大變局下多元汽車技術的新進展

文 / 工信部裝備工業發展中心

汽車科技將帶動行業駛入百年未有之大變局，向電動化、智能化和網聯化快速演進，而汽車產業的進步將順應“環保、提效”的時代主題，為社會經濟發展注入新活力。

節能汽車技術應用持續上升

為應對日益嚴峻的能源和環境壓力，汽車產業不斷提升傳統動力、混合動力、整車節能技術研發和應用能力，踐行綠色、低碳發展。

汽油乘用車節能技術搭載率

乘用車變速器技術搭載率

傳統動力技術方面，發動機熱效率逐步提高帶動節油水平提升，主要路徑為不斷提高壓縮比、優化燃燒過程、附件電氣化以及低摩擦技術，我國自主研發的汽油機和柴油機量產產品的最高熱效率分別達到了40%和50%。渦輪增壓、缸內直噴、怠速啟停等技術在汽油機上得到了廣泛應用。2020年，汽油乘用車渦輪增壓、缸內直噴和怠速啟停的搭載率分別為65.0%、69.1%和72.2%。

變速器呈現多擋化、自動化發展趨勢。乘用車領域，液力自動變速器(AT)、機械無級自動變速器(CVT)、電控機械自動變速器(AMT)和雙離合自動變速器(DCT)等自動變速器的搭載率逐年升高。2020年，乘用車自動變速器的搭載率超過95%，CVT、DCT成為市場主流，搭載率超過50%，搭載手動變速器(MT)的產品已經很少。商用車領域，變速器產品擋位分布在5-16擋，自動變速器的應用呈現上升趨勢。

混合動力技術方面，中國品牌企業積極研發混合動力相關技術，通過高效機電耦合機構設計、整車多動力源熱管理系統一體化集成設計、人車路協同智能化能量管理開展技術優化，混合動力產品產量穩步增長。乘用車領域，2020年，混合動力車型產量為43萬輛，占乘用車的比例提升至2.3%。商用車領域，混合動力技術發展相對緩慢，產業化程度較低。

混合動力乘用車產量及占比

乘用車平均燃料消耗量年度變化情況

純電動乘用車與客車平均電量

整車節能技術方面，整車企業積極通過整車輕量化設計、風阻優化設計、使用低滾阻輪胎、開發駕駛輔助等技術來實現節能，商用車企業開展車隊管理和智能調控技術的研究，通過提升運行效率實現節能。輕量化方面，通過結構設計、新材料的使用和改進制造工藝降低整備質量，乘用車車型高強度鋼的使用比例超過50%。整車風阻方面，乘用車領域，中國品牌車型風阻系數達到0.233，處于國際一流水平，商用車領域，國內系數平均在0.5－0.6之間，美國平均在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，受益于汽車節能技術的發展和新能源乘用車的推廣應用，2016－2019年，傳統能源乘用車平均燃料消耗量實際值持續下降，從2016年的6.87L/100km降至2019年的6.46L/100km，年均降幅2.1%。計入新能源乘用車后，乘用車平均燃料消耗量實際值由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5年來大幅提升

續駛里程提升。我國純電動汽車續駛里程逐年提升，按照《公告》車型數據統計，純電動乘用車平均續駛里程從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。新能源汽車續駛里程的提升主要原因為整車電量提升及電耗降低。但純電動汽車仍存在低溫環境下續駛里程降低的問題，需進一步開發低溫電池及高效熱管理技術。

電量快速增長。純電動乘用車平均電量從2016年的37kWh增長至2020年的52kWh，增長幅度達到40.5%。純電動客車平均電量從2016年的110kWh增長至2020年的201kWh，增長幅度達到82.7%。新能源汽車電量提升主要原因為動力電池能量密度的提升，以及全新平臺架構總布置下電池布置空間的優化。

整車平均電耗降低。通過純電動平臺化與集成化設計、整車輕量化及低風阻設計、電池能量密度及熱管理技術提升、電驅動效率優化等方式實現整車電耗降低。2020年，純電動乘用車NEDC工況條件下新車平均電耗為12.49kWh/100km，相比2016年降低20.6%。

動力電池能量密度提升。2020年，我國動力電池裝機量達到63.8GWh，其中三元電池的裝機量為38.9GWh，占總裝機量的61.0%，磷酸鐵鋰電池裝機量為24.4GWh，占總裝機量的38.2%。分車型看，純電動乘用車與客車的動力電池系統能量密度平均值分別為146Wh/kg與145Wh/kg，動力電池系統成組效率分別達到69.3%和79.0%。純電動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。

動力電池系統能量密度提升帶來續駛里程增加及成本下降，但也存在熱失控安全隱患，做好動力電池全生命周期安全防護設計至關重要。未來，隨著固態電池、基于監控平臺大數據的動力電池安全預警、電池熱失控擴散防護等新技術應用，動力電池逐步向高安全、高能量密度、低成本發展。

純電動乘用車與客車平均續駛里程

純電動乘用車百公里平均電耗

純電動乘用車與客車電池系統平均能量密度及成組效率

電驅動系統功率提升。2020年，純電動乘用車與客車的電驅動系統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%。電驅動系統呈現高度集成化、電機永磁同步化、高功率密度化、冷卻系統多樣化的趨勢，有助于提升性能、降低電耗及實現輕量化。

純電動乘用車與客車電驅動系統峰值功率

不同材料體系電池系統平均能量密度

智能網聯汽車技術的突破與領先

關鍵核心技術取得一定突破。環境感知技術方面，車載多線束激光雷達、應用于智能駕駛功能的車載視覺芯片已實現量產，車載24GHz和77GHz毫米波雷達核心射頻收發芯片和雷達波形控制芯片已實現自主研制。決策技術方面，國內推出多款自主研發的自動駕駛計算平臺，國產芯片陸續搭載裝車應用。控制執行技術方面，輔助駕駛系統實現量產搭載，自動駕駛系統搭載的車輛已在園區、機場、礦山等封閉、半封閉場景示范應用。

信息交互技術達到國際水平。完成LTE-V2X相關技術標準制定和實施，自主通信芯片、模組等模塊已實現小批量供貨。企業選取貼近實際、面向商業化應用的連續場景，采用全新數字證書格式，積極開展跨整車、通信終端、芯片模組、安全平臺的互聯互通應用示范，探索C-V2X面臨地圖定位方面法規問題的技術方案，開展大規模通信背景下的產品功能性能測試，相關產品達到國際水平。在云平臺與大數據技術方面，架構及標準化、平臺關鍵技術方面取得積極進展，開展了大規模網聯應用實時協同計算環境的大數據云控基礎平臺關鍵技術研究，與國際相比，我國提出的大數據云控基礎平臺架構具有先進性。

基礎支撐技術進一步落地。高精度地圖方面，實現高精度地圖的商業化落地，在采集范圍與地圖制作領域達到國際先進水平。截至2020年底，28家企業獲得導航電子地圖甲級資質，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，基于我國北斗衛星通信實時動態差分定位技術，已實現在開闊道路上的亞米級定位，與國際先進水平保持一致。測試評價方面，模擬仿真、封閉場地、實際道路等測試技術取得一定進展，積極推進建設中國典型駕駛場景數據庫。

專利公開數量同比持續增長

2020年，我國汽車專利公開量為29.5萬件，同比增長8.0%，持續保持穩步增長態勢。發明專利授權量為6.4萬件，同比增長2.6%，汽車專利創新質量持續提升，汽車企業技術創新能力逐步加強。新能源汽車、智能網聯汽車專利占比達43%，其中新能源汽車與智能網聯汽車專利公開量同比增長16%和18%。

新能源汽車領域，企業加大動力電池系統及充電技術攻關力度，動力電池系統在新能源汽車專利占比41%，專利公開量同比增長36%，其中鋰離子電池單體結構、電池系統結構以及電池管理系統均有專利布局。充電技術在新能源汽車專利占比19%，主要以傳導式充電技術專利為主，換電技術和無線充電技術逐步布局。

智能網聯汽車領域，公開專利網聯化技術占比達到45%，較2019年提升9個百分點，主要分布在通信車聯網與平臺技術等方面。通信及科技公司逐步成為網聯化技術發展的重要力量，專利公開量排名前十中占據六席。汽車企業在智能化技術中占據優勢，專利集中于智能感知、整車技術、控制執行等方面。

汽車專利公開量及發明授權量

2020年新能源汽車專利構成

2020年智能網聯汽車專利構成