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新能源汽車技術(shù)發(fā)展與趨勢綜述

更新時(shí)間:2019-01-07      點(diǎn)擊次數(shù):3711

1 新能源汽車?yán)碚摼C述與發(fā)展現(xiàn)狀分析
1.1 新能源汽車?yán)碚摼C述
新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動(dòng)力來源(或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動(dòng)力裝置),綜合車輛的動(dòng)力控制和驅(qū)動(dòng)方面的先進(jìn)技術(shù),形成的技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。
新能源汽車按照使用范圍可以分為以下幾類:
(1)純電動(dòng)汽車:純電動(dòng)汽車(Battery?。牛欤澹悖簦颍椋恪。郑澹瑁椋悖欤澹┦且攒囕d電源為動(dòng)力,以電動(dòng)機(jī)為單一驅(qū)動(dòng)源的汽車,純電動(dòng)汽車的電力系統(tǒng)主要由動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電驅(qū)控制器等部件組成,由于純電動(dòng)汽車沒有發(fā)動(dòng)機(jī)、多齒比變速箱,使用價(jià)格較低的電力作為動(dòng)力源,與傳統(tǒng)燃油車相比具有使用成本低、駕乘體驗(yàn)舒適、后期保養(yǎng)便捷等明顯優(yōu)勢,缺點(diǎn)是續(xù)航里程短、充電時(shí)間長,主要適用于市區(qū)內(nèi)通勤,代表車型有特斯拉Model?。印⑷债a(chǎn)聆風(fēng)、比亞迪e6。
2016年純電動(dòng)汽車銷量達(dá)到49.28萬輛,占到了新能源汽車總銷量的64%,純電動(dòng)汽車已經(jīng)成為新能源汽車銷量的主力,在新能源汽車的推廣過程中發(fā)揮著重要的不可替代作用,是新能源汽車未來的主要發(fā)展方向。
(2)插電式混合動(dòng)力汽車:插電式混合動(dòng)力汽車(Plug-in?。龋猓颍椋洹。牛欤澹悖簦颍椋恪。郑澹瑁椋悖欤澹┦窃趥鹘y(tǒng)燃油車的基礎(chǔ)上加裝一套電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),插電式混合動(dòng)力汽車的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與純電動(dòng)汽車*相同,由于在相同體積的燃油車內(nèi)同時(shí)存在燃油驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),電池容量比純電動(dòng)汽車小,發(fā)動(dòng)機(jī)性能比燃油車弱,但可以將兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組合疊加使用,以達(dá)到更高的性能和更長的續(xù)航,也可以單獨(dú)使用電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),以達(dá)到節(jié)能效果,缺點(diǎn)是由于存在兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),結(jié)構(gòu)比燃油車和純電動(dòng)汽車更復(fù)雜,增加了車輛自重,在虧電狀態(tài)下油耗高、駕乘體驗(yàn)差,代表車型有寶馬i8、比亞迪唐。
插電式混合動(dòng)力汽車很好地解決了純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航短的問題,可以用于遠(yuǎn)距離出行,同時(shí)因?yàn)橛邪l(fā)動(dòng)機(jī),在充電時(shí)間過長的情況下可以使用汽油代替,大大縮短了能源補(bǔ)給時(shí)間,是在現(xiàn)階段純電動(dòng)汽車技術(shù)瓶頸時(shí)期的理想過渡車型,插電式混合動(dòng)力汽車在相當(dāng)長的時(shí)間里仍然會(huì)成為新能源汽車推廣過程中*的重要力量。
(3)常規(guī)混合動(dòng)力汽車:常規(guī)混合動(dòng)力汽車(Hybrid?。牛欤澹悖簦颍椋恪。郑澹瑁椋悖欤澹┡c插電式混動(dòng)動(dòng)力汽車同樣擁有燃油和電力兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),不同的是常規(guī)混合動(dòng)力汽車沒有充電口,不能外接電源充電,主要是通過發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,與插電式混合動(dòng)力汽車一樣,可以使用單獨(dú)燃油或電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),也可以將兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組合使用,代表車型有豐田普銳斯、本田雅閣混動(dòng)版。
常規(guī)混合動(dòng)力汽車不需要外接電源,充電便捷,油耗顯著低于傳統(tǒng)燃油車,在新能源汽車發(fā)展初期發(fā)揮了重要作用,但由于無法單獨(dú)脫離發(fā)動(dòng)機(jī)使用,節(jié)能效果一般,同時(shí)隨著充電設(shè)施的逐步完善和更加節(jié)能的插電式混合動(dòng)力汽車的快速發(fā)展,常規(guī)混合動(dòng)力汽車發(fā)展緩慢,加之目前部分國家和地區(qū)把此類車界定為傳統(tǒng)燃油車,沒有優(yōu)惠政策和資金補(bǔ)貼,使常規(guī)混合動(dòng)力汽車處境艱難。
(4)其他新能源汽車:包括增程式電動(dòng)車、氫燃料汽車、太陽能汽車等,這些汽車因?yàn)榧夹g(shù)和推廣方面的原因,適用范圍窄,某些車型甚至尚處于試驗(yàn)階段,沒有投放市場,占新能源汽車整體規(guī)模的比例很低。
1.2 新能源汽車的特點(diǎn)與優(yōu)勢
與傳統(tǒng)燃油車相比,新能源汽車具有以下幾個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn):
(1)節(jié)能環(huán)保,使用成本低。
目前大部分新能源汽車都是使用電能作為動(dòng)力源,少部分使用氫燃料、太陽能等清潔能源,相對(duì)于傳統(tǒng)汽車使用的汽油或天然氣,電能具有價(jià)格低、*等顯著特點(diǎn),可以達(dá)到節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的作用,順應(yīng)目前各國政府和民間倡導(dǎo)的減排倡議,減少對(duì)地球環(huán)境的破壞,更好地改善大氣環(huán)境,同時(shí),對(duì)于消費(fèi)者來說,新能源汽車的能耗大大低于傳統(tǒng)燃油車,相同里程的花費(fèi)僅相當(dāng)于燃油車的約五分之一,使用成本較低。
(2)駕駛乘坐體驗(yàn)上佳。
由于純電動(dòng)、氫燃料、太陽能汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沒有發(fā)動(dòng)機(jī)和多齒比變速箱,在行駛過程中沒有NVH(噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度)和多齒比變速器換擋時(shí)的頓挫感,同時(shí)所需能源都為電能和清潔能源,不會(huì)產(chǎn)生刺鼻氣味,整個(gè)駕乘過程平順、舒適、安靜,可以給駕駛者和乘客上佳的駕乘體驗(yàn),要遠(yuǎn)好于燃油車,即使是混合動(dòng)力汽車,由于一般沒有單獨(dú)的燃油模式,隨時(shí)需要電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的介入,駕乘體驗(yàn)也要好于燃油車,在跟車拍攝、運(yùn)輸易碎物品等特殊情況下可以較好地保證車輛平穩(wěn),實(shí)用性強(qiáng)。
(3)結(jié)構(gòu)簡單,后期保養(yǎng)便捷。
由于純電動(dòng)、氫燃料、太陽能汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沒有發(fā)動(dòng)機(jī)和多齒比變速箱,只有新能源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單,制造難度大為降低,混合動(dòng)力汽車雖然相對(duì)燃油車結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,但因?yàn)榭梢詥为?dú)使用電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),在市區(qū)通勤的情況下,基本可以當(dāng)作純電動(dòng)汽車來使用,由于結(jié)構(gòu)簡單,相對(duì)于燃油車繁瑣的后期保養(yǎng),新能源汽車的保養(yǎng)十分便捷,僅需要更換必要的部件即可,此外,新能源汽車的保養(yǎng)周期比傳統(tǒng)燃油車更長,保養(yǎng)次數(shù)更少,節(jié)省使用者的費(fèi)用、時(shí)間和精力。
1.3 新能源汽車的發(fā)展現(xiàn)狀
新能源汽車發(fā)展已有200多年的歷史,全一輛*的電動(dòng)汽車是由英國人羅伯特·戴維森在1873年發(fā)明,甚至早于德國人卡爾·本茨發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)汽車,19世紀(jì)末20世紀(jì)初是電動(dòng)汽車發(fā)展的黃金期,當(dāng)時(shí)電動(dòng)汽車占到了汽車整體保有量的50%以上,然而隨著石油的大規(guī)模開采和內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn),加之電動(dòng)汽車在技術(shù)方面發(fā)展緩慢,燃油車逐漸占據(jù)汽車的主導(dǎo)地位,電動(dòng)汽車發(fā)展幾乎停滯不前,逐漸被邊緣化,到了20世紀(jì)末,連續(xù)經(jīng)歷兩次石油危機(jī)使汽車企業(yè)重新開始發(fā)展以電動(dòng)汽車為首的新能源汽車,1992年通用汽車推出了純電動(dòng)汽車EV1,開啟了新能源汽車發(fā)展的新篇章,此后,1997年豐田推出了一款混合動(dòng)力汽車普銳斯,2003年單一量產(chǎn)純電動(dòng)汽車企業(yè)特斯拉(Tesla)成立,并在之后推出多款的電動(dòng)汽車,新能源汽車自此進(jìn)入到了一個(gè)快速發(fā)展期,2017年新能源汽車銷量122.4萬輛,較2016年同比增長58.14%,占整體汽車市場的份額大約為1.32%,雖然汽車銷量整體比例仍然很低,但是增速遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)燃油車,潛力巨大。
2 新能源汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢研究
新能源汽車在性能、節(jié)能、駕乘體驗(yàn)等諸多方面具有顯著優(yōu)勢,產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速,在短短的數(shù)年時(shí)間里已經(jīng)在汽車整體市場中占有了自己的一席之地,但是從整體占比上看依然較低,同時(shí),新能源汽車企業(yè)目前在電池續(xù)航、成本控制、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等技術(shù)領(lǐng)域遇到了發(fā)展瓶頸,正在試圖研究創(chuàng)新,尋求技術(shù)上的突破,一旦成功地解決了目前的發(fā)展困境,新能源汽車產(chǎn)業(yè)會(huì)迎來更加快速的發(fā)展,能源汽車未來的發(fā)展方向主要包括以下幾方面。
2.1 動(dòng)力電池技術(shù)
動(dòng)力電池的主要功能是儲(chǔ)存電能,傳輸給電機(jī),轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,從而驅(qū)動(dòng)車輛行駛,是新能源汽車的能量和動(dòng)力來源,在生產(chǎn)成本方面,動(dòng)力電池的造價(jià)會(huì)一般占到整車造價(jià)的1/3甚至是一半,是新能源汽車重要和成本高的核心組成部分,動(dòng)力電池的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量往往決定了新能源汽車整車的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量,電池的能量密度、使用壽命、安全保障等方面很大程度上決定了消費(fèi)者對(duì)新能源汽車的購買意愿,目前動(dòng)力電池相關(guān)新技術(shù)在以下幾方面快速發(fā)展。
2.1.1 全固態(tài)鋰電池
全固態(tài)鋰電池是相對(duì)液態(tài)鋰電池而言,是指結(jié)構(gòu)中不含液體,所有材料都以固態(tài)形式存在的儲(chǔ)能器件。具體來說,它由正極材料+負(fù)極材料和電解質(zhì)組成,而液態(tài)鋰電池則由正極材料+負(fù)極材料+電解液和隔膜組成,固態(tài)電池的電解質(zhì)為固態(tài),具有的密度以及結(jié)構(gòu)可以讓更多帶電離子聚集在一端,傳導(dǎo)更大的電流,進(jìn)而提升電池容量,同樣的電量,固態(tài)電池的能量密度更高,體積將變得更小。目前在乘用車和車市場,三元鋰電池占據(jù)了主流位置,單體能量密度大致在120-140Wh/kg;在客車市場,磷酸鐵鋰電池占據(jù)了大部分*,單體能量密度可以達(dá)到130-220Wh/kg,純電動(dòng)汽車目前的續(xù)航里程普遍在300-500公里。相同體積的固態(tài)電池的能量密度在400Wh/kg左右,高可達(dá)600Wh/kg,是目前動(dòng)力電池能量密度的4-5倍,意味著電量將以相同的倍數(shù)增加,續(xù)航里程比之前大幅度提升,預(yù)計(jì)會(huì)是目前續(xù)航里程的數(shù)倍甚至是10倍,將達(dá)到上千甚至是數(shù)千公里,屆時(shí)里程焦慮的困擾將會(huì)大大緩解,新能源汽車的續(xù)航里程也會(huì)大幅度超越燃油車,實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的行駛,從根本上解決目前阻礙新能源汽車發(fā)展的續(xù)航里程短的問題。

圖1 電池技術(shù)發(fā)展階梯圖
全固態(tài)鋰電池是未來電池技術(shù)的主要發(fā)展方向,可以在相同體積的條件下實(shí)現(xiàn)更長的續(xù)航里程,在相同續(xù)航里程的條件下實(shí)現(xiàn)更小的體積,目前主要新能源汽車和動(dòng)力電池企業(yè)包括比亞迪、寧德時(shí)代、沃、豐田汽車等都在積極研發(fā)固態(tài)電池,但是受限于當(dāng)前較高的技術(shù)難度和昂貴的制造成本,固態(tài)電池的研發(fā)進(jìn)度比較緩慢,還沒有開始在新能源量產(chǎn)汽車上使用,相信一旦技術(shù)上有所突破,固態(tài)電池在不遠(yuǎn)的未來會(huì)在新能源汽車領(lǐng)域大規(guī)模使用,替代現(xiàn)有電池。
2.1.2 氫燃料電池
氫燃料電池是使用氫這種化學(xué)元素,制造成儲(chǔ)存能量的電池。其基本原理是電解水的逆反應(yīng),把氫和氧分別供給陽極和陰極,氫通過陽極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后,放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰極,它是通過電化學(xué)反應(yīng),而不是采用燃燒(汽、柴油)或儲(chǔ)能(蓄電池)方式,氫燃料電池只會(huì)產(chǎn)生水和熱,所以,氫燃料電池是*的清潔排放,對(duì)環(huán)境是真正的*,此外,氫燃料電池續(xù)航里程較長,補(bǔ)給燃料時(shí)間較短,一般充滿氫僅需3-5分鐘,相較于插電式電池充電時(shí)間大幅度縮短,可以節(jié)省更多時(shí)間,這些優(yōu)勢使氫燃料電池非常適合長距離長時(shí)間行駛的新能源汽車使用。
目前氫燃料電池已經(jīng)開始在客車、車等車型上應(yīng)用,在商用車上的應(yīng)用前景十分廣闊,目前主要的客車和乘用車企業(yè)包括宇通客車、上汽集團(tuán)、豐田汽車、現(xiàn)代汽車等都在積極研發(fā)氫燃料電池,但由于氫燃料獲取成本高,同時(shí)需要有的加氫站,占地面積大,無法在停車場安裝加氫設(shè)備,易用性方面與插電式汽車有較大差距,國內(nèi)目前僅有5座的氫燃料汽車加氫站,數(shù)量極少,并且某些不對(duì)外開放,導(dǎo)致現(xiàn)階段氫燃料汽車的能源獲取十分困難和不便,氫燃料電池仍需較長時(shí)間加大力度推廣普及。
2.1.3 太陽能電池
太陽能電池又稱為太陽能芯片光伏電池,是一種利用太陽光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片,太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能,太陽能電池早是用于工業(yè)發(fā)電,后來隨著生產(chǎn)成本的降低和轉(zhuǎn)化率的提高,光伏產(chǎn)品開始廣泛用于家庭發(fā)電,走進(jìn)廣大普通百姓家中,目前,光伏產(chǎn)品的使用已經(jīng)成為許多家庭日常生活的一部分。
由于太陽能電池是通過吸收自然光作為能量來源,轉(zhuǎn)化為電能驅(qū)動(dòng)車輛行駛,轉(zhuǎn)換過程不受時(shí)間、空間限制,而且能源成本為零,因此,相對(duì)于鋰電池和燃料電池在能源獲取需要的空間和時(shí)間方面具有不可比擬的巨大優(yōu)勢,太陽能汽車真正實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)隨地免費(fèi)地獲取能源,可以從根本上解決新能源汽車充電難、充電慢的問題,*1輛太陽能汽車可以追溯到20世紀(jì)70年代末,但是由于太陽能電池能量轉(zhuǎn)化率低,同時(shí)需要電池板裸露在車身外,易破損,加之太陽能電池薄膜的成本較高,導(dǎo)致太陽能汽車普及推廣一直停滯不前,沒有實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),不過,目前已有特斯拉、漢能集團(tuán)等企業(yè)仍在積極研發(fā)太陽能電池,未來太陽能電池汽車實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)指日可待。
2.1.4 無線充電和換電池技術(shù)
里程焦慮是目前消費(fèi)者對(duì)新能源汽車購買的主要顧慮,究其原因主要是現(xiàn)階段電池能量密度技術(shù)提升較慢,續(xù)航里程不高,無法滿足消費(fèi)者的需求,在電池本身能量密度沒有突破性提高的現(xiàn)狀下,需要改良現(xiàn)有的充電方式,來間接提升續(xù)航里程,解決里程焦慮問題,而無線充電和換電池技術(shù)就是在這種大背景下產(chǎn)生的。
無線充電技術(shù)是無需要線纜的一種充電技術(shù),可以分為小功率無線充電和大功率無線充電兩種方式,小功率無線充電常采用電磁感應(yīng)式,如對(duì)手機(jī)充電的Qi方式,目前已經(jīng)開始在部分手機(jī)產(chǎn)品上應(yīng)用;大功率無線充電常采用諧振式,由供電設(shè)備(充電器)將能量傳送至用電的裝置,該裝置使用接收到的能量對(duì)電池充電,并同時(shí)供其本身運(yùn)作之用。大功率無線充電技術(shù)目前主要是應(yīng)用在電動(dòng)汽車的無線充電方式上,無線充電由于沒有了線纜的束縛,相較于有線充電更加方便,車輛可以在無線充電板上靈活自由停放,不受周邊環(huán)境的限制,同時(shí),無線充電沒有機(jī)械磨損,也避免了有線充電由于線纜接觸不良出現(xiàn)的故障,安全性進(jìn)一步提高,使用壽命得以延長。
目前,包括奧迪、奔馳、寶馬、豐田、沃爾沃等汽車企業(yè)都在積極研發(fā)無線充電技術(shù),其中奧迪已經(jīng)在部分車型上使用了這項(xiàng)技術(shù),除了靜態(tài)無線充電,光伏企業(yè)也在積極研發(fā)動(dòng)態(tài)無線充電道路,使電動(dòng)汽車可以在道路行駛的過程通過鋪設(shè)在道路上的無線充電裝置充電,真正實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地獲取能源,*解決里程焦慮的后顧之憂,2017年12月28日,首條光伏公路在山東省濟(jì)南市建成,光伏路面可將太陽能轉(zhuǎn)換為電能,再由路面下的電磁感應(yīng)線圈為電動(dòng)汽車無線充電,真正實(shí)現(xiàn)了能源的無限獲取,但是由于目前無線充電和光伏公路只是試驗(yàn)階段,還沒有真正的大規(guī)模應(yīng)用,無線充電真正普及尚需時(shí)日。
除了里程焦慮之外,充電時(shí)間過長也是制約消費(fèi)者購買新能源汽車的一大因素,雖然目前已經(jīng)有快充技術(shù)在逐步改善,但與燃油車的加油時(shí)間相比,仍然過長,時(shí)間成本高,而在充電速度無法大幅度提升的現(xiàn)狀下,換電池技術(shù)可以有效解決續(xù)航里程問題,換電池技術(shù)就是將新能源汽車駛?cè)氲膿Q電站,通過裝置將現(xiàn)有電池卸載,將已充滿電的電池替換裝載的技術(shù),換電技術(shù)可以大大縮短充電時(shí)間,甚至短于燃油車的加油時(shí)間,可以大幅度提升汽車的續(xù)航能力,消除里程焦慮,同時(shí),電池可以采用慢充方式,對(duì)電池有更好的保護(hù),延長電池使用壽命,目前已有北汽新能源、蔚來汽車、國金汽車等新能源汽車企業(yè)在積極研發(fā)換電技術(shù)并投入使用,但同時(shí)換電技術(shù)仍存在諸多發(fā)展障礙,首先換電站投入成本較高,短期內(nèi)無法達(dá)到加油站的分布密度,無法滿足所有車主的需求,其次,換電站要求所有車型要使用統(tǒng)一的電池尺寸規(guī)格,客觀上限制了汽車企業(yè)推出汽車尺寸的種類,從而影響汽車企業(yè)的長期發(fā)展規(guī)劃,此外還有更換過程中的電池衰減、安全防護(hù)等問題尚待解決,之前以色列的BetterPlace公司和特斯拉公司的換電服務(wù)均以失敗告終,但在目前看來,換電技術(shù)仍然是有效的解決新能源汽車里程焦慮的方法。
2.2 電機(jī)技術(shù)
電機(jī)分別連接著新能源汽車的動(dòng)力電池和汽車傳動(dòng)軸,動(dòng)力電池的電量輸出到電機(jī),通過電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,傳輸?shù)絺鲃?dòng)軸,由傳動(dòng)軸將動(dòng)力輸出到輪胎,終驅(qū)動(dòng)汽車行駛,電機(jī)內(nèi)部集成了電控系統(tǒng)和單級(jí)變速箱,代替了燃油車的發(fā)動(dòng)機(jī)和多齒比變速箱,大大簡化了汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu),是新能源汽車*的重要組成部分,電機(jī)技術(shù)由于之前在許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,發(fā)展得較為成熟,新能源汽車的電機(jī)技術(shù)一直以來平穩(wěn)發(fā)展,不過近年來新能源汽車的電機(jī)技術(shù)出現(xiàn)了一些新的發(fā)展趨勢,輪轂電機(jī)技術(shù)是其中的主要方向。
輪轂電機(jī)技術(shù)就是將集成了減速器的電機(jī)總成直接布置在輪轂中,由4個(gè)輪邊電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)4個(gè)車輪,輪轂電機(jī)技術(shù)并非新生事物,早在1900年,就已經(jīng)制造出了前輪裝備輪轂電機(jī)的電動(dòng)汽車,在20世紀(jì)70年代,這一技術(shù)在礦山運(yùn)輸車等領(lǐng)域得到應(yīng)用。隨著20世紀(jì)60年代石油的大規(guī)模開采和發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的飛躍式發(fā)展,同時(shí)電池技術(shù)停滯不前,燃油車在此后的數(shù)十年間占據(jù)了汽車的主導(dǎo)地位,而隨著近年來新能源汽車的重新崛起,輪轂電機(jī)技術(shù)再一次成為電機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢和方向。
目前新能源汽車的電機(jī)一般采用前置或后置電機(jī),分別連接動(dòng)力電池和傳動(dòng)軸,結(jié)構(gòu)較為成熟,裝配簡易,但由于需要經(jīng)過傳動(dòng)系統(tǒng)將動(dòng)力輸送至輪胎,不可避免地造成電機(jī)功率的損耗,影響汽車的性能和電機(jī)使用壽命,輪轂電機(jī)是將動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置和制動(dòng)裝置都一起整合到輪轂內(nèi),得以將電動(dòng)車輛的機(jī)械部分大為簡化,重量大大減輕,提高了車身的空間利用率,電機(jī)直接將動(dòng)力傳輸?shù)捷嗇?,在傳?dòng)過程中幾乎無損耗,車輛性能得以*發(fā)揮,同時(shí)輪轂電機(jī)具備單個(gè)車輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的特性,因此無論是前驅(qū)、后驅(qū)還是四驅(qū)形式,它都可以比較輕松地實(shí)現(xiàn),全時(shí)四驅(qū)在輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛上實(shí)現(xiàn)起來非常容易,這些優(yōu)勢都是傳動(dòng)電機(jī)不可比擬的,當(dāng)然,現(xiàn)階段,輪轂電機(jī)需要在空間較小的輪轂布置,結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,技術(shù)難度高,需要較長時(shí)間的研發(fā)來實(shí)現(xiàn)技術(shù)的真正普及。
2.3 輔助駕駛技術(shù)
除了動(dòng)力電池和電機(jī)這兩大新能源汽車核心部件的技術(shù)以外,還有一些新能源汽車技術(shù)同樣與其發(fā)展息息相關(guān),這其中輔助駕駛技術(shù)與新能源汽車的發(fā)展為密切,輔助駕駛技術(shù)是輔助駕駛者進(jìn)行駕駛的技術(shù),可以為駕駛者提供更加全面和優(yōu)異的駕乘體驗(yàn)和安全保障,在整個(gè)駕駛過程中發(fā)揮著重要作用,在新能源汽車領(lǐng)域的輔助駕駛技術(shù)主要包括自動(dòng)駕駛和車載人工智能兩大類。

圖2 汽車輔助駕駛技術(shù)邏輯圖
2.3.1 自動(dòng)駕駛
自動(dòng)駕駛技術(shù)是采用先進(jìn)的通信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和控制技術(shù),對(duì)汽車實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)控制。自動(dòng)駕駛自動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì)(SAE)按智能化程度將自動(dòng)駕駛分為L0-L5六個(gè)等級(jí),依次為人工輔助、輔助駕駛、半自動(dòng)駕駛、高度自動(dòng)駕駛、超高度自動(dòng)駕駛和全自動(dòng)駕駛,人工輔助為L0初級(jí),全自動(dòng)駕駛為L5即自動(dòng)駕駛的形態(tài),在此等級(jí)下,駕駛可以在沒有駕駛員的情況下*交由機(jī)器完成,應(yīng)對(duì)當(dāng)前所有工況,并不斷進(jìn)行學(xué)習(xí)改進(jìn),適應(yīng)新的工況,在L5等級(jí)下的自動(dòng)駕駛可以*實(shí)現(xiàn)無人駕駛。
自動(dòng)駕駛技術(shù)早出現(xiàn)于2009年,初旨在輔助駕駛員進(jìn)行駕駛,而隨著技術(shù)的不斷提升,自動(dòng)駕駛逐漸被認(rèn)為可以取代人類進(jìn)行駕駛,真正解放駕駛員的雙手,消除長時(shí)間駕駛產(chǎn)生的疲勞,避免交通違章和事故的發(fā)生,大大提高車輛的安全性,是未來駕駛技術(shù)的必然趨勢,而新能源汽車由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單,駕駛操控簡易,電子控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似,是目前發(fā)展自動(dòng)駕駛的理想車型,大部分自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展是在新能源汽車平臺(tái)上完成的。
自動(dòng)駕駛技術(shù)的核心是自動(dòng)駕駛芯片,通過芯片處理各種路況,將信號(hào)傳輸給車輛控制系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛,目前,英特爾、高通、英偉達(dá)、Mobileeye等芯片廠商正在積極研發(fā)自動(dòng)駕駛芯片,而百度、谷歌等互聯(lián)網(wǎng)公司也在積極研發(fā)自動(dòng)駕駛系統(tǒng),以適應(yīng)更多的車型,車企方面,奧迪、特斯拉、蔚來等廠商的自動(dòng)駕駛汽車已經(jīng)量產(chǎn)并上市,但由于目前量產(chǎn)車的高自動(dòng)駕駛等級(jí)是L3,在實(shí)際使用過程中,仍然只能起到輔助駕駛的作用,并且偶爾會(huì)出現(xiàn)故障和問題,同時(shí)目前自動(dòng)駕駛汽車所占的比例較低,但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,相信在不久的未來,自動(dòng)駕駛汽車會(huì)越來越多,等級(jí)會(huì)逐步提高。
2.3.2 車載人工智能
人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支,它企圖了解智能的實(shí)質(zhì),并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機(jī)器,該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。人工智能的概念早是在1956年提出,由于人工智能的載體是計(jì)算機(jī)和機(jī)器,其定式運(yùn)算和存儲(chǔ)速度遠(yuǎn)高于人腦,并且不會(huì)產(chǎn)生疲勞,在重復(fù)機(jī)械性的工作領(lǐng)域相較于自然人腦有巨大的*的先天優(yōu)勢,大大提高了生產(chǎn)效率和降低了錯(cuò)誤率,經(jīng)過60多年的發(fā)展,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、機(jī)器人、裝備制造、服務(wù)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域,成為日常生產(chǎn)和生活的*的輔助工具。
汽車產(chǎn)品由于一直是以自然人駕駛員為核心,這一理念始終貫穿著汽車行業(yè)的發(fā)展,車載人工智能在汽車行業(yè)的應(yīng)用起步較晚,不同于自動(dòng)駕駛的重復(fù)機(jī)械性勞動(dòng),車載人工智能是在車輛內(nèi)部為駕駛員提供各項(xiàng)輔助服務(wù),需要熟練掌握聲音語言和肢體語言,更深入地理解和領(lǐng)會(huì)駕駛員意圖,甚至是駕駛員的情緒,不是單純的聽從駕駛員指令,而是能與駕駛員進(jìn)行交流,具備情緒感知和感情培養(yǎng)的能力,真正成為駕駛員的出行伙伴,對(duì)于人工智能的要求更高更細(xì)致,目前各大車企都在積極研發(fā)人工智能,已經(jīng)有上汽、沃爾沃、特斯拉、奧迪等廠商推出了搭配車載人工智能的汽車,但目前都處于初級(jí)的語音識(shí)別階段,2017年底,蔚來汽車推出了車載人工智能系統(tǒng)nomi,基于強(qiáng)大的車載計(jì)算能力和云計(jì)算平臺(tái),集成了語音交互系統(tǒng)和智能情感引擎,創(chuàng)造出了一種全新的人車交互方式,次讓車從一個(gè)機(jī)器,變成一個(gè)有生命、有情感的伙伴,真正成為人類的出行伴侶。
3 結(jié)語
新能源汽車產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨勢時(shí)刻影響著其技術(shù)發(fā)展路線,終決定了新能源汽車產(chǎn)業(yè)的總體發(fā)展?fàn)顩r,目前的技術(shù)發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在三大方面:
(1)動(dòng)力電池技術(shù)依然是新能源汽車重要的核心技術(shù)發(fā)展方向,動(dòng)力電池目前的技術(shù)發(fā)展主要解決電池容量和電量獲取速度這兩大問題,其中全固態(tài)電池可以大大提高電池容量,延長新能源汽車的續(xù)航里程,而無線充電和換電技術(shù)可以打破充電在時(shí)間和空間范圍內(nèi)的限制,大大提高充電效率,解決新能源汽車目前為詬病的充電問題。
(2)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)車輛行駛的直接的動(dòng)力裝置,在未來的技術(shù)發(fā)展趨勢中勢必會(huì)得到更加迅速的提升,以輪轂電機(jī)、BSG電機(jī)為代表的電機(jī)技術(shù)顯著提高性能和舒適性,使新能源汽車的接受度更高,更快地進(jìn)行普及。
(3)人工智能作為一項(xiàng)新興技術(shù),與眾多行業(yè)進(jìn)行緊密結(jié)合,而新能源汽車是其重要的實(shí)施平臺(tái),在使用便捷、車輛安全、駕乘樂趣等方面大幅度拓寬新能源汽車的使用范圍,使汽車不僅成為可靠的交通工具,更能成為人類未來親密的出行伴侶。
科學(xué)技術(shù)是生產(chǎn)力,新能源汽車是汽車產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢,無論是制造環(huán)節(jié)還是使用環(huán)節(jié),其技術(shù)發(fā)展趨勢一直著整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢,同時(shí),固態(tài)電池、輪轂電機(jī)、駕駛輔助等方面的新技術(shù)同樣會(huì)影響到裝備制造、智能機(jī)器人、服務(wù)業(yè)等眾多相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)間共同融合發(fā)展,終促進(jìn)整體經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

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