基于材料信息模型的乘用車ELV管控技術研究

王泉杰，孫啟林，劉凱，李凡

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 背景

2017年，我國汽車年增長超過2300萬輛，保有量達2.17億。據權威機構預測，我國有大量的汽車即將進入生命周期的末端，汽車報廢的高峰已臨近，2019年可能超過1300萬輛。大量的報廢汽車不僅帶來嚴重的環境污染，同時也給國家造成了嚴重的經濟壓力。

為此，各國均針對汽車有毒有害物質的使用和回收利用，出臺了相應的ELV（End-of-Life Vehicle）法規和行政要求，對整車生產企業提出了更高的要求。作為應對，如何實現汽車中有毒有害物質的有效管控，提高汽車報廢后所用材料及零部件的可再利用率與可回收利用率，成為汽車材料工作的關注焦點和重要研究課題。

本文基于國內外ELV法規的相關要求，結合整車生產企業材料管控經驗，并參考車輛拆解回收的實際過程，建立乘用車材料信息模型。利用所建立的模型，對三類22款量產汽車進行整車的可回收和可再利用率校核計算，建立詳細的有毒有害物質使用情況清單，并據此提出適用于整車生產企業的ELV管控方法和體系。

2 國內外elv法規要求

（1）歐盟RRR認證法規

歐盟委員會于2005年10月26日正式頒布了《關于車輛可再使用性、再利用性與可回收利用性型式認證的技術指令（2005/64/EC）》[1]，簡稱 RRR型式認證；同時，該指令還引用歐盟委員會《關于報廢汽車的技術指令（2000/53/EC）》[2]（簡稱ELV指令）的要求，對各成員國銷售汽車的零部件材料中的有毒有害物質使用情況加以管理。指令規定，所有進入歐盟市場的M1、N1類（依據歐盟70/156/EEC指令分別定義為九座及以下乘用車和最大設計總質量不超過 3500 kg的載貨車輛）汽車自2008年12月15日起，必須通過RRR型式認證，保證汽車零部件材料可再利用率和可回收利用率達到指令要求。具體包括：

有毒有害物質要求：歐盟各會員國應確保自 2003年 7月1日起投入市場的車輛中（包括材質與零件），相同材質物料所含的鉛、汞、六價鉻，不得超過重量的0.1%（1000ppm）；相同材質物料所含的鎘，不得超過重量的0.01%（100ppm）。不同材質、不同顏色和相同材質不同顏色都必須分開測試；

可回收利用率及可再利用率要求：將汽車零部件或材料劃分為再使用、再利用、能量回收、回收利用四個階段，并依此進行汽車可回收利用率和可再利用率計算。2006年1月1日起，每年每一輛報廢汽車其平均重量至少有85%能夠被再利用；其中，材料回收率至少為80%；2015年1月1日起，該兩項指標要求分別提升至95%和85%；該兩率要求影響范圍包括汽車類及汽車類廢品，包括其配件、材料及備用或替代品，生產廠家和原料供應商。

（2）國內法規要求

工信部于2015年6月1日正式頒布《汽車有害物質和可回收利用率管理要求》。規定自2016年1月1日起，新產品有害物質使用、可回收利用率計算方法應分別符合國家標準GB/T 30512-2014《汽車禁用物質要求》[3]和GB/T 19515-2015《道路車輛 可再利用性和可回收利用性計算方法》[4]的要求。

與歐盟RRR法規相比，我國的有毒有害物質和兩率要求僅針對 M1類車輛。但禁用物質要求更嚴格[5]，除歐盟規定的四項重金屬外，增加要求材料中多溴聯苯和多溴聯苯醚的含量不得超過材料重量的0.1%（1000ppm）。

3 乘用車材料信息模型

上述法規要求，要求整車生產企業建立較為完備的整車用材管控體系，明確車輛材質組成和回收利用屬性信息，并形成規范化的數據報表供主管部門審查。為此，本文基于整車生產企業材料管控經驗，結合車輛拆解回收的實際過程，建立乘用車材料信息模型。

凌波等[6]采用多層樹形結構模型對汽車產品回收信息進行描述，構建了整車-零部件-材料三層信息模型。該模型可在一定程度上描述車輛的可回收利用程度，但未考慮車輛拆解的實際情況。例如，乘用車中含有大量的電控元器件，其中包含了金屬、不飽和聚酯、陶瓷等材料，根據材料回收利用特性，金屬為可再利用材料，不飽和聚酯為可能量回收利用材料；然而，考慮車輛拆解實際，電控元器件中金屬材料（銅合金、貴金屬等）多位于端子、電容、電阻等微小元器件中，以目前的拆解技術，將其拆解為均一材質的難度大，成本高，不具備實際可操作性，因此應作為不可回收材料納入整車的兩率計算。

根據車輛拆解的實際流程，結合GB/T 19515-2015規定，將汽車零部件分為拆解回收零部件集（Pd）和非拆解回收零部件集（Pn），具體定義為：

其中，Pdis和Pnis分別表征第i個拆解回收和非拆解回收零部件的結構信息，包括零部件名稱、圖號、所屬總成等，用于標記零部件位于整車的層級結構和位置信息；Pdid表征第i個拆解回收零部件的拆解信息，包括零部件所屬拆解的階段和質量；Pdim和Pnim分別表征第i個拆解回收和非拆解回收零部件的材料信息，包括材料的重量、成分及其比重。

此外，將車輛中的不可回收或難以拆解的零部件單獨抽取出來，納入不可回收零部件集Px，具體定義為：

其中，Pxis和Pxim分別表征第i個不可回收零部件的結構和材料信息，用于整車有毒有害物質信息統計及管控，同時避免計算所得整車兩率結果的虛高。

基于所劃分的零部件集，可建立整車的材料信息模型：

其中，P為零部件集；D為拆解信息集；M為材料信息集；表征零部件集與拆解信息集間的映射關系；表征零部件集與材料信息集間的映射關系；具體定義為：

其中，n為車輛零部件總數。

4 基于材料信息模型的乘用車ELV管控

基于前文所建立的整車材料信息模型，結合產品拆解實際，本文對三類22款量產汽車進行整車的可回收和可再利用率校核計算，并建立詳細的有毒有害物質使用情況清單。

（1）整車材料信息數據采集

首先，為獲取整車材料信息數據，本文采用 CAMDS（China Auto-motive Material Data System）系統，通過二級供應商-一級供應商-整車生產企業多層次數據提報和審批，采集所有零部件的材料信息數據，并確保數據的真實性和完整性。

（2）零部件集建立

根據不同零部件的實際拆解狀態和工藝，并結合 GB/T 19515-2015規定，將可預處理或材質單一、易拆解并可再使用的零部件納入Pn。以某量產純電動轎車為例，其非拆解回收零部件集的主要信息如表1所示。

?這是維護專制主義和奴隸制，反對雇傭勞動的民法學家蘭蓋反對孟德斯鳩所說的話。馬克思指出，這句話“表明了他的見解的深刻”。因為在馬克思看來，孟德斯鳩雖然能夠從社會存在的關系中尋找“法律的精神”，但是，他卻唯獨沒有找到社會關系之中的根本要素——所有權。馬克思:《剩余價值理論》第1冊，人民出版社版1975年版，第368頁。

表1 非拆解回收零部件集

將車輛中的電子電器部件（如控制開關、電機、LED燈泡、ECU等）納入Px，其余零部件納入Pd，從而構成整車的材料信息模型。進一步地，將Pd中的零部件進行拆解，并依據材料的拆解和回收特性，將材料劃分為金屬（Mm）、可再利用非金屬（MTr）、可能量回收非金屬（MTe）和不可回收（Mx）四類。

（3）材料信息校驗

在整車材料信息模型的應用中，由于車輛零部件多、層級深且供應鏈龐大，常發現所采集的材料信息數據存在遺漏、誤差甚至錯誤。為此，本文根據應用實際，結合前期已完成車型大數據的統計，建立材料信息準確性和完備性的校驗項目清單，具體如下所述。

① 計算所得車輛質量與車輛設計整備質量誤差在±3%以內；

②Pn中液體質量等于油液（燃油車，以油箱容積的70%計算）、防凍液、玻璃水、減震器油液質量之和；

③ 計算所得整車液體質量等于Pn中液體質量與電池中電解液質量之和；

④Pd中金屬材料（Mm）的質量約為整車計算所得金屬質量的85%—95%；

⑤Pd中金屬銅（包含銅線束、銅合金）的質量約為10—15kg（燃油車）、20—25kg（純電動車）；

⑥ 計算所得整車中有機天然材料質量約等于可能量回收非金屬材料（MTe）中有機天然材料的質量；

⑦ 計算所得整車鉛物質含量約為8—18kg（行業平均水平）；

⑧ 除蓄電池外鉛物質含量約為100—120g（行業平均水平）。

（4）可回收可再利用率計算及有毒有害物質使用情況統計

根據所建立的整車材料信息模型，可采用下式進行車輛可回收利用率和可再利用率計算：

其中，為零部件集Pn中材料質量之和；、和分別為材料集Mm、MTr和MTe中材料質量之和；Wv為計算所得車輛的總質量。通過對某企業22款量產車型數據的校核和計算，獲得其可回收和可再利用率，具體如圖1所示。

圖1 某企業量產車型可回收利用率和可再利用率

此外，通過對模型中材料信息集M的統計，可便捷的獲得車輛有毒有害物質使用情況統計表。以某量產純電動轎車為例，有毒有害物質用量前十的材料及其結構元信息如表 2所示。

以上結果表明，所研究的車型可回收率與可再利用率均滿足國內外法規的要求；含有有毒有害物質的零部件，均為GB/T 30512所明確規定的豁免零部件，滿足標準要求。

（5）基于整車材料信息模型的ELV管控體系建立

根據前文所述，根據所建立的模型信息，整車生產企業可便捷的校核和計算車輛的可回收率與可再利用率，并獲得車輛有毒有害物質使用情況信息，從而建立高效和有針對性的ELV管控體系。

① 建立材料認可和供應鏈管控機制。要從產品設計開始，尤其是使用不可回收或含有毒有害物質的材料的零部件，對各級供應商的選擇、采購、生產、包裝等各個階段進行嚴格的準入和控制，將滿足環保要求作為材料供應商選擇的重要依據。同時，應積極開展材料供應商的環保生產一致性管控能力認可，并通過技術協議與合同要求一級供應商采購經過認可的原材料供應商的產品。

表2 某量產純電動轎車有毒有害物質用量前十的材料及其所屬零部件信息

② 搭建和完善生產制造管控體系和流程。應聯合材料、法規、開發、制造、銷售、售后等各個環節，組成虛擬的跨部門、跨事業部小組，結合整車開發流程梳理相關體系和職責與各個開發階段的輸入和輸出，并明確各部門的職責和義務。

③ 材料標準的建立和完善。整車生產企業需建立并完善汽車用材和有毒有害物質控制的企業標準，對物質種類、適用范圍、限制、檢測方法、判定標準等加以明確規定。同時，應制定并明確供應商申報的零部件材料數據信息填報和審核的流程與標準，明確材料數據真實性管控方案及相應的激勵與處罰措施。

5 結論

本文根據國內外ELV法規的相關要求，結合車輛拆解回收的工作實際，建立了乘用車材料信息模型并提出材料信息準確性和完備性的校驗項目清單。利用此模型，可高效并準確地計算車輛的可回收和可再利用率，建立有毒有害物質使用情況清單，便于整車生產企業根據自身實際，建立高效和有針對性的ELV管控體系。

參考文獻

[1] European Parliament and the Council of the European Union.Directive 2005/64/EC on the type-approval of motor vehicles with regard to their reusability, recyclability and recoverability and amending Council Directive 70/156/ECC[S].

[2] European Parliament and the Council of the European Union.Directive 2000/53/EC on End-of life vehicles[S].

[3] GB/T 30512-2014 汽車禁用物質要求[S].

[4] GB/T 19515-2015 道路車輛可再利用性和可回收利用性計算方法[S].

[5] 康醫飛,徐耀宗,董長青.基于CAMDS的RRR法規應對研[J].汽車工藝與材料, 2012(11):57-61.

[6] 凌波,劉光復,張雷,李玉剛.基于汽車產品回收信息模型的RRR計算[J].合肥工業大學學報:自然科學版,2012, 35(8):1059-1063.