車体軽量化に関わる構造技術、構造材料に関する課...

車体軽量化に関わる構造技術、構造材料に関する

課題と開発指針の検討

成果報告会資料

2015/ 06/ 22

アーサー・Ｄ・リトル (ジャパン) 株式会社

東京都港区虎ノ門3-5-1虎ノ門37森ビル

Phone : 03-3436-2196（代表） Fax : 03-3436-2197

URL : http://www.ADL.co.jp

独立行政法人

新エネルギー・産業技術総合開発機構殿

2

目次

1.

2.

3.

市場見通し把握

技術見通し把握

軽量化シナリオ作成

0. プロジェクト概要

4. 技術課題・開発目標設定

3

本調査では、運輸機器軽量化に関わる技術についての調査・検討を実施し、「マルチマテリアル化技術ロードマップ」を作成する。

プロジェクトの背景・目的

背景目的

• 持続可能な社会を目指す我が国の技術戦略として、エネルギー戦略と環境保全戦略が非常に重要になる。持続可能な社会を目指すうえで運輸部門のエネルギー消費割合を減らすことは喫緊の課題である。運輸機器の燃費改善に係る課題には、エンジンを始めとした動力機関の効率向上、運輸機器の軽量化、空気抵抗軽減等などがある。中でも動力機関の効率向上に向けた研究開発は精力的に取り組まれ、例えば自動車ではハイブリッド車の普及に至っているが、これに加えて運輸機器の軽量化もまた、燃費改善効果が高いとされ、重要な取組課題の一つになっている。

• このような事から運輸機器である自動車、航空機、鉄道車両等の抜本的な軽量化（半減）に向けて、革新的なアルミニウム材、チタン材、マグネシウム材、鋼板、炭素繊維及び炭素繊維強化樹脂(CFRP)、これらの材料を適材適所に使うために必要な接合技術の開発が非常に重要となる。

• このような背景から独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構では、平成２６年度より「革新的新構造材料等研究開発」事業をスタートし、運輸機器の軽量化に関わる技術開発を推進している。

• 本調査では運輸機器軽量化に関わる技術で、特に国内産業での事業規模が非常に大きい自動車の軽量化をターゲットに調査を行う。

• まず、マルチマテリアルを採用した自動車を前提として仮説を立案しそれを基に課題の整理を行う。

• その仮説で洗い出された課題から課題解決のためのバックキャストを行い、実現しなければいけない目標値を時間軸上に明記する。

• その中で現在の技術開発状況の強み弱み分析を行い、どのようなシーズ技術の寄与が必要であるか明らかにする。

• これらの結果を基に有識者により議論を行いNEDOとしてのマルチマテリアル化技術ロードマップを得る。

4

市場と技術の“これまでの変化“の外挿により“今後の変化の見通し“を立て、マルチマテリアルによる軽量化シナリオを作成し、バックキャストにより技術課題・開発目標を設定した

本検討の全体像について

前提の

確認

市場見通し把握軽量化シナリオ作成

技術課題・開発目標

設定


0 1

2

3 4

既存技術の限界及び

新規技術の実用化見通しを把握する

燃費規制や快適装備の重量動向より

軽量化目標を導出する

部位別に材料採用パターンを検討し

複数の軽量化シナリオを作成する

5

本検討では、従来のエンジン車を議論の主な対象とすることを想定。次世代自動車についても、併せて議論。

前提の確認議論対象車種

従来のエンジン車

次世代自動車（EV、パーソナルモビリティ等）

燃費改善による商品力向上

ドライバビリティ向上による商品力向上

各種快適・安全装備搭載による商品力向上

ランニングコスト低減による普及拡大

航続距離向上による電池搭載量減少、イニシャルコスト低減による普及拡大

軽量化（材料置換）の目的

本検討の主な対象

2030年まで市場の大半を占めることが想定されるため、

軽量化によるCO2削減のインパクトが大きい

2030年まで市場を占める割合

は限定的であり、軽量化インパクト従来車に比べて小さい。日本では、航続距離の向上は軽量化ではなく電池自体の効率向上により実現する方針

検討方針の背景

0

6

9%

20%

6%

7%

12%

7%

7%

18%

3%

11%

本検討では、今後の革新的な構造材料が求められている構造部を議論対象とする。

前提の確認議論対象部位

車重に占める重量比率

部位

車体部品関連

外装系

外板系

フレーム系

足周り関連ホイール系

サスペンション系

前後アームバネ

ダンパサブ

フレーム

潰れる部位

潰れない部位

蓋物

サイド

ルーフ

パワー

トレイン

関連エンジン系

トランスミッション系

燃料装置系

吸排気・燃料系

ステアリング系

電装品・その他

ステアリング

ギアボックス

自動車の“構造部”とは

構造部

（ホワイトボディ

+外板）

・・・カーメーカ各社は航空機に使用されている物と同じ熱硬化性樹脂ＣＦＲＰ材料を・・・プロペラシャフトやシャシフレームなど重要保安部品や構造部品にまで採用を拡大しており、さらに一部車種ではフロントエンドモジュールなど準構造部品で炭素繊維とポリプロピレン樹脂を組み合わせた射出成形材料を採用するなど・・・「平成21年度成果報告書：省エネルギー革新技術開発事業／挑戦研究（事前研究）／革新的材料（CFRP）加工技術の事前研究

NEDO」

出所：日経Automotive等よりアーサー・D・リトル作成

内装系

0

エンジン車

7

ご参考）部位別重量比率

前提として、自動車の構成部位および重量比率を下記の通り理解。

部品例重量比率部位

出所：日経Automotive等よりアーサー・D・リトル作成

車体部品関連

外板系

フレーム系シャシ、フロントサイドメンバー、クロスメンバー、バンパーリンフォース、ドアビーム、センターピラー、フロントピラーなど

バンパー・フロントフェンダー・バックゲート・トランクリッド・ルーフ・サイドドア・トランクリッド・ボンネット・サイドパネルなど

20%

6%

足周り関連

ホイール系

サスペンション系

パワー

トレイン

関連

エンジン系

トランスミッション系

燃料装置系

吸排気・燃料系

リンク類・ロアアーム・アッパーアーム・サスペンション・サブフレームなど

ホイール（ディスク部、リム部）、タイヤなど

フューエルパイプ・エキゾーストマニホールド・インテークマニホールドなど

燃料ポンプ・燃料タンク・スロットルボディなど

トランスミッション・ギアボックス・プロペラシャフト・シフトレバーなど

シリンダーブロック・シリンダーヘッド・ピストン・クランクシャフトなど

12%

7%

7%

18%

ステアリング系ステアリングシャフトなど 3%

電装品・その他カーナビ・ECU、ECUハウジング・ワイヤーハーネスなど 9%

内装系シート・インパネ等 11%

外装系ワイパーアーム・ヒートプロテクター・ドアミラーステー・ガラスなど 7%

0

8

従来のエンジン自動車を対象として、構造部を要求性能が共通する部位に分類し、部位別に軽量化シナリオを検討する。

前提の確認議論対象部位の分類及び現状

出所：日経Automotiveなど各種二次情報よりアーサー・D・リトル作成

構造部（フレーム系、外板系）の現状

0

単純構造

複雑構造

外板系

潰さない部位

潰す部位

フレーム系

衝撃強度

疲労強度

溶接性

耐遅れ破壊特性

衝撃強度

疲労強度

剛性

成形性

エネルギー吸収性

剛性

外観表面品質

（耐面ひずみ性）耐デント性

張り剛性

部位別要求性能

バンパービーム

ドアービーム

フロントピラー

Bピラー

フロントサイドメンバ

フロントクロスメンバ

ドアパネル

フードパネル

1.60

1.30

1.40

0.65

該当部品板厚(mm)

980MPa

ハイテン

590MPa

ハイテン

440MPa

ハイテン

340MPa

ハイテン

材料

約50kg （骨格の20%）



約80kg

部位別重量

衝撃吸収

部位

構造部位

補強部位

外板部位

※車両全体の重量を1300kgと仮定し算出。フレーム系の部位別重量はADL推定

9

目次

1.

2.

3.






10

CO2排出規制に、「次世代自動車の普及」や「快適装備等の重量化による軽量化の必要性」の観点を加えて軽量化目標を導出した。

市場見通し把握軽量化目標導出の全体像

CO2排出規制

車種別普及見通し

車種別CO2排出量

従来車における

CO2排出量と燃費の関係性

従来車の

燃費改善における

軽量化の貢献比率


燃費と重量の関係性


快適装備等の重量化見通し


衝突規制による重量化見通し

従来車の

CO2排出目標

従来車の

軽量化目標

従来車の

軽量化による

燃費改善目標

燃費規制は欧州を先頭に厳格化。年率4%で強化されると、2020年の95g/kmから2030年には60g/kmにまで到達する見通し

少なくとも2030年にHEVが20%、EV・PHEVが10%普及する見通し（従来車の占める割合を高めに想定）

HEVのCO2排出量は従来車（ガソリン車）の2/3

CO2排出量（g/km）=ガソリン1L当たり発熱量（34.6MJ/L）×発熱量当たりCO2排出量（67.1g/MJ）÷燃費（km/L）

燃費改善における軽量化の貢献比率は1/4

1.0km/Lの燃費向上には100kg軽量化が必要

安全、快適、環境装備の重量は2014年比で2020年には43kg程度、2030年には127kg程度増加する見通し

（衝突規制強化による重量化の影響は本検討では加味しない）

従来車のCO2排出目標は

2020年に104g/km、2030年に72g/km

従来車の軽量化目標は14年比で

20年に8～12%減、30年に27～37%

減

72104

130

0

50

100

150

2030 2020

（g/km）

2014

1,300

0

1,000

2,000

-27～37% -8～12%

2030

817～944

2020

1,147～1,190

2014

軽量化による燃費改善目標は14年比で

20年に約1.1km/L増、30年に約3.6km/L増

40

30

2020

0

2030

+3.6 +1.1

32.2

22.4 18.0 18.0

2014

（km/L）

（kg）

1

出所：アーサー・D・リトル作成

11

欧州を先頭に今後もCO2規制の厳格化が継続的に進み、年率4%程度の比率で強化され続けた場合、2030年には60g/km（燃費値38km/L）程にまで到達する見通し。

市場見通し把握 CO2排出規制

出所：ヒアリング及び各種公開資料よりアーサー・D・リトル作成

乗用車CO2排出規制の推移見通し（日欧比較）

114114114114114

136136136136

95

130130130

60

70

80

90

100

110

120

130

140

2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030

60~65

(=36~38km/L)

95

(=25km/L)

114

(=21km/L)

130

(=18km/L)

136

(=17km/L)

130

CO

2排出目標

(フリート平均

) [g/k

m]

1

Japan

EU

12

国内では次世代自動車は少なくとも2030年にハイブリッド車が20%以上、電気自動車及びプラグインハイブリッド車が10%以上普及する見通し。先進国では同等の普及率が想定される。

市場見通し把握車種別普及見通し

出所：「次世代自動車戦略2010」2010/4 経済産業省・次世代自動車戦略研究会よりアーサー・D・リトル作成

車種別普及見通し

※車種別普及見通し：国内における新車販売台数に占める割合

10～15% 20～30% 20～30% 30～40%

5～10% 15～20% 10～20% 20～30%

僅か～1% 1% ～3%

80%以上

（85%） 50～80% 60～70% 30～50%

民間努力

ケース政府目標

2020年 2030年

民間努力

ケース政府目標

僅か～5% ～5% 5～10%

ハイブリッド車

電気自動車・プラグインハイブリッド車

燃料電池車

従来車（ガソリン車）

次世代車

クリーンディーゼル車

20%

10%

70%

0%

10%

5%

85%

0%

0% 0%

本検討の

見通し

本検討の

見通し

【普及見通し設定方針】本検討では従来車が目指すべき（厳格な）軽量化目標を設定すべく

次世代車の普及見通しを低く見積もる

1

13

ハイブリッド車のCO2排出量は、ガソリン車の3分の2程度となる。

市場見通し把握車種別CO2排出量

出所：総合効率とGHG排出の分析報告書（平成23年3月）JHFC（Japan Hydrogen & Fuel Cell Demonstration project）総合効率検討作業部会よりアーサー・D・リトル作成

車種別CO2排出量

1km

走行当たりC

O

2排出量（g/k

m

）

※CO2排出量算出の前提：全車種の基本性能・形状などは原則同等、共通部分の重量は原則同等、JC08モードを利用

0

100

158

0

78

120

0

20

40

60

80

100

120

140

160

電気自動車ハイブリッド車ガソリン車

2010年度

2005年度

1

14

20%

10%

70%

10%

5%

85% 104g/km

70g/km

0g/km

72g/km

48g/km

0g/km

95g/km 60g/km 100% 100%

CO2排出規制と次世代車普及の影響から、従来車のCO2排出目標は2020年に104g/km、2030年に72g/kmとなる。（プラグインハイブリッド車は電気自動車同様CO2を排出しないと想定）

市場見通し把握従来車のCO2排出目標

従来車のCO2排出目標

ハイブリッド車

電気自動車・プラグインハイブリッド車

従来車（ガソリン車）

次世代車

2020年 2030年

普及率普及率 CO2

排出目標

CO2

排出目標

全車種

72

104

130

0

20

40

60

80

100

120

140

2010 2020 2030

出所：各種二次情報よりアーサー・D・リトル作成

従来車（ガソリン車）の

CO2排出目標（g/km）

2014

1

【算出方法】ハイブリッド車のCO2排出量を従来車（ガソリン車）の2/3とし、プラグインハイブリッド車のCO2排出量は電気自動車と同様０として全車種のCO2排出目標及び車種別普及率より各車種のCO2排出目標を算出

【算出例】全車種CO2排出目標（95g/km）=Σ（各車種普及率×各車種CO2排出目標） =104×0.85+(104×2/3)×0.10

15

従来車の燃費改善目標に対して、パワートレインの進化と軽量化は3:1の比率での貢献を期待されており、軽量化が担うべき割合は1/4程度である。

市場見通し把握従来車の燃費改善における軽量化の貢献比率

出所：自動車の軽量化とCFRPに対する期待 2014/11/12 トヨタ自動車、ヒアリングコメントなどよりアーサー・D・リトル作成

従来車の燃費改善における軽量化の貢献比率

ガソリン車のエネルギー消費割合は

走行抵抗：パワートレインで1：3

走行抵抗は空気抵抗の影響を除くと

車両重量に比例

エネルギー消費割合と等しく燃費改善の貢献比率を割り当てると

軽量化とパワートレイン改善の貢献比率は1:3

1

16

ガソリンエンジンの熱効率は、今後も継続的な改善が進む見通しであり、CO2排出規制にも従来と同等の貢献をするものと想定される。

市場見通し把握従来車の燃費改善における軽量化の貢献比率ご参考）パワートレインの進化

出所：内燃機関シンポジウム「ガソリンエンジンの歩みと将来の方向性」日本自動車部品総合研究所 2012/10/31、トヨタ環境技術説明会資料、日経Automotive

Technology 2014/1/30などよりアーサー・D・リトル作成

ガソリンエンジンの熱効率の推移

※SI-Engine:ガソリンエンジン、CI-Engine:圧縮着火エンジン（ディーゼルエンジン）

ガソリンエンジンの熱効率向上のロードマップ

熱効率は2020年に45%、2030年頃には55%に達する可能性ありガソリンエンジンの熱効率は、継続的に改善がなされている

1

17

2010 2020 2030

0

20

28

30

32

34

26

24

22

+3.6 +1.1

32.2

22.4

18.0 18.0

104g/km 72g/km

22.4km/L

（4.4km/L増） 32.2km/L

（14.2km/L増）

1.10km/L増 3.56km/L増

燃費改善目標に対する軽量化の貢献比率を4分の1とすると、軽量化による燃費改善目標は2020年に約1.1km/L増、2030年に約3.6km/L増となる。

市場見通し把握従来車の軽量化による燃費改善目標

従来車の軽量化による燃費改善目標


従来車（ガソリン車）の

燃費改善目標（km/L）

2014

CO2排出目標

2020年 2030年

燃費改善目標

軽量化による

燃費改善目標

軽量化による

燃費改善目標

1

【算出方法】従来車におけるCO2排出量と燃費の関係（CO2排出量（g/km）=ガソリン1L当たり発熱量（34.6MJ/L）×発熱量当たりCO2排出量（67.1g/MJ）÷燃費（km/L））及び、燃費改善における軽量化の貢献比率1/4より算出

【算出例】燃費改善目標（22.4km/L）=34.6×67.1÷104

+4.4

1/4

+14.2 燃費改善目標

1/4

18

エンジン車は、1.0km/Lの燃費向上には100kgの軽量化が必要となる。

市場見通し把握燃費と車両重量の関係性

出所：国土交通省資料（2009年3月）よりアーサー・D・リトル作成

燃費と車両重量の関係性

※燃費：JC08モード燃費

1

19

安全・快適・環境装備が占める重量は継続的に増加する傾向にあり、2014年比で2020年には43kg程度、2030年には127kg程度増加する見通し。

市場見通し把握安全・快適・環境装備の重量見通し

出所： Stephen M. Zoepf, “Automotive Features: Mass Impact and Deployment Characterization,” MS Thesis, Massachusetts Institute of Technology, June 2011などよりアーサー・D・リトル作成

安全・快適・環境装備の重量動向（米国）

478

394

351

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

2014

+43

2030 2020

+127

※各重量には付随して必要となる部品の重量も含む（ex.サンルーフシステムの場合、

ワイヤハーネスや電子モジュール等）

安全・快適・環境装備の重量見通し

※米国車と検討対象車の安全・快適・環境装備重量の比が各車両重量の比と1600（kg）：1300（kg）と一致するとして、安全・快適・環境装備の重量動向（米国）のCAGR（2000-2010）より算出

（kg）

1

安全・快適・環境装備の重量は

2014年比で2030年には127kg程度増加する見通し

20

CO2排出規制の対応には、14年比で20年8%減、30年27%減の軽量化目標を達成する必要がある。快適装備等の重量化の影響を加味すると20年12%減、30年37%減が努力目標となる。

市場見通し把握従来車の軽量化目標


2020年 2030年


従来車の（車両全体の）軽量化目標

110kg減

（8%減） 356kg減

（27%減）

944

1,1901,300

0

500

1,000

1,500

-27% -8%

2030 2020 2014

817

1,1471,300

0

500

1,000

1,500

-37% -12%

2030 2020 2014

2020年 2030年


110kg減 356kg減

43kg減 127kg減

153kg減

（12%減） 483kg減

（37%減）

従来車の軽量化目標：ベース目標

従来車の軽量化目標：努力目標

1

軽量化による

燃費改善目標軽量化目標

（ベース目標）

軽量化による

燃費改善目標 CO2排出規制による

軽量化目標安全・快適・環境装備の

重量化による軽量化目標軽量化目標

（努力目標）

21

196

278

344363

396

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

2010 2015 2020 2025 2030

-3.5%

-43.1% -19.0%

構造部重量は2010年以降年率3.5%程度で低減がなされており、継続的に軽量化が進展すると14年比で2020年に約19%、2030年に約43%の軽量化が進む見通し。

ご参考）車両の重量動向構造部重量

構造部重量の推移に基づく軽量化目標

1

（kg）

構造部重量は年率3.5%程度で低減されており、

14年比で20年に約19%、30年に約43%の軽量化が進む見通し

構造部重量個別データ

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

2014 2012 2010

344

-3.5%

363 396

各年の構造部重量は相違するものの

軽量化は進展する傾向にある（kg）

出所：EuroCarBody Proceeding 2010, 2012, 2014よりアーサー・D・リトル作成

※構造部重量はEuroCarBody Proceeding の発表年別の平均重量、2020年2030年はCAGR（10-14年）より外挿

【凡例】

：実績値

：予測値

22

一方、単位体積当たりの構造部重量は年率2.3%程度で低減されており、14年比で20年に約13%、30年に約31%の軽量化が進む見通し。

ご参考）車両の重量動向単位体積当たり構造部重量


単位体積当たり構造部重量の推移に基づく軽量化目標

38.6

48.7

56.058.161.5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

2010 2015 2020 2025 2030

-2.3%

-31.0% -13.0%

単位体積当たりの構造部重量は年率2.3%程度で低減されており、

14年比で20年に約13%、30年に約31%の軽量化が進む見通し（kg/㎥）

※構造部重量はEuroCarBody Proceeding の発表年別の平均重量、2020年2030年はCAGR（10-14年）より外挿、体積はホイールベース×トレッド幅×全高より算出

単位体積当たり構造部重量個別データ

0

10

20

30

40

50

60

70

80

2014 2012 2010

-2.3%

56.0 58.1 61.5

各年の単位体積当たり構造部重量は

相違するものの軽量化は進展する傾向にある

1

【凡例】

：実績値

：予測値

23

以下モデルの構造部重量と体積を利用。

ご参考）車両の重量動向構造部重量及び体積


520

480

460

440

420

400

380

360

340

320

300

280

260

500

6.2 6.0 5.8 5.4 5.2 5.6 5.0 0.0

240

0

9.2 9.0 8.8 8.6 8.4 8.2 8.0 7.8 7.6 7.4 7.2 7.0 6.8 6.6 6.4

Audi A3

Skoda Rapid

Volvo XC90

Lexus LFA

VW Sharan

Opel Meriva

Ford Grand C-Max

Aston Martin Rapide

Audi A8

BMW 5 Series

Chevrolet Corvette Z06

Renault Samsung Latitude Volvo S60

Alfa Romeo Giulietta Citroen C4

Honda CR-Z 2010Average

Ford Mustang

Renult Twingo

Subaru WRX

BMW i8

Mercedes Benz C-Class

Saab 9-5 Sedan

Jaguar F-type Coupe

Peugeot 308

Mazda Mazda 2

Audi TT

2014Average

Ford Fusion/Mondeo

Land Rover L405

Honda Civic

Mercedes Benz SL class

BMW 3 Series

Cadillac ATS

2012Average

2014

2012

2010

構造部重量及び体積

構造部重量（kg

）

1

体積（㎥：ホイールベース×トレッド幅×全高）

24

目次

1.

2.

3.






25

新規材料を開発対象とするENLIGHTは、実用化において必須要件となる「安全性能」の評価・試験を実施し車体の設計・開発に反映する取り組みを中心に実施している。

技術見通し把握 ENLIGHTの取り組み課題纏め

出所；Enhanced Lightweight Design Periodic report 1 Publishable Summary などよりアーサー・D・リトル作成

2

モジュールの衝突性能、NVH、熱伝達性能（バッテリーの冷却性能）を分析し設計

NVH、FRPの熱による剛性変化、脆性破壊の予測モデルを開発

脆性破壊のモデリングに、界面特性やせん断強度等の機械特性の評価を実施

対象材料特性のデータベース化し、材料開発の進展に伴うアップデート

（車体の要求仕様は自動車会社が提供）

接合・接着技術や成形加工技術の実用性、生産性を評価

疲労、衝突性能、NVHの特性評価・試験を実施

静的試験と動的試験の統合も目指す

軽量化重量、構造耐久性、NVHの検証を実施予定

LCA（Life Cycle Assessment）及びLCC（Life Cycle

Cost）評価を実施

リサイクル性、修復性を環境とコストの視点で評価

取り組み課題開発目標指標

衝突性能

（脆性破壊特性）

NVH

熱伝達性能

（バッテリーの冷却性能）

熱による

剛性変化

疲労特性

軽量化重量

構造耐久性

LCA

（CO2排出量）

LCC

（リサイクルコスト等）

製造技術の

生産性

ADLの見解

必須の要件である安全性能に影響する特性に関する開発を最重視

新たに生じる電気自動車特有の課題に重点的に投資

製造加工企業と

材料企業間の連携が必要な領域

WP1 Module Design

WP2 Simulation

WP3 Material Development

WP4 Manufacturing

WP5 Characterization & Testing

WP6 Validation/Proof of Feasibility

WP7 LCA

26

WP1では個別モジュールを対象とし、衝突性能、NVH、熱伝達（バッテリーの冷却）性能を分析して設計を進めている。

技術見通し把握 ENLIGHTの取り組み課題 WP1


ENLIGHT WP1 Module Design

The objective of WP 1 is the design of lightweight

components for the common demonstrator of the SEAM

cluster. The focus is on advanced materials with enhanced

functions. In particular, the partners involved are

developing concepts for:

• a front module

• suspension parts

• a door module

• components for the cockpit/firewall section

• the floor section

Besides saving weight, also the integration of additional

functions like increasing crash performance, noise and

vibration properties or cooling of the integrated battery

of the electric vehicle are studied. Up to now the basic

concept for each module has been defined and their

feasibility with respect to weight targets and manufacturing

investigated. The detailed design is foreseen for the 2nd

period.

2

27

WP2はシミュレーションを対象とし、NVH特性、FRPの熱による剛性変化、脆性破壊の予測モデルを開発している。



ENLIGHT WP2 Simulation

WP 2 is the simulation work package of ENLIGHT. Focus of the recent

project period was research on material model formulations for the

considered advanced materials and joining methods that are being

developed in ENLIGHT.

Among others, a unit cell model for predicting wave propagation in

infinite periodic structures was developed in order to improve the NVH

behaviour of components. The study of unit cells allows wave

manipulation: waves can be blocked through design of resonant

metamaterials and waves can be focused to achieve acoustic lenses. Shape

optimization is used for the design of acoustic lenses. Through developed

models of finite structures, the unit cell predictions are related to finite

samples to assess improvements in NVH behaviour. Additionally, material

models were developed to predict the behaviour of FRP materials

which change their stiffness dependent on the temperature of the

material which can be influenced by an electric current.

Focusing on high strength and low ductile materials like CFRP brittle

fracture is an important criterion. For this micromechanical modelling of

composite materials under cyclic and high speed loadings for automotive

applications is being considered. So far, a micromechanical modelling has

been developed, starting from the constituents – fibre, matrix and interface.

A consistent approach has been built to determine the constituent properties

using standard test methodologies. An in-depth study has been done to

assess the interface characterisation mechanical properties, such as

interfacial normal and shear strengths. Several micromechanical failure

criteria for cyclic and high-speed loadings are currently being refined.

2

28

WP3は材料開発を対象とし、対象材料の特性をデータベース化し、継続的な更新を進めている。

また、車体への適用において要求される材料仕様はルノーにより提供されている。



ENLIGHT WP3 Material Development

The objective of WP 3 is the development of novel lightweight materials

for applications in the modules designed in WP 1. The materials are to allow

manufacture at medium production volumes, providing affordable vehicle

solutions with added functionality and/or increased safety. The materials

considered in this WP are divided into four categories: thermoplastic

composites, thermoset composites, advanced hybrids and bio-materials.

In order to facilitate the communication within WP 3 but also between WP 1

and WP 3, various documents have been provided comprising different

information about the materials and the requirements:

• A list of all considered materials has been made available for all

partners, along with

• a material database comprising all available properties of the

considered materials.

Both documents are updated continuously, as material development work

creates new results.

• The global requirements for materials regarding use in cars have been

provided by Renault as a basis to define required tests.

A special version of the material list comprises the parts requirements

identified by WP1 partners and for every material it is indicated how good it

fulfils the different requirements. Based on this document, possible

applications can be identified by the individual material suppliers in order to

narrow the materials choice for every application.

To further support the material choice for different applications, it was decided

at the General Assembly that a rough estimation of the environmental impact

of all considered materials is to be given by LCA. A strategy for such LCA has

been decided and the required input for such LCA has been defined.

2

29

WP4は製造加工技術の開発、実用化可能性評価を対象とし、接合・接着技術、熱間ガス成形の生産性の検討を進めている。



ENLIGHT WP4 Manufacturing

WP 4 is addressing the development and the technological

feasibility evaluation of innovative manufacturing, welding

and assembly technologies for the multi-material

concepts/modules designed in WP1. The assessment will

consider also the enabling opportunity of integration of several

functions into one component from the technological and

economical point of view. It will result in a smaller number of

parts within the overall vehicle architecture. Up to now, riveting,

welding and adhesive bonding were evaluated regarding

their implementation in the manufacturing process for

multi materials. Additionally, hot metal gas-forming, the

automation of composite material manufacturing as well as

rapid stamp forming as suitable manufacturing

technologies were evaluated so far.

2

30

WP5は特性評価・試験を対象とし、疲労、衝突性能、NVHの3つの指標に重点を置いている。



ENLIGHT WP5 Characterisation & Testing

WP 5 is supporting ENLIGHT developments with testing and

characterisation activities focussing on three main attributes: fatigue,

crash and NVH. Test and characterisation results will be used to assist in

the validation and updating of the (multi-)material models in WP 2 and to

assist in the development of new lightweight materials in WP 3 and their

manufacturing in WP 4, such that the new module designs of WP 1 can be

validated in WP 6. As such, WP 5 is a highly integrated WP, even outside

of ENLIGHT as close interactions with FP7 projects ALIVE and MATISSE

is also foreseen.

By the end of month 18, work has started on devising appropriate test

strategies and performing first characterisation tests in support of WP 3.

The aim is to combine static and dynamic test to accelerate the

testing by adapting existing high-end test installations which will be

used e.g. for dynamic NVH testing

2

31

WP6では軽量化目標などの検証を対象とし、構造耐久性やNVH等の特性を評価する予定。



ENLIGHT WP6 Validation/ Proof of Feasibility

※WP6 は2015年より開始予定

2

32

WP7はライフサイクル全体の環境負荷評価（LCA）及びコスト評価（LCC）を対象とし、リサイクル性、修復性について環境と費用の観点で評価している。



ENLIGHT WP7 LCA

The objective of WP 7 is to apply the Life Cycle Assessment (LCA)

methodology to calculate and compare the effects of the introduction of

innovative lightweight materials design solutions; the environmental

performances are evaluated during the whole life cycle of the vehicles (“from

crADLe to grave” approach). Only turning the attention from the limited

analysis of the raw materials extraction to a wider analysis including

manufacturing, use and End of-Life phases, it will be possible to appraise the

benefit derived from weight reduction. Because the utilisation of new

materials leads to new potential problems in term of recyclability/

recoverability, these issues will be faced and analysed in order to give

adequate knowledge for LCA evaluations. Along with environmental analysis,

also a Life Cycle Costing (LCC) model will be developed in order to

assess the viability and affordability of lightweighting design solutions.

Up to now, a methodological approach has been set to perform comparative

LCA evaluations. A specific methodology is necessary in order to provide a

consistent tool to develop LCA evaluations in the field of automotive sector, in

particular eco-design solutions for electric vehicles. For this reason, the

established methodology takes into account the outcomes of the E-Mobility

Life Cycle Assessment Recommendations (eLCAr) project. Furthermore the

LCA method will be in accordance with the international standard EN ISO

14040 and the International Reference Life Cycle Data System (ILCD). As

showed in Figure 3, the system boundary includes all the life cycle phases of

the ENLIGHT modules (Production, Use and End-of-life) and their relative

upstream and downstream processes.

2

33

構造部を対象にALIVEは3~5割、ENLIGHTは4~6割程の軽量化実現を開発目標に掲げている。

技術見通し把握ドイツの取組み SEAM 軽量化プロジェクトの開発目標

出所：Automotive Workshop on BiW-Structures Body Engineering Trends – The FP7 SEAM Cluster 2013などよりアーサー・D・リトル作成

フレーム系（BiW）の開発目標外板系（Hang-on parts）の開発目標

380

0

50

100

150

200

250

300

350

400

ENLIGHT ALIVE

-51.6%~ -57.9%

Benchmark EV

(Nissan Leaf)

-39.5%~ -47.4%

160-184 200-230

(kg)

10075 60

0

50

100

150

200

250

300

350

400

ENLIGHT Benchmark EV

(Nissan Leaf)

-25.0%

ALIVE

-40.0%

(kg)

2

34

SEAMクラスターには2013年にアーバン・ビークルの軽量化を対象とするEPSILONとURBAN

EVの二つのプロジェクトが追加されており、次世代車の設計や製造技術の開発が進んでいる。

技術見通し把握ドイツの取組み SEAM 追加プロジェクト

出所：EPSILON HPなどよりアーサー・D・リトル作成

EPSILON

EPSILON(small Electric Passenger vehicle with maximized Safety and

Integrating a Lightweight Oriented Novel body Architecture)

概要：EPSILONは2020年から2025年の二人乗り以上の小型エレクトリック・アーバン・ビークルのコンセプトやプロトタイプを目的とする。より軽量、高効率かつ現在のサブコンパクトカーよりも場所をとらず、より安全な自動車を開発。

期間：November 2013 – October 2016

予算：2.5 million euro (project total)

URBAN EV

URBAN EV（Super Light Architectures for Safe and Affordable Urban

Electric Vehicles）

概要：URBAN EVは、標準的な機械的性能や必要な安全性を備えた軽量エレクトリック・アーバン・ビークルの製造のための自動車軽量化技術の実現可能性の確認を目的とする。ベンチマーク対象であるCasple-EV

（スペイン）の重量を17%低減することを目標とする。材料は軽合金と安価な高分子複合材料

期間：September 2013 – August 2016

予算：3.6 million euro (project total)

2

35

目次

1.

2.

3.






36

軽量化シナリオは、以下の３パターン（＋１）への分岐を想定。

軽量化シナリオ作成シナリオのパターン分け

シナリオ別材料採用方針

3

- 従来材料であるハイテンを限界まで採用する（高張力化による軽量化） - ハイテンで軽量化目標を達成できない場合、他材料を価格が安価な順に検

討し、軽量化目標を達成できる材料を採用する

- ハイテンに拘らず、部位別に軽量化目標を達成するよう、適材適所で価格が安価な順に材料を検討、採用する

- 最も軽量化効果が見込まれるCFRPの実用化見通しをベースに採用する

- CFRPを採用できない場合、他材料を価格が安価な順に検討し、軽量化目標を達成できる材料を採用する

※部品内マルチマテリアル（部品の中で複数材料採用）の可能性を併せて検討

シナリオA

ハイテンの限界シナリオ

シナリオB

適材適所シナリオ

シナリオC

CFRPの可能性シナリオ

- 単一材料を採用した一体化構造により軽量化を実現するシナリオD

一体化構造シナリオ

37

フレーム系及び外板系は、比引張強度、比曲げ降伏強度、比曲げ剛性、比逆降伏比を用いて軽量化効果を算出する。

軽量化シナリオ作成軽量化効果算出方法

部位別の軽量化効果算出方法

単純構造

複雑構造

外板系

潰さない部位

潰す部位

フレーム系

衝撃吸収

部位

構造部位

補強部位

外板部位

バンパービーム

ドアービーム

フロントピラー

Bピラー

フロントサイドメンバ

フロントクロスメンバ

ドアパネル

フードパネル

該当部品

比引張強度ベース、

比曲げ降伏強度ベース、

比曲げ剛性ベース、

比逆降伏比ベースの

軽量化ポテンシャルの平均値より

軽量化効果を算出

（平均軽量化率）

軽量化効果算出方法

3

σ𝑓/𝜌 比引張強度

比曲げ降伏強度

比曲げ剛性

比逆降伏比

σ𝑦 /𝜌

軽量化効果算出指標

𝐸3

/𝜌

σ𝑓/σ𝑦𝜌

σ𝑓

σ𝑦 𝐸

𝜌 ：引張強度

：降伏強度：ヤング率

：比重

軽量化効果算出式

※降伏比は小さいほど降伏後の一様変形の領域が大きくなり、成形性が高い（プレス成型、絞り加工など）ため、本検討では逆降伏比を利用


38

高張力化による軽量化では、剛性が必要な部位での採用が限界に達するため材料置換による軽量化が必要となり、2030年までに衝撃吸収部位や外板のアルミへのシフトが想定される。

軽量化シナリオシナリオA：ハイテンの限界


シナリオA：ハイテンの限界シナリオ

2015 2020 2025 2030 2035 軽量化目標-12% 軽量化目標-37%

980MPa

ハイテン

590MPa

ハイテン

440MPa

ハイテン

340MPa

ハイテン

-13% 1470MPaハイテン



3

（従来の設計を前提とすると）剛性が不足するため、軽量化は見込めない

単純構造

複雑構造

外板系

潰さない部位

潰す部位

フレーム系

衝撃吸収

部位

構造部位

補強部位

外板部位



（従来の設計を前提とすると） 2GPa以上の高張力化は剛性の不足により採用困難

-53% アルミニウム合金（AA5052）


一方、従来の設計思想を変更することで

更なる高張力化及び軽量化を実現する方向性も

重要ではないか

軽量化比率-14% 軽量化比率-38% 構造部全体

【軽量化比率の算出方法】・部位別軽量化比率：現状のハイテン（左端）と代替後の材料を比較して、平均軽量化率より算出

・構造部全体の軽量化比率：部位別軽量化比率に部位別重量割合を乗じて算出

39





材料の特徴を活かし部位別に軽量化目標を達成することを前提とすると、潰さない部位向けにCFRP、外板向けにアルミを採用するシナリオが想定される。

軽量化シナリオシナリオB：適材適所

シナリオB：適材適所シナリオ

980MPa

ハイテン

590MPa

ハイテン

440MPa

ハイテン

340MPa

ハイテン

3

単純構造

複雑構造

外板系

潰さない部位

潰す部位

フレーム系

衝撃吸収

部位

構造部位

補強部位

外板部位


アルミの軽量性を活用

-76% 熱硬化性CFRP（Vf=0.6）


CFRPの軽量性及び高強度、高剛性を活用


-70% マグネシウム合金（AZ31）

マグネシウムの

軽量性を活用 or


アルミの衝撃吸収性、

軽量性を活用




2015 2020 2025 2030 2035 軽量化目標-12% 軽量化目標-37%

40





CFRPの実用化見通しを前提とすると、2020年に熱可塑性、2030年に熱硬化性CFRPの採用が進むシナリオが想定される。

軽量化シナリオシナリオC：CFRPの可能性

シナリオC： CFRPの可能性シナリオ

980MPa

ハイテン

590MPa

ハイテン

440MPa

ハイテン

340MPa

ハイテン

3

単純構造

複雑構造

外板系

潰さない部位

潰す部位

フレーム系

衝撃吸収

部位

構造部位

補強部位

外板部位

-74% 熱可塑性CFRP（Vf=0.5）



高価でありかつ、高い信頼性を要するため採用には

時間を要する

熱硬化性CFRPに比べて安価であり先行して採用

熱硬化性CFRPに比べて安価であり先行して採用





2015 2020 2025 2030 2035 軽量化目標-12% 軽量化目標-37%

41

加えて、ハイテン以外の構造材料を一体成形した軽量化車両を製造するシナリオも想定される。

軽量化シナリオシナリオD：一体化構造

シナリオD：一体化構造シナリオ

980MPa

ハイテン

590MPa

ハイテン

440MPa

ハイテン

340MPa

ハイテン

3

単純構造

複雑構造

外板系

潰さない部位

潰す部位

フレーム系

衝撃吸収

部位

構造部位

補強部位

外板部位

-50～80%程度（アルミニウム、マグネシウム、CFRPの

何れかの一体成型の構造部全体の軽量化比率）


構造部全体

【軽量化比率の算出方法】・構造部全体の軽量化比率：部位別軽量化比率に部位別重量割合を乗じて算出

2015 2020 2025 2030 2035 軽量化目標-12% 軽量化目標-37%

42

目次

1.

2.

3.






43

2020年まではハイテンによる軽量化の磨き込みが技術課題の中心となる。

技術課題・開発目標設定シナリオA：ハイテンの限界

シナリオA:ハイテンの限界シナリオの技術課題・開発目標

4


2015 2020 2025 2030 2035 軽量化目標-12% 軽量化目標-37%

980MPa

ハイテン

590MPa

ハイテン

440MPa

ハイテン

340MPa

ハイテン









材料技術

製造技術（接合・接着、

成形加工）

基盤技術（評価、試験、

シミュレーション）

構造設計技術高強度と高成形性両立

設備費低減

遅れ破壊の評価、評価技術の標準化、メカニズム解明

防食・防錆性の向上

加熱炉の光熱費低減

プレス成形時の材料破断予測、製品性能予測

レアメタルの低減等

成形性・溶接性の向上

スポット溶接破断予測を考慮した製品性能予測

冷延不要なロバスト製造プロセス（スクラップ原料の有効活用）

新規組織像探究（TRIP、TWIP以外）

ハイテン化に対応した既存プレス機適用、潤滑剤開発、金型開発

最適化補強構造設計手法の開発（現車両と同程度の剛性確保等を目標とする）

騒音(Noise)・振動特性(Vibration)の評価システム確立

LCA・LCCソフトウェアの開発と実用化

成果報告書（条件付き公開版）にて

公開予定

単純構造

複雑構造

外板系

潰さない部位

潰す部位

フレーム系

衝撃吸収

部位

構造部位

補強部位

外板部位

シナリオ

44

適材適所による軽量化は、2025年頃を目途に技術進化の見通しへの見極めが必要となる。

技術課題・開発目標設定シナリオB：適材適所

シナリオB：適材適所シナリオの技術課題・開発目標

4


980MPa

ハイテン

590MPa

ハイテン

440MPa

ハイテン

340MPa

ハイテン




単純構造

複雑構造

外板系

潰さない部位

潰す部位

フレーム系

衝撃吸収

部位

構造部位

補強部位

外板部位


シナリオ -55%

アルミニウム合金（AA6061）




材料技術


成形加工）



構造設計技術強度、剛性確保のためのﾏﾙﾁﾏﾃﾘｱﾙ設計（設計時間半減）

Mg：耐熱性、難燃性の向上（合金組成による低コスト化）

ﾏﾙﾁﾏﾃﾘｱﾙﾎﾞﾃﾞｨを構成する各部材の生産性が高く低コストな成形加工

CAE解析のための汎用材料・特性値のﾃﾞｰﾀﾍﾞｰｽ化

接着や締結、接合及びRSWの組合わせ（総接合時間短縮等）

Al：ﾜｲﾔﾊｰﾈｽ軽量化のためのﾘｻｲｸﾙAl中の不純物除去技術（ﾊﾞｰｼﾞﾝ並）

Al、CFRP：構造設計（異材接合の加味）

表面処理法の検討 Ti：低コスト化技術（比強度換算で鋼並み）

Mg：鋳鉄、AC12のような、リサイクル鋳造材開発（ﾊﾞｰｼﾞﾝ並）

Al：ナノ組成制御による水素分配制御（破壊起点の減少による強度向上）

接合部の非破壊検査方法、特性評価手法の統一、ISO化 CFRP性能予測CAE、CFRP製造CAE

吸収体の最適化構造設計手法の開発

レアアース元素を使わない高延性・高靱性マグネシウム合金開発

Al:5000/6000系以外のＡｌ合金（ポーラスアルミ材料等）製造評価技術

2015 2020 2025 2030 2035 軽量化目標-12% 軽量化目標-37%

成果報告書（条件付き公開版）にて公開予定


45

CFRPによる軽量化は、2030年頃まで腰を据えて中長期的に研究開発すべきである。

技術課題・開発目標設定シナリオC：CFRPの可能性

シナリオC：CFRPの可能性シナリオの技術課題・開発目標

4


980MPa

ハイテン

590MPa

ハイテン

440MPa

ハイテン

340MPa

ハイテン








材料技術


成形加工）



構造設計技術

CFRP：材料特性を活かした設計技術

CFRP：剛性、強度、熱伝導性の向上

CFRP：炭素繊維製造工程の低消費電力化、タクトタイムの短縮

CFRP：材料（樹脂、炭素繊維）の混合条件と工法の使いこなし

CFRP：連続Fが切断し長いFiberになっても健全であるCFRP（ボディ高速製造、接合のための力学特性制御等）

GFRP：複雑形状の成形、成形時の加熱むらの解消

マルチマテリアルのリサイクル方法の確立

CFRP：内部損傷が無害であるCFRP薄板とその製造方法（上記と同様）

複合材料への接合技術の適応、接着技術の信頼性向上、耐電食性・耐久性

GFRP：材料（樹脂、ガラス繊維）の混合条件と工法の使いこなし、信頼性データ等の開発

新規接合接着技術のコスト低減、耐久性（耐劣化特性）、高温強度、補修性向上

3Dプリンタによる造形部材の課題把握（損傷への信頼性、強度変形の異方性の克服及び活用）

高力ボルト・リベット素材開発及び適用技術

（HEV,EV,PHEV等バッテリ駆動型自動車に対して）熱発生に伴う温度依存性の構造剛性評価

CFRP：界面破壊靱性評価手法の確立

接着体評価手法の確立（化学反応及び物理的投錨効果等）

接着に最適な車両構造の設計

2015 2020 2025 2030 2035 軽量化目標-12% 軽量化目標-37%

単純構造

複雑構造

外板系

潰さない部位

潰す部位

フレーム系

衝撃吸収

部位

構造部位

補強部位

外板部位

シナリオ



46

一体化構造による軽量化は製造・解体容易性等を起点とした採用を見据えた研究開発が必要。

技術課題・開発目標設定シナリオD：一体化構造

シナリオD：一体化構造シナリオの技術課題・開発目標

4


980MPa

ハイテン

590MPa

ハイテン

440MPa

ハイテン

340MPa

ハイテン


材料技術


成形加工）



構造設計技術 All-Alボディ一体化構造の開発、All-Mgボディ一体化構造の開発

高強度・高延アルミニウム性合金の開発（2025年sB=500MPa, eB=30%、2030年 sB=800MPa, eB=40% ）

ポーラスAl合金の開発

CFRP一体化構造(すでに先行しているプロジェクトにリンク)

ユビキタス元素による合金化

高靱性・高延性アルミニウム-マグネシウム合金の開発

一体化構造体の強度保証技術(シミュレーション技術)

一体化構造体の強度評価技術

破壊靱性と伸びをアルミと同程度

緊急ブレーキシステムの適用に関する法規制の制定(衝突安全基準の軽減に寄与)

自動運転システム(ITS)の普及に向けた政策(操舵性改善の軽減に寄与)

-50～80%程度（アルミニウム、マグネシウム、CFRPの

何れかの一体成型）

2015 2020 2025 2030 2035 軽量化目標-12% 軽量化目標-37%

単純構造

複雑構造

外板系

潰さない部位

潰す部位

フレーム系

衝撃吸収

部位

構造部位

補強部位

外板部位

シナリオ

成果報告書（条件付き公開版）にて

公開予定

47

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車体軽量化に関わる構造技術、構造材料に関する 課...

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