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大变局下多元汽车技术的新进展

节能汽车技术应用持续上升
为应对日益严峻的能源和环境压力,汽车产业不断提升传统动力、混合动力、整车节能技术研发和应用能力,践行绿色、低碳发展。
传统动力技术方面,发动机热效率逐步提高带动节油水平提升,主要路径为不断提高压缩比、优化燃烧过程、附件电气化以及低摩擦技术,我国自主研发的汽油机和柴油机量产产品的最高热效率分别达到了40%和50%。涡轮增压、缸内直喷、怠速启停等技术在汽油机上得到了广泛应用。2020年,汽油乘用车涡轮增压、缸内直喷和怠速启停的搭载率分别为65.0%、69.1%和72.2%。
变速器呈现多挡化、自动化发展趋势。乘用车领域,液力自动变速器(AT)、机械无级自动变速器(CVT)、电控机械自动变速器(AMT)和双离合自动变速器(DCT)等自动变速器的搭载率逐年升高。2020年,乘用车自动变速器的搭载率超过95%,CVT、DCT成为市场主流,搭载率超过50%,搭载手动变速器(MT)的产品已经很少。商用车领域,变速器产品挡位分布在5-16挡,自动变速器的应用呈现上升趋势。
混合动力技术方面,中国品牌企业积极研发混合动力相关技术,通过高效机电耦合机构设计、整车多动力源热管理系统一体化集成设计、人车路协同智能化能量管理开展技术优化,混合动力产品产量稳步增长。乘用车领域,2020年,混合动力车型产量为43万辆,占乘用车的比例提升至2.3%。商用车领域,混合动力技术发展相对缓慢,产业化程度较低。
整车节能技术方面,整车企业积极通过整车轻量化设计、风阻优化设计、使用低滚阻轮胎、开发驾驶辅助等技术来实现节能,商用车企业开展车队管理和智能调控技术的研究,通过提升运行效率实现节能。轻量化方面,通过结构设计、新材料的使用和改进制造工艺降低整备质量,乘用车车型高强度钢的使用比例超过50%。整车风阻方面,乘用车领域,中国品牌车型风阻系数达到0.233,处于国际一流水平,商用车领域,国内系数平均在0.5-0.6之间,美国平均在0.4-0.5之间,欧洲平均在0.45-0.55之间,差距逐步缩小。
总体上,受益于汽车节能技术的发展和新能源乘用车的推广应用,2016-2019年,传统能源乘用车平均燃料消耗量实际值持续下降,从2016年的6.87L/100km降至2019年的6.46L/100km,年均降幅2.1%。计入新能源乘用车后,乘用车平均燃料消耗量实际值由2016年的6.43L/100km降至2019年的5.56L/100km,年均降幅4.7%,降幅明显。

新能源汽车核心指标5年来大幅提升
续驶里程提升。我国纯电动汽车续驶里程逐年提升,按照《公告》车型数据统计,纯电动乘用车平均续驶里程从2016年的253km提升至2020年的378km,提升幅度为49.4%,纯电动客车从2016年的218km提升至2020年的423km,提升幅度为94.0%,极大缓解了用户里程焦虑。新能源汽车续驶里程的提升主要原因为整车电量提升及电耗降低。但纯电动汽车仍存在低温环境下续驶里程降低的问题,需进一步开发低温电池及高效热管理技术。
电量快速增长。纯电动乘用车平均电量从2016年的37kWh增长至2020年的52kWh,增长幅度达到40.5%。纯电动客车平均电量从2016年的110kWh增长至2020年的201kWh,增长幅度达到82.7%。新能源汽车电量提升主要原因为动力电池能量密度的提升,以及全新平台架构总布置下电池布置空间的优化。
整车平均电耗降低。通过纯电动平台化与集成化设计、整车轻量化及低风阻设计、电池能量密度及热管理技术提升、电驱动效率优化等方式实现整车电耗降低。2020年,纯电动乘用车NEDC工况条件下新车平均电耗为12.49kWh/100km,相比2016年降低20.6%。
动力电池能量密度提升。2020年,我国动力电池装机量达到63.8GWh,其中三元电池的装机量为38.9GWh,占总装机量的61.0%,磷酸铁锂电池装机量为24.4GWh,占总装机量的38.2%。分车型看,纯电动乘用车与客车的动力电池系统能量密度平均值分别为146Wh/kg与145Wh/kg,动力电池系统成组效率分别达到69.3%和79.0%。纯电动乘用车电池单体能量密度由2016年的169Wh/kg提升到2020年的212Wh/kg,纯电动客车电池单体能量密度由2016年的124Wh/kg提升到2020年的172Wh/kg。
2016至2020年,三元电池单体能量密度由166Wh/kg提升至213Wh/kg,磷酸铁锂单体能量密度从132Wh/kg提升至169Wh/kg。
动力电池系统能量密度提升带来续驶里程增加及成本下降,但也存在热失控安全隐患,做好动力电池全生命周期安全防护设计至关重要。未来,随着固态电池、基于监控平台大数据的动力电池安全预警、电池热失控扩散防护等新技术应用,动力电池逐步向高安全、高能量密度、低成本发展。
电驱动系统功率提升。2020年,纯电动乘用车与客车的电驱动系统峰值功率平均值分别为103kW与180kW,相比2016年分别提升45.1%和2.9%。电驱动系统呈现高度集成化、电机永磁同步化、高功率密度化、冷却系统多样化的趋势,有助于提升性能、降低电耗及实现轻量化。

智能网联汽车技术的突破与领先
关键核心技术取得一定突破。环境感知技术方面,车载多线束激光雷达、应用于智能驾驶功能的车载视觉芯片已实现量产,车载24GHz和77GHz毫米波雷达核心射频收发芯片和雷达波形控制芯片已实现自主研制。决策技术方面,国内推出多款自主研发的自动驾驶计算平台,国产芯片陆续搭载装车应用。控制执行技术方面,辅助驾驶系统实现量产搭载,自动驾驶系统搭载的车辆已在园区、机场、矿山等封闭、半封闭场景示范应用。
信息交互技术达到国际水平。完成LTE-V2X相关技术标准制定和实施,自主通信芯片、模组等模块已实现小批量供货。企业选取贴近实际、面向商业化应用的连续场景,采用全新数字证书格式,积极开展跨整车、通信终端、芯片模组、安全平台的互联互通应用示范,探索C-V2X面临地图定位方面法规问题的技术方案,开展大规模通信背景下的产品功能性能测试,相关产品达到国际水平。在云平台与大数据技术方面,架构及标准化、平台关键技术方面取得积极进展,开展了大规模网联应用实时协同计算环境的大数据云控基础平台关键技术研究,与国际相比,我国提出的大数据云控基础平台架构具有先进性。
基础支撑技术进一步落地。高精度地图方面,实现高精度地图的商业化落地,在采集范围与地图制作领域达到国际先进水平。截至2020年底,28家企业获得导航电子地图甲级资质,四维图新、高德地图、百度地图、易图通等公司已具有高精地图采制能力。高精度定位方面,基于我国北斗卫星通信实时动态差分定位技术,已实现在开阔道路上的亚米级定位,与国际先进水平保持一致。测试评价方面,模拟仿真、封闭场地、实际道路等测试技术取得一定进展,积极推进建设中国典型驾驶场景数据库。
专利公开数量同比持续增长
2020年,我国汽车专利公开量为29.5万件,同比增长8.0%,持续保持稳步增长态势。发明专利授权量为6.4万件,同比增长2.6%,汽车专利创新质量持续提升,汽车企业技术创新能力逐步加强。新能源汽车、智能网联汽车专利占比达43%,其中新能源汽车与智能网联汽车专利公开量同比增长16%和18%。
新能源汽车领域,企业加大动力电池系统及充电技术攻关力度,动力电池系统在新能源汽车专利占比41%,专利公开量同比增长36%,其中锂离子电池单体结构、电池系统结构以及电池管理系统均有专利布局。充电技术在新能源汽车专利占比19%,主要以传导式充电技术专利为主,换电技术和无线充电技术逐步布局。

智能网联汽车领域,公开专利网联化技术占比达到45%,较2019年提升9个百分点,主要分布在通信车联网与平台技术等方面。通信及科技公司逐步成为网联化技术发展的重要力量,专利公开量排名前十中占据六席。汽车企业在智能化技术中占据优势,专利集中于智能感知、整车技术、控制执行等方面。

注:本文摘自《中国汽车产业发展年报(2021)》,导语、大小标题为编者所加。本文首发于《汽车纵横》杂志2021年10月刊

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