大變局下多元汽車技術(shù)的新進(jìn)展

文 / 工信部裝備工業(yè)發(fā)展中心

汽車科技將帶動(dòng)行業(yè)駛?cè)氚倌晡从兄笞兙?，向電?dòng)化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化快速演進(jìn)，而汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步將順應(yīng)“環(huán)保、提效”的時(shí)代主題，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新活力。

節(jié)能汽車技術(shù)應(yīng)用持續(xù)上升

為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的能源和環(huán)境壓力，汽車產(chǎn)業(yè)不斷提升傳統(tǒng)動(dòng)力、混合動(dòng)力、整車節(jié)能技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用能力，踐行綠色、低碳發(fā)展。

汽油乘用車節(jié)能技術(shù)搭載率

乘用車變速器技術(shù)搭載率

傳統(tǒng)動(dòng)力技術(shù)方面，發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率逐步提高帶動(dòng)節(jié)油水平提升，主要路徑為不斷提高壓縮比、優(yōu)化燃燒過程、附件電氣化以及低摩擦技術(shù)，我國(guó)自主研發(fā)的汽油機(jī)和柴油機(jī)量產(chǎn)產(chǎn)品的最高熱效率分別達(dá)到了40%和50%。渦輪增壓、缸內(nèi)直噴、怠速啟停等技術(shù)在汽油機(jī)上得到了廣泛應(yīng)用。2020年，汽油乘用車渦輪增壓、缸內(nèi)直噴和怠速啟停的搭載率分別為65.0%、69.1%和72.2%。

變速器呈現(xiàn)多擋化、自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)。乘用車領(lǐng)域，液力自動(dòng)變速器(AT)、機(jī)械無級(jí)自動(dòng)變速器(CVT)、電控機(jī)械自動(dòng)變速器(AMT)和雙離合自動(dòng)變速器(DCT)等自動(dòng)變速器的搭載率逐年升高。2020年，乘用車自動(dòng)變速器的搭載率超過95%，CVT、DCT成為市場(chǎng)主流，搭載率超過50%，搭載手動(dòng)變速器(MT)的產(chǎn)品已經(jīng)很少。商用車領(lǐng)域，變速器產(chǎn)品擋位分布在5-16擋，自動(dòng)變速器的應(yīng)用呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

混合動(dòng)力技術(shù)方面，中國(guó)品牌企業(yè)積極研發(fā)混合動(dòng)力相關(guān)技術(shù)，通過高效機(jī)電耦合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、整車多動(dòng)力源熱管理系統(tǒng)一體化集成設(shè)計(jì)、人車路協(xié)同智能化能量管理開展技術(shù)優(yōu)化，混合動(dòng)力產(chǎn)品產(chǎn)量穩(wěn)步增長(zhǎng)。乘用車領(lǐng)域，2020年，混合動(dòng)力車型產(chǎn)量為43萬輛，占乘用車的比例提升至2.3%。商用車領(lǐng)域，混合動(dòng)力技術(shù)發(fā)展相對(duì)緩慢，產(chǎn)業(yè)化程度較低。

混合動(dòng)力乘用車產(chǎn)量及占比

乘用車平均燃料消耗量年度變化情況

純電動(dòng)乘用車與客車平均電量

整車節(jié)能技術(shù)方面，整車企業(yè)積極通過整車輕量化設(shè)計(jì)、風(fēng)阻優(yōu)化設(shè)計(jì)、使用低滾阻輪胎、開發(fā)駕駛輔助等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)節(jié)能，商用車企業(yè)開展車隊(duì)管理和智能調(diào)控技術(shù)的研究，通過提升運(yùn)行效率實(shí)現(xiàn)節(jié)能。輕量化方面，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、新材料的使用和改進(jìn)制造工藝降低整備質(zhì)量，乘用車車型高強(qiáng)度鋼的使用比例超過50%。整車風(fēng)阻方面，乘用車領(lǐng)域，中國(guó)品牌車型風(fēng)阻系數(shù)達(dá)到0.233，處于國(guó)際一流水平，商用車領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)系數(shù)平均在0.5－0.6之間，美國(guó)平均在0.4－0.5之間，歐洲平均在0.45－0.55之間，差距逐步縮小。

總體上，受益于汽車節(jié)能技術(shù)的發(fā)展和新能源乘用車的推廣應(yīng)用，2016－2019年，傳統(tǒng)能源乘用車平均燃料消耗量實(shí)際值持續(xù)下降，從2016年的6.87L/100km降至2019年的6.46L/100km，年均降幅2.1%。計(jì)入新能源乘用車后，乘用車平均燃料消耗量實(shí)際值由2016年的6.43L/100km降至2019年的5.56L/100km，年均降幅4.7%，降幅明顯。

新能源汽車核心指標(biāo)5年來大幅提升

續(xù)駛里程提升。我國(guó)純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程逐年提升，按照《公告》車型數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，純電動(dòng)乘用車平均續(xù)駛里程從2016年的253km提升至2020年的378km，提升幅度為49.4%，純電動(dòng)客車從2016年的218km提升至2020年的423km，提升幅度為94.0%，極大緩解了用戶里程焦慮。新能源汽車?yán)m(xù)駛里程的提升主要原因?yàn)檎囯娏刻嵘半姾慕档?。但純電?dòng)汽車仍存在低溫環(huán)境下續(xù)駛里程降低的問題，需進(jìn)一步開發(fā)低溫電池及高效熱管理技術(shù)。

電量快速增長(zhǎng)。純電動(dòng)乘用車平均電量從2016年的37kWh增長(zhǎng)至2020年的52kWh，增長(zhǎng)幅度達(dá)到40.5%。純電動(dòng)客車平均電量從2016年的110kWh增長(zhǎng)至2020年的201kWh，增長(zhǎng)幅度達(dá)到82.7%。新能源汽車電量提升主要原因?yàn)閯?dòng)力電池能量密度的提升，以及全新平臺(tái)架構(gòu)總布置下電池布置空間的優(yōu)化。

整車平均電耗降低。通過純電動(dòng)平臺(tái)化與集成化設(shè)計(jì)、整車輕量化及低風(fēng)阻設(shè)計(jì)、電池能量密度及熱管理技術(shù)提升、電驅(qū)動(dòng)效率優(yōu)化等方式實(shí)現(xiàn)整車電耗降低。2020年，純電動(dòng)乘用車NEDC工況條件下新車平均電耗為12.49kWh/100km，相比2016年降低20.6%。

動(dòng)力電池能量密度提升。2020年，我國(guó)動(dòng)力電池裝機(jī)量達(dá)到63.8GWh，其中三元電池的裝機(jī)量為38.9GWh，占總裝機(jī)量的61.0%，磷酸鐵鋰電池裝機(jī)量為24.4GWh，占總裝機(jī)量的38.2%。分車型看，純電動(dòng)乘用車與客車的動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度平均值分別為146Wh/kg與145Wh/kg，動(dòng)力電池系統(tǒng)成組效率分別達(dá)到69.3%和79.0%。純電動(dòng)乘用車電池單體能量密度由2016年的169Wh/kg提升到2020年的212Wh/kg，純電動(dòng)客車電池單體能量密度由2016年的124Wh/kg提升到2020年的172Wh/kg。

2016至2020年，三元電池單體能量密度由166Wh/kg提升至213Wh/kg，磷酸鐵鋰單體能量密度從132Wh/kg提升至169Wh/kg。

動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度提升帶來續(xù)駛里程增加及成本下降，但也存在熱失控安全隱患，做好動(dòng)力電池全生命周期安全防護(hù)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。未來，隨著固態(tài)電池、基于監(jiān)控平臺(tái)大數(shù)據(jù)的動(dòng)力電池安全預(yù)警、電池?zé)崾Э財(cái)U(kuò)散防護(hù)等新技術(shù)應(yīng)用，動(dòng)力電池逐步向高安全、高能量密度、低成本發(fā)展。

純電動(dòng)乘用車與客車平均續(xù)駛里程

純電動(dòng)乘用車百公里平均電耗

純電動(dòng)乘用車與客車電池系統(tǒng)平均能量密度及成組效率

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率提升。2020年，純電動(dòng)乘用車與客車的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)峰值功率平均值分別為103kW與180kW，相比2016年分別提升45.1%和2.9%。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)呈現(xiàn)高度集成化、電機(jī)永磁同步化、高功率密度化、冷卻系統(tǒng)多樣化的趨勢(shì)，有助于提升性能、降低電耗及實(shí)現(xiàn)輕量化。

純電動(dòng)乘用車與客車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)峰值功率

不同材料體系電池系統(tǒng)平均能量密度

智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的突破與領(lǐng)先

關(guān)鍵核心技術(shù)取得一定突破。環(huán)境感知技術(shù)方面，車載多線束激光雷達(dá)、應(yīng)用于智能駕駛功能的車載視覺芯片已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，車載24GHz和77GHz毫米波雷達(dá)核心射頻收發(fā)芯片和雷達(dá)波形控制芯片已實(shí)現(xiàn)自主研制。決策技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)推出多款自主研發(fā)的自動(dòng)駕駛計(jì)算平臺(tái)，國(guó)產(chǎn)芯片陸續(xù)搭載裝車應(yīng)用。控制執(zhí)行技術(shù)方面，輔助駕駛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)搭載，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)搭載的車輛已在園區(qū)、機(jī)場(chǎng)、礦山等封閉、半封閉場(chǎng)景示范應(yīng)用。

信息交互技術(shù)達(dá)到國(guó)際水平。完成LTE-V2X相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定和實(shí)施，自主通信芯片、模組等模塊已實(shí)現(xiàn)小批量供貨。企業(yè)選取貼近實(shí)際、面向商業(yè)化應(yīng)用的連續(xù)場(chǎng)景，采用全新數(shù)字證書格式，積極開展跨整車、通信終端、芯片模組、安全平臺(tái)的互聯(lián)互通應(yīng)用示范，探索C-V2X面臨地圖定位方面法規(guī)問題的技術(shù)方案，開展大規(guī)模通信背景下的產(chǎn)品功能性能測(cè)試，相關(guān)產(chǎn)品達(dá)到國(guó)際水平。在云平臺(tái)與大數(shù)據(jù)技術(shù)方面，架構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)化、平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)方面取得積極進(jìn)展，開展了大規(guī)模網(wǎng)聯(lián)應(yīng)用實(shí)時(shí)協(xié)同計(jì)算環(huán)境的大數(shù)據(jù)云控基礎(chǔ)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究，與國(guó)際相比，我國(guó)提出的大數(shù)據(jù)云控基礎(chǔ)平臺(tái)架構(gòu)具有先進(jìn)性。

基礎(chǔ)支撐技術(shù)進(jìn)一步落地。高精度地圖方面，實(shí)現(xiàn)高精度地圖的商業(yè)化落地，在采集范圍與地圖制作領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。截至2020年底，28家企業(yè)獲得導(dǎo)航電子地圖甲級(jí)資質(zhì)，四維圖新、高德地圖、百度地圖、易圖通等公司已具有高精地圖采制能力。高精度定位方面，基于我國(guó)北斗衛(wèi)星通信實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù)，已實(shí)現(xiàn)在開闊道路上的亞米級(jí)定位，與國(guó)際先進(jìn)水平保持一致。測(cè)試評(píng)價(jià)方面，模擬仿真、封閉場(chǎng)地、實(shí)際道路等測(cè)試技術(shù)取得一定進(jìn)展，積極推進(jìn)建設(shè)中國(guó)典型駕駛場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)。

專利公開數(shù)量同比持續(xù)增長(zhǎng)

2020年，我國(guó)汽車專利公開量為29.5萬件，同比增長(zhǎng)8.0%，持續(xù)保持穩(wěn)步增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。發(fā)明專利授權(quán)量為6.4萬件，同比增長(zhǎng)2.6%，汽車專利創(chuàng)新質(zhì)量持續(xù)提升，汽車企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力逐步加強(qiáng)。新能源汽車、智能網(wǎng)聯(lián)汽車專利占比達(dá)43%，其中新能源汽車與智能網(wǎng)聯(lián)汽車專利公開量同比增長(zhǎng)16%和18%。

新能源汽車領(lǐng)域，企業(yè)加大動(dòng)力電池系統(tǒng)及充電技術(shù)攻關(guān)力度，動(dòng)力電池系統(tǒng)在新能源汽車專利占比41%，專利公開量同比增長(zhǎng)36%，其中鋰離子電池單體結(jié)構(gòu)、電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及電池管理系統(tǒng)均有專利布局。充電技術(shù)在新能源汽車專利占比19%，主要以傳導(dǎo)式充電技術(shù)專利為主，換電技術(shù)和無線充電技術(shù)逐步布局。

智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域，公開專利網(wǎng)聯(lián)化技術(shù)占比達(dá)到45%，較2019年提升9個(gè)百分點(diǎn)，主要分布在通信車聯(lián)網(wǎng)與平臺(tái)技術(shù)等方面。通信及科技公司逐步成為網(wǎng)聯(lián)化技術(shù)發(fā)展的重要力量，專利公開量排名前十中占據(jù)六席。汽車企業(yè)在智能化技術(shù)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，專利集中于智能感知、整車技術(shù)、控制執(zhí)行等方面。

汽車專利公開量及發(fā)明授權(quán)量

2020年新能源汽車專利構(gòu)成

2020年智能網(wǎng)聯(lián)汽車專利構(gòu)成