【第十届全球汽车产业峰会】吉林大学青岛汽车研究院执行院长马芳武：汽车生态评价和轻量化关键技术

4月26日，2018第十届全球汽车产业峰会在北京举办，本次论坛以“创新技术引领产业未来”为主题，会议期间，吉林大学青岛汽车研究院执行院长马芳武发表了精彩演讲，演讲内容如下：

吉林大学青岛汽车研究院执行院长 马芳武

我给大家分享一下我到吉林大学以后做的一些研究。

我以前在吉利是做吉林的副院长，所以在吉林引导过我们NR平台的开发，也就是吉利现在所有SUV的基础，是我和我的团队做的。还有，这些车当时是为了迎合国家“十二五”规划轻量化的指标，我们做了大量的轻量化工作，后来这些工作扩散到了全国各个兄弟单位进行参考。

回到吉林大学以后，这个工作做了一些进一步的扩展，所以这里面跟大家分享，就是汽车生态评价引起的一些相关的轻量化的关键技术。首先，大家都在讲生态，所以我会介绍生态新馆的一些概念，然后汽车生态评价由天津技术中心做的一些方案，整个汽车生命周期的产品循环的过程，以及一些相关的技术。

这是很典型的一个PPT，大家可能都耳熟能详，知道我们生活中生命中所有使用的一些材料，实际上是源于自然的，经过使用和处理，以及经过一系列的一些加工，最后实际上我们的材料是要回归自然的，这样是一个大的概念。但是我们恰恰有些材料它是没有办法回归自然，比如说现在我们看到的大量的一些白色的塑料，所以我们现在研究的一些东西可能就是怎样使这些东西进行降解？能够更好的回归自然。

这是欧洲、美国和中国做的一些分析，实际上我们现在用的燃油，我们追根溯源的话应该从油井开始，从油井到车轮，这整个过程中产生的一些二氧化碳的排放，各个国家都有一定相关的指标，但是我们看中国的情况，中国在2015-2020年之间要降30%，2020-2025年降27%，下面另外一个五年计划就是2025-2030年要降36%，这样的一个指标，这也是非常残酷的一个指标。

去年我代表中国汽车工程协会在欧洲参加了FISITA领袖峰会，非常荣幸今年会由我来主持上海开FISITA的峰会，2019年我还是这个领袖峰会的主席。这个领袖峰会去年的主题就是大家看到这个Geneva-Swizerland这个主题。总的来说，就是未来人们总的希望值是二氧化碳降的越低越好。

这个是去年FISITA日内瓦的会议上，柏林的一个机构做的非常详细的一个信息。我们可以看到，城市污染的组成部分，我们大家做车的，可能更关心车，汽车里面还分了三个，就是哪些个东西是能够进行降低二氧化碳排放的。比如说PM2.5和PM10有怎样潜力的空间？总的来说，在汽车领域我们会有至少是50%以上的空间是可以进行降低的。

这是我们总的来看，对一个汽车来说，刚才讲了一个大的循环，所有的材料就是来自于自然，最后要回归自然，但是在这个过程中，我们是从轻量化到清洁能源，到智能化，以及回收和绿色材料整个过程的循环。特别是大家可能看，就是第三个，就是智能化好像跟能量回收以及材料回收没有什么关系，但是实际上关系很大。因为智能化我们可以更有效的选择运行的路径，选择出行方式，特别选择一些共享的方式，实际上这个跟绿色出行是相关的。所以现在关于生态汽车的概念是包括智能化的。

这个我要给大家鼓鼓劲，有人说我不是做汽车的，也不是做AI的，我只是做轻量化的，实际上你是在参与整个智能化大的过程。特别是我们很多做材料、做结构的，觉得在智能化的过程中，特别看别的会场都讨论的很热闹，都在讨论AI的事情，实际上我们是在深度的参与，没有我们这些人做材料，做轻量化的基础，那些个Smart车也是无法实现的。

做汽车的轻量化设计也好，做汽车生态环保的设计也好，实际上是在最开始的时候顶层设计，刚才曹总在讲最顶层设计的时候就已经开始了，而不是在材料应用的时候开始的。所以我在大学里面做教授，我也会跟我们的博士生、硕士生以及相关的教授在探讨，在汽车最原始设计的时候，画草图的时候怎样进行一些生态环保概念的应用？特别是在设计的时候，我们要考虑它加工，考虑使用，以及考虑整个汽车产品生命周期的过程。

坦率地说，我们现在一些汽车行业特别忙于搞新能源的车，我们过分关注于汽车在特别前期的一些个设计和投向市场顾客的第一印象，实际上在北美生活时间长的人比较知道，老外他们更关心汽车使用，产品生命周期全过程的一些维修、维护和一些相关性能。

下面介绍一下，就是汽车这个生态评价标准，因为实际上人们在买车的时候，在有欲望购车的时候，首先可能关心是车内的空气质量，再就是车的噪声，然后是尾气排放，然后是综合油耗和相关的有害物质，这些因素构成了我们购车时候一些生态环境和指标的一些需求。

那么中国汽车设计中心根据这些指标参考国外一些相关的法规，做了三大方面的评估，因为我也是参加这个标准的一些发布和制定，中国汽车的生态评价，这里面包括三大方面：

第一个，跟健康有关。

第二个，跟节能相关。

第三个，跟环保相关。

如果我们在侧重于绿色制造和汽车整个产品生命周期发展指标的时候，我们评估的也是，基本上都是和人所能够接受的一些相关的身体的感应，然后对环境的一些污染，和对能量的一些消耗相关的这样一些指标的评价。

具体的来说，在评价的时候，我们要给汽车进行打分，现在这个评价是刚刚开始，所以我们真正的能拿到比较白金牌、金牌、银牌和铜牌的车辆只占到18%左右，81.91%现在是没有拿到相关评价的指标。

刚才讲了，我们是关注于整个汽车产品生命周期所有过程，关于它的材料，关于它的运行，以及关于后期报废的全过程，所以这里大家看到的也是，在生命周期的阶段，关于回收的利用，关于汽车使用、汽车生产、原材料选择，具体指标分类的时候，这个是实现了一个纵坐标，横向是车内空气质量、车内噪声、有害物质、围棋排放、综合油耗，还有一些加分项的内容。

具体来说，每一个都对应了一个标准，车内空气质量我们对应一个国标，很多对应的不是一个标准，而是由多个标准指导的。可能对我们来说更关心的还是车内空气质量，我们看零分的基准、满分的基准，以及相关的实验结果，对应的这边就是相关空气质量一些化学元素的指标测试，这样的工作我不再重复讲，可能大家在买房的时候，我们对一些醛类的指标，苯类的指标是非常敏感的，也是一样的。

这是相关依据的一些标准。

还有我们在评价车的时候，有的时候整个车是不进行拆解做评价，还有是对它的零部件进行一些拆解和评价，这个工作我在吉利的时候，领着吉利的员工我们对自己的新车和相关的对标车都做了相关的评价，但是一定是新的，因为车如果放了一段时间以后，它的指标会有所降低。

这个是对有害物质一些更详细的案例，大家看，这边是列了一些高风险的汽车零部件，这边是可能会有一些豁免零部件的清单。这个工作大家可能看起来比较枯燥，但是实际上这些零件应该是我们最关心的。

下面有个权重表，这个也是中国汽车技术中心相关的，根据刚才我讲的三大项：

第一个健康指标。

第二个环保指标。

第三个节能治保。

第四个是一些相关的加分项，然后做的一个评分表。

对我们来说最关心的是VOC，车内挥发性有机化合物的一些指标，还有相关的有害物质，这个是对于搞材料的人最关心的工作内容。

这个就是刚才我在展示的金字塔形状评分的加权系数，最后我们是对得分，90%以上是白金牌，80-90是金牌，70-80是银牌，60-70是铜牌，还有以下，目前不乐观，就是我们国内一些车没有参与相关指标的评价。

刚才介绍的比较枯燥的内容是我参与中国汽车中心制定的一些相关评价标准和指标，这个是跟我们每个车企息息相关的，你不想关注也不行，因为指标是强制的。

所以我们刚才在讲一个概念，从设计之初，在生产，在整个产品周期的过程，我们对它进行一个全面的评估。所以我们再回忆一下，在设计的时候，是不是有些个过于粗犷的设计？或者一些过量的设计？实际上这个就是顶层设计的设计师，或者是我们在大学的教授应该考虑的一些内容，实际现在大家想一想，我们在设计汽车的时候，这一类设计的东西是非常非常多的。当然作为一个零部件商来说是没有办法，因为主机厂要求你拥有这个零件，但是对于主机厂来说我们是对标设计，我们可以理解成抄袭，或者是过多的装饰。所以我们在以后评价的过程中，也会对过于粗犷的设计和过量的设计进行一些评比。

还有就是在制造的过程中，大家会看到试制的样件、报废的次品、裁剪的废料和加工的废料，这些也会作为我们评估的指标，制造商都知道，现在非常非常多，我前几天去镇江一个厂，他们自己也讲在加工的过程中，特别是在仪表台表皮的制造过程中，废料是非常非常多，所以也是一个改进的过程吧。

那么可回收、可利用的材料，非技术材料由于它的技术和成本的原因，目前是用焚烧处理的，而这个一直就是制约着我们回收率非常低的一个主要原因。所以我们关于材料利用的过程中，这个综合的评估也是非常严酷。

下面我演示一下我们团队和合作伙伴进行的一些项目。前面列的是我们通常在做的轻量化结构优化的一些相关方法，然后集成化设计的一些方法，然后材料的应用和工艺方面的一些应用，这些是相关的典型案例。下面讲一些前沿技术引起的能够对我刚才所讲的生态设计进行贡献量的一些相关内容。

生物基材料，研究有4年的时间，最早跟美国的纳通集团，还有芬兰的伊纽（音）集团，我们也在进行一系列生物基材料的探讨，它的材料可能来自于玉米、土豆、椰子壳等等一系列的相关内容。可能曹总也知道，在美国2000年以后，曾经有一段时间是非常热的相关材料，但是没有做起来，原因是成本的问题。但是我相信如果说强烈的要求回收率和强烈的要求生态的一些指标的话，很可能下一个周期会到来。

那么乳酸基材料首先它是可回收、降解的，安全无毒。另外它的密度和加工性相对的都比较好，所以也成为大家比较青睐的，现在有很多的母婴用品，就是杯子、盘子，一些小孩用的用品，特别青睐于是用乳酸基材料来做。它有一定的问题，就是相对的比较脆，所以现在加了大量的一些材料增加它的性能。这是它的一些颗粒，它甚至可以代替一些骨骼，实际上乳酸基材料最早的开发是用于替代骨丁做的。

这个是我们跟长春应化所研究的一些大量生活用品，一次性的生活用品更受青睐，特别是航空用的一些刀叉，因为我们标成可吃的餐具，因为本身就是用玉米做的。我们做了大量的实验，在高温、高湿，然后以及极低温度做了一系列的实验，目前这些实验都已经通过了，目前北汽也在跟我们进行一系列的讨论。

这是我们相关的试验设备，去年在天津和清华也做了相关的一些实验。包括最基础的拓扑分析，然后下面所有的实验，这个过程全部进行了。

我们再看一些应用案例，大家看到这边，如果大家去福特公司，我们会看福特公司有一个展厅，它会专门展览用大豆、苞米，包括一些麻做的东西。前年我有去莱比锡宝马i3的工厂，他们也展示了用稻壳，一系列的农业产品在做的相关的一些内饰的材料，这个是芬兰的赫尔辛基一个研究团队，做的汽车内饰全部都是用农业产品所制造的内饰零部件。

这个是雷克萨斯里面用的相关的一些汽车内饰的零部件，最近我们也在跟曹总探讨，是不是可以在英利我们也做一些案例？现在大家看的这些个汽车的内饰，以及相关一些外饰的零部件都有大量的应用。

刚才讲的就是乳酸基材料的应用，我认为它可以大量的来降低汽车可回收、可降解的过程中，由于其他一些材料，由于它的增加，增加可回收的一些比例。

那么下面就是微结构材料，这个目前发展的特别火，如果大家仔细看一下，北京的鸟巢，还有深圳的新机场，一系列这些结构，没有任何一个结构是重复的，北京鸟巢的那些柱子没有一个是重复的，这个是计算机发展的结果。但是这些东西在汽车上我们几乎没有体验，原因是汽车不能做那么大的尺寸，汽车都是小尺寸的，即使是前防撞梁里的防撞结构也都是小尺寸的。所以现在发展一种新的理论，就是叫Architectured Cellular Materials 它是指这种结构的做单元元胎似的，它可以做成非常小，微米级、纳米级。如果大家关注国外的一些大学都在研究这些结构。比如说汽车的板材我可以因为是一个实心的石碾，我现在要做成像自行车轮胎一样，它的结构并没有不结实，大家想想埃菲尔铁塔里面的空气是占了97%。

所以我们现在再回想一下汽车用的材料，除了内饰一些松软的材料，全部都是实心的。我们未来的发展趋势就是做一些有结构的空心结构，但是它的基础是3D打印，因为目前的工艺无法实现。大家可能知道有一些蜂窝铝、泡沫铝这样一些结构，有有序的，有无序的，甚至有一些局部，有一些变化的这样一些常用的结构。

然后就是它的加工工艺，上面是传统的轻量化的加工工艺，下面由于引入一些新的概念，来实现微结构的工艺，实际加工是简单了。未来的发展做工艺、做材料、做结构都是严密相加在一起的，不是分家做的，现在各个单位的材料，车身、底盘、工艺是分开的。

现在大家看一下，我们通常材料的这个表，一般来说，横坐标是密度，密度越大的时候，比如说金刚石密度很大，它的强度就会非常好，这是正常符合人的想象的。能不能有这样一个区，就是我在密度非常小的时候，它的强度也非常高，当然这不是我们人能够看到的材料，而是需要我们人工微结构的材料。我们看碳纤维实际上也是在往这个区域来靠的。

大家看到这个例子很典型，我们看3D打印以及相关资料的时候，看新型的支架，可能要去掉很多料，由于新工艺和一些新结构造成的。实际上我们在加工很多材料的过程中，我们都会把很多料去掉。典型的就是汽车的轮胎，现在实际上微结构的轮胎已经在北京满大街都是了，就是抗扎的，大家在骑摩拜单车就是这样的，不需要打气。我们现在也在研究汽车的这样一些轮胎，不怕扎，不充气。

另外材料之间，我刚才看一些厂商还是进行连接，或者是实体连接的过程，未来的趋势就是纳米连接，这个也是我们团队最近三年一直在努力做的一个方向。就是材料和材料之间，一种材料，比如说塑料和铝之间是不经过任何交叉，通过纳米连接的。说的更普通一点，就是我在基材上面，比如说铝进行激光的刻蚀，新的材料跟它融合以后变成一种新的连接方式，这种连接方式可能比铆钉自己连接都要结实。这是我们和日本的合作伙伴在做的一些案例，里面的基底是铝率，外面是常用的一些铁皮。也有仪表台的横梁，也有电池盒和相关的一些容器。

我们在想未来应用的场景会非常非常多，比如说碳纤维和金属之间的连接，比如说钢和铝之间一系列的连接，都可以通过这种方法来实现。

另外一个，就是3D打印技术，大家都已经耳熟能详的，在很多的场合都在讲。我觉得对于汽车的3D打印技术，目前可能大家更关注的还是模型和设计的验证，就是第一步，大家看到的上面这个应用的场景第一步，那么可能未来慢慢的会在车身、内饰、座椅以及相关的零部件上有所应用。我们也做了一些尝试，比如说方向盘和一些个环状的汽车里面的结构。这个是有四个发明，连在一起的，这种微结构的，同时融合了汽车方向盘的结构。

所以总的来说，3D打印目前来说我们更多的是应用于设计的验证，以及功能性的验证，未来的发展趋势是用于批量的制造，特别是刚才有的同事在讲未来的汽车是个性化设计的阶段，量会非常小，但是很可能某一个人，或者某几个人它会定制一些很小量的一些零件，甚至单个的零件，这些都可以用3D打印实现。所以3D打印它是从一个小的零件然后到整车的一个过程，有人认为3D打印就是打印整个一个车，这个逻辑上有问题。

所以总的来说，我认为未来汽车的材料也好，还有汽车的制造过程也好，还是我刚才一开始讲的那句话，要回归物质制造的本原，物质本来是来自于自然的，所以我们最后使用汽车的整个生命周期，比如结束以后要回归自然，这个过程中对人的伤害和对自然的伤害达到最小，所以我们在探索一些新的材料和新的结构来实现这样的一个梦想。这是整个大的循环，我想特别是我现在东北工作，我老是想把东北玉米的秸秆都给利用起来，减少环境的污染，也是我们国家北方最丰富的一些资源可以使用。但是实际上最好的材料是椰子壳，椰子的纤维在整个自然界是最好的，所以我们国家的资源还是非常多的。我最近也在跟浙江的一家公司在探讨用竹纤维做车子内饰的。

好，今天跟大家分享这么多，我认为未来应该利用一些绿色的技术，特别是利用多孔的技术，就是我所讲的3D打印的技术，我也想大家未来做的桌子、椅子都是中空的，很轻，但是轻的同时并不见得结构强度不好，也并不见得不结实。所以轻和结不结实之间是不挂钩的，我们要利用最先进的一些拓扑分析的方法，利用最新技术设计的方法，特别是多材料融合的方法来实现轻的目的。

好的，今天就跟大家分享这么多，谢谢大家！

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