基于材料信息模型的乘用车ELV管控技术研究

王泉杰，孙启林，刘凯，李凡

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 背景

2017年，我国汽车年增长超过2300万辆，保有量达2.17亿。据权威机构预测，我国有大量的汽车即将进入生命周期的末端，汽车报废的高峰已临近，2019年可能超过1300万辆。大量的报废汽车不仅带来严重的环境污染，同时也给国家造成了严重的经济压力。

为此，各国均针对汽车有毒有害物质的使用和回收利用，出台了相应的ELV（End-of-Life Vehicle）法规和行政要求，对整车生产企业提出了更高的要求。作为应对，如何实现汽车中有毒有害物质的有效管控，提高汽车报废后所用材料及零部件的可再利用率与可回收利用率，成为汽车材料工作的关注焦点和重要研究课题。

本文基于国内外ELV法规的相关要求，结合整车生产企业材料管控经验，并参考车辆拆解回收的实际过程，建立乘用车材料信息模型。利用所建立的模型，对三类22款量产汽车进行整车的可回收和可再利用率校核计算，建立详细的有毒有害物质使用情况清单，并据此提出适用于整车生产企业的ELV管控方法和体系。

2 国内外elv法规要求

（1）欧盟RRR认证法规

欧盟委员会于2005年10月26日正式颁布了《关于车辆可再使用性、再利用性与可回收利用性型式认证的技术指令（2005/64/EC）》[1]，简称 RRR型式认证；同时，该指令还引用欧盟委员会《关于报废汽车的技术指令（2000/53/EC）》[2]（简称ELV指令）的要求，对各成员国销售汽车的零部件材料中的有毒有害物质使用情况加以管理。指令规定，所有进入欧盟市场的M1、N1类（依据欧盟70/156/EEC指令分别定义为九座及以下乘用车和最大设计总质量不超过 3500 kg的载货车辆）汽车自2008年12月15日起，必须通过RRR型式认证，保证汽车零部件材料可再利用率和可回收利用率达到指令要求。具体包括：

有毒有害物质要求：欧盟各会员国应确保自 2003年 7月1日起投入市场的车辆中（包括材质与零件），相同材质物料所含的铅、汞、六价铬，不得超过重量的0.1%（1000ppm）；相同材质物料所含的镉，不得超过重量的0.01%（100ppm）。不同材质、不同颜色和相同材质不同颜色都必须分开测试；

可回收利用率及可再利用率要求：将汽车零部件或材料划分为再使用、再利用、能量回收、回收利用四个阶段，并依此进行汽车可回收利用率和可再利用率计算。2006年1月1日起，每年每一辆报废汽车其平均重量至少有85%能够被再利用；其中，材料回收率至少为80%；2015年1月1日起，该两项指标要求分别提升至95%和85%；该两率要求影响范围包括汽车类及汽车类废品，包括其配件、材料及备用或替代品，生产厂家和原料供应商。

（2）国内法规要求

工信部于2015年6月1日正式颁布《汽车有害物质和可回收利用率管理要求》。规定自2016年1月1日起，新产品有害物质使用、可回收利用率计算方法应分别符合国家标准GB/T 30512-2014《汽车禁用物质要求》[3]和GB/T 19515-2015《道路车辆 可再利用性和可回收利用性计算方法》[4]的要求。

与欧盟RRR法规相比，我国的有毒有害物质和两率要求仅针对 M1类车辆。但禁用物质要求更严格[5]，除欧盟规定的四项重金属外，增加要求材料中多溴联苯和多溴联苯醚的含量不得超过材料重量的0.1%（1000ppm）。

3 乘用车材料信息模型

上述法规要求，要求整车生产企业建立较为完备的整车用材管控体系，明确车辆材质组成和回收利用属性信息，并形成规范化的数据报表供主管部门审查。为此，本文基于整车生产企业材料管控经验，结合车辆拆解回收的实际过程，建立乘用车材料信息模型。

凌波等[6]采用多层树形结构模型对汽车产品回收信息进行描述，构建了整车-零部件-材料三层信息模型。该模型可在一定程度上描述车辆的可回收利用程度，但未考虑车辆拆解的实际情况。例如，乘用车中含有大量的电控元器件，其中包含了金属、不饱和聚酯、陶瓷等材料，根据材料回收利用特性，金属为可再利用材料，不饱和聚酯为可能量回收利用材料；然而，考虑车辆拆解实际，电控元器件中金属材料（铜合金、贵金属等）多位于端子、电容、电阻等微小元器件中，以目前的拆解技术，将其拆解为均一材质的难度大，成本高，不具备实际可操作性，因此应作为不可回收材料纳入整车的两率计算。

根据车辆拆解的实际流程，结合GB/T 19515-2015规定，将汽车零部件分为拆解回收零部件集（Pd）和非拆解回收零部件集（Pn），具体定义为：

其中，Pdis和Pnis分别表征第i个拆解回收和非拆解回收零部件的结构信息，包括零部件名称、图号、所属总成等，用于标记零部件位于整车的层级结构和位置信息；Pdid表征第i个拆解回收零部件的拆解信息，包括零部件所属拆解的阶段和质量；Pdim和Pnim分别表征第i个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，将车辆中的不可回收或难以拆解的零部件单独抽取出来，纳入不可回收零部件集Px，具体定义为：

其中，Pxis和Pxim分别表征第i个不可回收零部件的结构和材料信息，用于整车有毒有害物质信息统计及管控，同时避免计算所得整车两率结果的虚高。

基于所划分的零部件集，可建立整车的材料信息模型：

其中，P为零部件集；D为拆解信息集；M为材料信息集；表征零部件集与拆解信息集间的映射关系；表征零部件集与材料信息集间的映射关系；具体定义为：

其中，n为车辆零部件总数。

4 基于材料信息模型的乘用车ELV管控

基于前文所建立的整车材料信息模型，结合产品拆解实际，本文对三类22款量产汽车进行整车的可回收和可再利用率校核计算，并建立详细的有毒有害物质使用情况清单。

（1）整车材料信息数据采集

首先，为获取整车材料信息数据，本文采用 CAMDS（China Auto-motive Material Data System）系统，通过二级供应商-一级供应商-整车生产企业多层次数据提报和审批，采集所有零部件的材料信息数据，并确保数据的真实性和完整性。

（2）零部件集建立

根据不同零部件的实际拆解状态和工艺，并结合 GB/T 19515-2015规定，将可预处理或材质单一、易拆解并可再使用的零部件纳入Pn。以某量产纯电动轿车为例，其非拆解回收零部件集的主要信息如表1所示。

㉕这是维护专制主义和奴隶制，反对雇佣劳动的民法学家兰盖反对孟德斯鸠所说的话。马克思指出，这句话“表明了他的见解的深刻”。因为在马克思看来，孟德斯鸠虽然能够从社会存在的关系中寻找“法律的精神”，但是，他却唯独没有找到社会关系之中的根本要素——所有权。马克思:《剩余价值理论》第1册，人民出版社版1975年版，第368页。

表1 非拆解回收零部件集

将车辆中的电子电器部件（如控制开关、电机、LED灯泡、ECU等）纳入Px，其余零部件纳入Pd，从而构成整车的材料信息模型。进一步地，将Pd中的零部件进行拆解，并依据材料的拆解和回收特性，将材料划分为金属（Mm）、可再利用非金属（MTr）、可能量回收非金属（MTe）和不可回收（Mx）四类。

（3）材料信息校验

在整车材料信息模型的应用中，由于车辆零部件多、层级深且供应链庞大，常发现所采集的材料信息数据存在遗漏、误差甚至错误。为此，本文根据应用实际，结合前期已完成车型大数据的统计，建立材料信息准确性和完备性的校验项目清单，具体如下所述。

① 计算所得车辆质量与车辆设计整备质量误差在±3%以内；

②Pn中液体质量等于油液（燃油车，以油箱容积的70%计算）、防冻液、玻璃水、减震器油液质量之和；

③ 计算所得整车液体质量等于Pn中液体质量与电池中电解液质量之和；

④Pd中金属材料（Mm）的质量约为整车计算所得金属质量的85%—95%；

⑤Pd中金属铜（包含铜线束、铜合金）的质量约为10—15kg（燃油车）、20—25kg（纯电动车）；

⑥ 计算所得整车中有机天然材料质量约等于可能量回收非金属材料（MTe）中有机天然材料的质量；

⑦ 计算所得整车铅物质含量约为8—18kg（行业平均水平）；

⑧ 除蓄电池外铅物质含量约为100—120g（行业平均水平）。

（4）可回收可再利用率计算及有毒有害物质使用情况统计

根据所建立的整车材料信息模型，可采用下式进行车辆可回收利用率和可再利用率计算：

其中，为零部件集Pn中材料质量之和；、和分别为材料集Mm、MTr和MTe中材料质量之和；Wv为计算所得车辆的总质量。通过对某企业22款量产车型数据的校核和计算，获得其可回收和可再利用率，具体如图1所示。

图1 某企业量产车型可回收利用率和可再利用率

此外，通过对模型中材料信息集M的统计，可便捷的获得车辆有毒有害物质使用情况统计表。以某量产纯电动轿车为例，有毒有害物质用量前十的材料及其结构元信息如表 2所示。

以上结果表明，所研究的车型可回收率与可再利用率均满足国内外法规的要求；含有有毒有害物质的零部件，均为GB/T 30512所明确规定的豁免零部件，满足标准要求。

（5）基于整车材料信息模型的ELV管控体系建立

根据前文所述，根据所建立的模型信息，整车生产企业可便捷的校核和计算车辆的可回收率与可再利用率，并获得车辆有毒有害物质使用情况信息，从而建立高效和有针对性的ELV管控体系。

① 建立材料认可和供应链管控机制。要从产品设计开始，尤其是使用不可回收或含有毒有害物质的材料的零部件，对各级供应商的选择、采购、生产、包装等各个阶段进行严格的准入和控制，将满足环保要求作为材料供应商选择的重要依据。同时，应积极开展材料供应商的环保生产一致性管控能力认可，并通过技术协议与合同要求一级供应商采购经过认可的原材料供应商的产品。

表2 某量产纯电动轿车有毒有害物质用量前十的材料及其所属零部件信息

② 搭建和完善生产制造管控体系和流程。应联合材料、法规、开发、制造、销售、售后等各个环节，组成虚拟的跨部门、跨事业部小组，结合整车开发流程梳理相关体系和职责与各个开发阶段的输入和输出，并明确各部门的职责和义务。

③ 材料标准的建立和完善。整车生产企业需建立并完善汽车用材和有毒有害物质控制的企业标准，对物质种类、适用范围、限制、检测方法、判定标准等加以明确规定。同时，应制定并明确供应商申报的零部件材料数据信息填报和审核的流程与标准，明确材料数据真实性管控方案及相应的激励与处罚措施。

5 结论

本文根据国内外ELV法规的相关要求，结合车辆拆解回收的工作实际，建立了乘用车材料信息模型并提出材料信息准确性和完备性的校验项目清单。利用此模型，可高效并准确地计算车辆的可回收和可再利用率，建立有毒有害物质使用情况清单，便于整车生产企业根据自身实际，建立高效和有针对性的ELV管控体系。

参考文献

[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 汽车禁用物质要求[S].

[4] GB/T 19515-2015 道路车辆可再利用性和可回收利用性计算方法[S].

[5] 康医飞,徐耀宗,董长青.基于CAMDS的RRR法规应对研[J].汽车工艺与材料, 2012(11):57-61.

[6] 凌波,刘光复,张雷,李玉刚.基于汽车产品回收信息模型的RRR计算[J].合肥工业大学学报:自然科学版,2012, 35(8):1059-1063.