雙碳戰略下的智能網聯新能源汽車技術與應用

關鍵詞：新能源汽車；智能網聯；“雙碳”戰略

0前言

汽車尾氣是各類環境污染物中的重要一項，也是碳排放的一大源頭。為了應對日益嚴峻的環境問題，我國正在加大新能源汽車的布局力度，開啟汽車行業從傳統燃油汽車向現代新能源汽車轉型的時代。

隨著信息技術的發展和成熟，各類新興技術、智能技術正不斷涌現，并廣泛應用在各行各業之中。大數據、人工智能、可視化等技術在汽車領域的深入應用，推動了汽車產業逐步走向智能化、網聯化方向。智能網聯汽車是車聯網技術與智能技術的融合，借助車聯網和智能技術來實現人、車和環境的連接，感知并利用多端數據來輔助用戶安全、可靠地完成駕駛操作。可以說，智能網聯是汽車產業未來最重要的發展方向，也是技術深度融合后的必然成果。因此，在“雙碳”戰略背景下，加強智能網聯新能源汽車的研究對于推廣新能源汽車、降低環境污染、提升清潔能源利用率都具有重要意義。

1 智能網聯新能源汽車的關鍵技術

1. 1 芯片技術

芯片技術是新能源汽車智能系統實現監測和控制的核心。對于汽車的電子元件而言，必須采用車規級的芯片才能與之契合。相較于手機、電腦等消費類電子產品的芯片，車規級芯片在制作工藝上并沒有過于嚴苛的要求，但對于芯片的質量性能、使用周期、可靠性、溫度范圍等要求很高，這就使得車規級芯片的研發周期較長、資金投入很大，因此在制作上仍然存在一定的技術難度。

車規級芯片從功能用途的角度可以劃分為4 類，分別是控制類功能芯片、功率半導體芯片、傳感器芯片和其他芯片。控制類功能芯片是汽車電子控制單元的關鍵，廣泛應用在汽車的各類系統之中，例如行駛系統、控制系統等［1］。一般傳統汽車的控制類功能芯片平均在70 顆以上，智能新能源汽車平均數量則超過300 顆。隨著汽車電子系統的日趨集成化及微控制單元（MCU）性能的大幅提升，未來功能芯片的采用數量或將逐步下降。

隨著新能源汽車產業的快速發展，功率半導體的市場需求逐步增加。功率半導體是實現高頻的電力轉化控制功能、保障汽車運行穩定性的基礎。目前市面上主流的功率半導體是絕緣柵雙極晶體管（IGBT）和金氧半場效晶體管（MOSFET），在電動汽車中主要應用在電控系統、空調系統等方面。隨著技術的發展，在高壓系統中表現更加突出的碳化硅材料開始逐步應用到功率半導體之中，或許今后將深入應用在新能源汽車中。

1. 2 無線通信技術

無線通信技術是智能網聯新能源汽車實現網聯化的重要技術之一，其目的在于實現車與車、車與路、車與云端服務器之間的連通和數據交換。在過去的汽車行業之中，應用最早的無線通信技術是紅外線通信技術。紅外線通信技術成本低廉、使用便捷，但由于傳輸效率不足、傳輸距離過短等問題，應用場景十分有限。隨著藍牙技術的發展，無線通信技術的應用場景逐步被拓寬，實現了藍牙車鎖、車載娛樂等諸多功能。除汽車自身使用外，藍牙技術還在新能源汽車充電樁上得到了應用，可以有效解決地下車庫網絡信號不佳等問題。在智能網聯需求的推動下，無線網絡通信技術逐步融入到汽車智能系統之中，為駕駛者提供便捷、高速的數據傳遞和信息流動功能。尤其是在5G 通信技術的輔助下，汽車智能系統的傳輸速度和運算速度將得到大幅提升，能夠實現即時化、高效化的智能服務。

1. 3 傳感技術

傳感技術是新能源汽車實現智能網聯的基礎，其作用在于對車輛周邊環境進行感知和數據采集，為中央控制系統的分析運算提供全面、可靠的數據保障。汽車所使用的傳感器種類多樣，功能不一，包括激光雷達、視覺傳感器、距離傳感器、加速度傳感器等，能夠實現外部環境特征的感知、識別和采集，獲取系統計算所需的數據、圖像和視頻［2］。在傳感技術和算法技術的輔助下，駕駛者能夠更加清晰準確地掌握車輛自身和周邊環境信息，規劃科學合理的行駛路徑，為駕駛行為的安全性和可靠性奠定基礎。在智慧公路等場景中，借助車路協同（V2X）模式，車輛傳感技術采集到的數據信息可以用于公路交通智慧模型的搭建，實現準確的車輛軌跡預測和交通狀況評估，助力提升交通運力。

此外，智能網聯新能源汽車的自動駕駛功能也離不開傳感技術的輔助。通過傳感技術進行實時精準的環境感知和數據分析，車輛智能系統能夠更加安全高效地完成危險預判、穩定控制、自適應巡航控制等功能。

1. 4 算法技術

在傳感器完成數據采集后，智能控制系統需要通過算法技術對數據進行處理和分析，從而篩選出有價值的信息并加以利用。智能系統通過算法和建模技術，再結合車輛的動力學特征，實現基于安全性和穩定性的精準計算，從而明確車輛的實時定位和周邊環境數據，對車輛進行智能管控。

隨著人工智能技術的融合應用和芯片算力的不斷增強，當前算法技術已經具備了自主學習功能，能夠對駕駛者的行為習慣、駕駛場景進行模仿學習；還能夠構建大模型，導入海量的真人駕駛數據，不斷提升智能系統的認知和決策能力。隨著學習能力的不斷加強和優質數據的不斷積累，未來算法技術將更加強大，實現更多場景的自主決策和控制［3］。

1. 5 能源管理技術

在“雙碳”戰略背景下，能源管理技術的重要性日益凸顯。對于新能源汽車而言，動力電源技術對于智能系統的運行有直接影響，技術水平越高，其綜合運行效率也越高。新能源汽車的運行主要依靠電池的電力輸送，電力技術的突破使動力電源技術迎來了新的發展期。現階段動力電源已經實現了多個功能模塊的集約化控制，使得車輛智能系統運行效能大幅提升［4］。

目前能源管理技術仍然存在一定的局限性，具體表現在以下2 個方面：① 新能源汽車的電池技術受到了能源管理的局限，在高性能儲能、運行穩定性和使用壽命上仍然存在不足，因此要實現智能網聯汽車的高速發展，就需要加強研發以突破電池技術。② 電芯設計板塊仍有缺陷，相關技術缺乏可靠的規范標準，電芯指標難以滿足實際應用需求。

1. 6 網絡安全技術

數據是新能源汽車實現智能化、網聯化的基礎。為了實現自動駕駛、智能交互等諸多功能，必須不斷地采集車輛內外和周邊環境的信息，并利用這些有價值的信息為駕乘人員提供智慧服務。當前，汽車已經逐漸成為了繼電腦、手機后的又一種智能終端，越來越多的汽車企業開始與通信公司、科技公司攜手，深入挖掘汽車數據的實際價值，實現交通管理、智能駕駛、節能減排等諸多功能。隨著數據采集范圍的不斷擴大和數據利用的逐步深入，越來越多的信息正在被采集、應用、傳遞和共享，數據風險和隱私泄漏風險日益加劇，建立安全可靠的信息利用和網絡保護機制迫在眉睫［5］。

當前，越來越多的汽車企業開始重視網絡安全問題，并加大了相關技術的研發工作。在硬件上，采用安全芯片來保證采集數據的保密性和完整性；在軟件上，設置安全加密組件來保障系統的安全啟動，防止系統軟件被惡意篡改。網絡安全技術能夠支持多種數據加密場景，并通過雙向身份認證、校驗簽名、加密傳輸等方式來確保數據在傳輸、處理等階段的安全性。智能網聯汽車網絡安全架構如圖1 所示。整個安全技術方案涵蓋了系統的啟用、更新、傳輸、加密、存儲等多個維度，對新能源汽車的智能控制系統實現全方位、全過程的安全防護，實現風險行為的全面監測、風險事件的快速響應［6］。

2 智能網聯新能源汽車的應用場景和價值

2. 1 實現安全駕駛

現階段我國新能源汽車所使用的智能駕駛系統主要為高級駕駛輔助系統（ADAS），其技術原理是通過安裝在新能源汽車上的多個傳感器，包括激光雷達、攝像頭、超聲波等，感應汽車行駛過程的環境，采集車輛、道路、障礙物等靜態和動態物體的相關數據，通過智能系統的算法技術對數據進行識別、監測和追蹤，并結合車載導航地圖數據，進行智能處理和分析，評估當前環境的安全性。如果系統判定存在危險，將采取預警、自動控制等方式讓駕駛者迅速察覺、及時響應，提升汽車行駛過程中的安全性。

近年來，隨著汽車行業電動化、智能化、網聯化、共享化（“新四化”）的推進，ADAS 技術實現了重大突破，市場增長十分迅猛。此前這類智能系統主要存在于高端汽車市場，現在已經逐步走入中端汽車市場［7］。同時，很多低水平的技術應用也出現在了入門級汽車領域，不斷發展的傳感技術、圖像技術、通信技術和智能控制技術正在為提供更安全的駕乘環境創造新的機遇。

2. 2 實現高效通行

隨著智能網聯汽車V2X 模式的深入推進，交通運輸領域也逐步實現了智能化發展。新能源汽車通過智能網聯技術、可視化技術，可以實現行車數據鏈與交通導航地圖的實時結合，在駕駛過程中起到顯示、提示、預警和決策作用。例如駕駛者在行車過程中，智能駕駛系統通過采集車輛信息、環境信息，并結合車聯網數據，對導航線路的擁堵情況進行分析和預判。當系統判定前方將出現擁堵時，會對駕駛者進行提示，并重新規劃線路供駕駛者進行決策。V2X 模式下的智能交通網絡打通了人-車-道路的系統數據，將新能源汽車與公共交通網絡進行數據對接，實現交通信息的全面整合，可視化地展現每個路段模塊的實時交通狀況，盡可能地規避擁堵，提升通行效率。在“雙碳”背景下，交通運輸效率的提升實現了資源的合理化利用，對于節能減排意義重大。

智能網聯技術也推動了新能源汽車電控技術的創新和發展。依托微型處理器和智能控制系統，電控技術實現了集約化、精細化的電力傳輸和轉化控制。信息技術與電控技術的深度結合，有效提升了汽車內部的運行效能，使得系統的運行更加穩定、高效。

2. 3 實現舒適駕駛

智能網聯技術還有效提升了駕駛的舒適性，主要體現在人機交互和顯示提示等方面。當前的智能系統在人機交互上表現突出，駕駛者能夠通過語音或其他生物特征來下達指令，智能設備通過相關技術能夠實現指令的接收、轉換、識別和響應［8］。以語音交互為例，在駕駛過程中，駕駛者的雙眼和雙手都被駕駛行為占據，依靠語音來下達指令能夠有效避免不安全的駕駛行為，提升駕駛的舒適度。駕駛者可以通過特定的語言指令來調節空調、啟動天窗或者切換導航線路。現階段的語音交互還存在被動喚醒、無法模糊識別等問題，隨著人工智能技術的深入，人機交互將實現主動服務、智能預測和柔性服務。

在顯示提示功能中，智能網聯技術的應用同樣廣泛。以增強現實-抬頭顯示（AR-HUD）設備為例，作為視覺顯示功能的典型例子，在智能網聯模式下，AR-HUD 設備所顯示的信息將更加實時、智能，能夠大幅提升駕駛的舒適性。系統將傳感器所獲取的各類信息投射在AR-HUD 設備上，并與駕駛輔助功能結合，幫助駕駛者完成線路規劃、障礙避讓、變道等諸多操作。

3 結語

綜上所述，新能源汽車的智能化、網聯化發展是解決現階段存在的交通、生態、能源問題的必然路徑，也是未來汽車產業發展的重要方向。隨著新技術的不斷發展和成熟，越來越多的信息技術、智能技術實現了與汽車產業的深度融合，這不僅推動了智能網聯新能源汽車的發展，也為最終實現無人駕駛和智慧出行目標提供助力。盡管智能網聯汽車相關技術發展速度很快，但目前在技術水平、推廣應用上仍然存在一些問題，需要相關企業和研發人員加大投入，早日突破技術關鍵點。