuis fin années 90 : PA puis PP - Exemple FAT Audi Q7 Matière: PP-LGF 30% + Insert acier surmoulé Intérêt : renfort mécanique et intégration fonction - Arrachage capot, rigidité et stabilité température Intérêt pour les ouvrants arrières Renfort mécanique : idem FAT Stabilité dimensionnelle : - blocage du retrait Appréhendé par simulation (suppression du moule proto) PAGE 12 / Innov Days PEP – Oyonnax - 10 Octobre 2013 Inserts métalliques surmoulés Volet Peugeot Nouvelle 308 hybride TP / acier Description Caisson en PP GFL teinté masse - Intégration partielle des garnitures Renforcement par tôles surmoulées Panneau inférieur compound PP collé Spoiler ABS/PC collé 11.8 Kg 25% gain masse Avantages qualité perçue Bruits de claquements Qualité aspect bord de pièce (tranche du volet) PAGE 13 / Innov Days PEP – Oyonnax - 10 Octobre 2013 Volet Peugeot Nouvelle 308 hybride TP/Acier Conception hybride : produit – process itératif Dimensionnement produit vs spec Contraintes process moulage: surmoulage, dépouilles.. Stabilité dimensionnelle Contraintes process collage Compatibilité avec l’ensemble du cahier des charges (statique, température, vibratoire, choc…) Points de progrès Conception nervures Simulation torsion Meilleur couplage process / mécanique en simulation Caractérisation matière thermo-visco-élasto-plastique… PAGE 14 / Innov Days PEP – Oyonnax - 10 Octobre 2013 4. Hybrides acier – composites thermodurcissables Compatibilité avec les modes d’assemblage caisse Cas des planchers de charge pour plateforme PSA PAGE 15 / SIA-SFIP - Clermont Ferrand - 13 Juin 2013 Hybride TD / Métal Adaptation aux modes d’assemblage automobile Conserver un mode d’assemblage compatible avec : - Les moyens industriels existants des constructeurs Le passage en cataphorèse et chaine de peinture Le sertissage TD / Métal - Exemple de capot doublure TD / peau aluminium Capot proto Renault Laguna serti aluminium / composite La soudure par points - Sumoulage d’inserts acier en périphérie de la pièce permettant de souder par point le composite Pièces composite en SMC UP résistant au passage en cataphorèse et chaine peinture PAGE 16 / Innov Days PEP – Oyonnax - 10 Octobre 2013 Proto acier / composite pour validation de la soudure par point Planchers de coffre hybride TD / Acier Plateforme PSA Plateforme optimisée en masse et modulaire pour véhicules Citroën C4 Picasso, Peugeot 308 … Planchers SMC UP densité 1,4 avec inserts tôle - Démarrage série Mars 2013 (C4 Picasso) Usines PSA Vigo (Esp) – Sochaux (Fr) Usines PO Arevalo (Sp) Douai (Fr) 3,7 Kg Avantages de la technologie - 40% gain masse Gain de masse Soudure par points sur ligne de ferrage Autres caractéristiques - Gestion de la diversité plateforme (3 planchers pour berline, break, van …) PAGE 17 / Innov Days PEP – Oyonnax - 10 Octobre 2013 Planchers Composite PSA Conception et fabrication Positionnement de l’insert en fibre neutre Tôles trouées pour lien mécanique après moulage Surmoulage dans un procédé SMC Ferrage sur caisse, soudure par points Passage cataphorèse et peinture Détail d’insert pour sumoulage Jeux d’inserts et flancs de SMC avant moulage Coupe du plancher au niveau de l’insert tôle PAGE 18 / Innov Days PEP – Oyonnax - 10 Octobre 2013 5. CONCLUSIONS : Evolution vers des hybrides Composites haute performance Développement des composites haute performance Perspectives d’application sur la caisse automobile PAGE 19 / Innov Days PEP – Oyonnax - 10 Octobre 2013 Evolution des hybrides Etat actuel : hybrides métal / polymère Prise en compte des contraintes actuelles d’assemblages des constructeurs (passage en cataphorèse). Le meilleur matériau au meilleur endroit A venir : Hybrides composites / composites Développement des composites hautes performances Hybrides fibres coupées / fibres continues - Remplacement des inserts métal par des inserts fibres continues Hybrides verre / carbone: tissus, unidirectionnels PAGE 20 / Innov Days PEP – Oyonnax - 10 Octobre 2013 Perspectives d’application automobile Composites : un potentiel de 100Kg de gain masse Pièces semi-structurelles : caissons, planchers Ar… - intégrations de fonctions, liberté de forme Pièces structurelles : planchers Av, pieds, traverses … - remplacement ou complément des pièces THLE Liaisons avec des pièces acier et aluminium PAGE - Clermont Ferrand --13 20132013 PAGE21 21/ /SIA-SFIP Innov Days PEP – Oyonnax 10Juin Octobre Allègement : vers une stratégie multi-matériaux Quelle répartition : - Acier : - Aluminium : - Composites : 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 matières premières disponibles (ex. fibres de carbone) de l’impact énergétique (ex. alu ) et environnemental (ex. plastiques) à mesurer PAGE 22 / Innov Days PEP – Oyonnax - 10 Octobre 2013
