雙碳戰(zhàn)略下的智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車(chē)技術(shù)與應(yīng)用

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē)；智能網(wǎng)聯(lián)；“雙碳”戰(zhàn)略

0前言

汽車(chē)尾氣是各類(lèi)環(huán)境污染物中的重要一項(xiàng)，也是碳排放的一大源頭。為了應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題，我國(guó)正在加大新能源汽車(chē)的布局力度，開(kāi)啟汽車(chē)行業(yè)從傳統(tǒng)燃油汽車(chē)向現(xiàn)代新能源汽車(chē)轉(zhuǎn)型的時(shí)代。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和成熟，各類(lèi)新興技術(shù)、智能技術(shù)正不斷涌現(xiàn)，并廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)之中。大數(shù)據(jù)、人工智能、可視化等技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的深入應(yīng)用，推動(dòng)了汽車(chē)產(chǎn)業(yè)逐步走向智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向。智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)是車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能技術(shù)的融合，借助車(chē)聯(lián)網(wǎng)和智能技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)人、車(chē)和環(huán)境的連接，感知并利用多端數(shù)據(jù)來(lái)輔助用戶(hù)安全、可靠地完成駕駛操作。可以說(shuō)，智能網(wǎng)聯(lián)是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)未來(lái)最重要的發(fā)展方向，也是技術(shù)深度融合后的必然成果。因此，在“雙碳”戰(zhàn)略背景下，加強(qiáng)智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車(chē)的研究對(duì)于推廣新能源汽車(chē)、降低環(huán)境污染、提升清潔能源利用率都具有重要意義。

1 智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)

1. 1 芯片技術(shù)

芯片技術(shù)是新能源汽車(chē)智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和控制的核心。對(duì)于汽車(chē)的電子元件而言，必須采用車(chē)規(guī)級(jí)的芯片才能與之契合。相較于手機(jī)、電腦等消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品的芯片，車(chē)規(guī)級(jí)芯片在制作工藝上并沒(méi)有過(guò)于嚴(yán)苛的要求，但對(duì)于芯片的質(zhì)量性能、使用周期、可靠性、溫度范圍等要求很高，這就使得車(chē)規(guī)級(jí)芯片的研發(fā)周期較長(zhǎng)、資金投入很大，因此在制作上仍然存在一定的技術(shù)難度。

車(chē)規(guī)級(jí)芯片從功能用途的角度可以劃分為4 類(lèi)，分別是控制類(lèi)功能芯片、功率半導(dǎo)體芯片、傳感器芯片和其他芯片。控制類(lèi)功能芯片是汽車(chē)電子控制單元的關(guān)鍵，廣泛應(yīng)用在汽車(chē)的各類(lèi)系統(tǒng)之中，例如行駛系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等［1］。一般傳統(tǒng)汽車(chē)的控制類(lèi)功能芯片平均在70 顆以上，智能新能源汽車(chē)平均數(shù)量則超過(guò)300 顆。隨著汽車(chē)電子系統(tǒng)的日趨集成化及微控制單元（MCU）性能的大幅提升，未來(lái)功能芯片的采用數(shù)量或?qū)⒅鸩较陆怠?/p>

隨著新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)需求逐步增加。功率半導(dǎo)體是實(shí)現(xiàn)高頻的電力轉(zhuǎn)化控制功能、保障汽車(chē)運(yùn)行穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。目前市面上主流的功率半導(dǎo)體是絕緣柵雙極晶體管（IGBT）和金氧半場(chǎng)效晶體管（MOSFET），在電動(dòng)汽車(chē)中主要應(yīng)用在電控系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等方面。隨著技術(shù)的發(fā)展，在高壓系統(tǒng)中表現(xiàn)更加突出的碳化硅材料開(kāi)始逐步應(yīng)用到功率半導(dǎo)體之中，或許今后將深入應(yīng)用在新能源汽車(chē)中。

1. 2 無(wú)線通信技術(shù)

無(wú)線通信技術(shù)是智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車(chē)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)聯(lián)化的重要技術(shù)之一，其目的在于實(shí)現(xiàn)車(chē)與車(chē)、車(chē)與路、車(chē)與云端服務(wù)器之間的連通和數(shù)據(jù)交換。在過(guò)去的汽車(chē)行業(yè)之中，應(yīng)用最早的無(wú)線通信技術(shù)是紅外線通信技術(shù)。紅外線通信技術(shù)成本低廉、使用便捷，但由于傳輸效率不足、傳輸距離過(guò)短等問(wèn)題，應(yīng)用場(chǎng)景十分有限。隨著藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景逐步被拓寬，實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙車(chē)鎖、車(chē)載娛樂(lè)等諸多功能。除汽車(chē)自身使用外，藍(lán)牙技術(shù)還在新能源汽車(chē)充電樁上得到了應(yīng)用，可以有效解決地下車(chē)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不佳等問(wèn)題。在智能網(wǎng)聯(lián)需求的推動(dòng)下，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)逐步融入到汽車(chē)智能系統(tǒng)之中，為駕駛者提供便捷、高速的數(shù)據(jù)傳遞和信息流動(dòng)功能。尤其是在5G 通信技術(shù)的輔助下，汽車(chē)智能系統(tǒng)的傳輸速度和運(yùn)算速度將得到大幅提升，能夠?qū)崿F(xiàn)即時(shí)化、高效化的智能服務(wù)。

1. 3 傳感技術(shù)

傳感技術(shù)是新能源汽車(chē)實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)的基礎(chǔ)，其作用在于對(duì)車(chē)輛周邊環(huán)境進(jìn)行感知和數(shù)據(jù)采集，為中央控制系統(tǒng)的分析運(yùn)算提供全面、可靠的數(shù)據(jù)保障。汽車(chē)所使用的傳感器種類(lèi)多樣，功能不一，包括激光雷達(dá)、視覺(jué)傳感器、距離傳感器、加速度傳感器等，能夠?qū)崿F(xiàn)外部環(huán)境特征的感知、識(shí)別和采集，獲取系統(tǒng)計(jì)算所需的數(shù)據(jù)、圖像和視頻［2］。在傳感技術(shù)和算法技術(shù)的輔助下，駕駛者能夠更加清晰準(zhǔn)確地掌握車(chē)輛自身和周邊環(huán)境信息，規(guī)劃科學(xué)合理的行駛路徑，為駕駛行為的安全性和可靠性奠定基礎(chǔ)。在智慧公路等場(chǎng)景中，借助車(chē)路協(xié)同（V2X）模式，車(chē)輛傳感技術(shù)采集到的數(shù)據(jù)信息可以用于公路交通智慧模型的搭建，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的車(chē)輛軌跡預(yù)測(cè)和交通狀況評(píng)估，助力提升交通運(yùn)力。

此外，智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車(chē)的自動(dòng)駕駛功能也離不開(kāi)傳感技術(shù)的輔助。通過(guò)傳感技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的環(huán)境感知和數(shù)據(jù)分析，車(chē)輛智能系統(tǒng)能夠更加安全高效地完成危險(xiǎn)預(yù)判、穩(wěn)定控制、自適應(yīng)巡航控制等功能。

1. 4 算法技術(shù)

在傳感器完成數(shù)據(jù)采集后，智能控制系統(tǒng)需要通過(guò)算法技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，從而篩選出有價(jià)值的信息并加以利用。智能系統(tǒng)通過(guò)算法和建模技術(shù)，再結(jié)合車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)特征，實(shí)現(xiàn)基于安全性和穩(wěn)定性的精準(zhǔn)計(jì)算，從而明確車(chē)輛的實(shí)時(shí)定位和周邊環(huán)境數(shù)據(jù)，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行智能管控。

隨著人工智能技術(shù)的融合應(yīng)用和芯片算力的不斷增強(qiáng)，當(dāng)前算法技術(shù)已經(jīng)具備了自主學(xué)習(xí)功能，能夠?qū)︸{駛者的行為習(xí)慣、駕駛場(chǎng)景進(jìn)行模仿學(xué)習(xí)；還能夠構(gòu)建大模型，導(dǎo)入海量的真人駕駛數(shù)據(jù)，不斷提升智能系統(tǒng)的認(rèn)知和決策能力。隨著學(xué)習(xí)能力的不斷加強(qiáng)和優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)的不斷積累，未來(lái)算法技術(shù)將更加強(qiáng)大，實(shí)現(xiàn)更多場(chǎng)景的自主決策和控制［3］。

1. 5 能源管理技術(shù)

在“雙碳”戰(zhàn)略背景下，能源管理技術(shù)的重要性日益凸顯。對(duì)于新能源汽車(chē)而言，動(dòng)力電源技術(shù)對(duì)于智能系統(tǒng)的運(yùn)行有直接影響，技術(shù)水平越高，其綜合運(yùn)行效率也越高。新能源汽車(chē)的運(yùn)行主要依靠電池的電力輸送，電力技術(shù)的突破使動(dòng)力電源技術(shù)迎來(lái)了新的發(fā)展期。現(xiàn)階段動(dòng)力電源已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)功能模塊的集約化控制，使得車(chē)輛智能系統(tǒng)運(yùn)行效能大幅提升［4］。

目前能源管理技術(shù)仍然存在一定的局限性，具體表現(xiàn)在以下2 個(gè)方面：① 新能源汽車(chē)的電池技術(shù)受到了能源管理的局限，在高性能儲(chǔ)能、運(yùn)行穩(wěn)定性和使用壽命上仍然存在不足，因此要實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的高速發(fā)展，就需要加強(qiáng)研發(fā)以突破電池技術(shù)。② 電芯設(shè)計(jì)板塊仍有缺陷，相關(guān)技術(shù)缺乏可靠的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，電芯指標(biāo)難以滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需求。

1. 6 網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)

數(shù)據(jù)是新能源汽車(chē)實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)聯(lián)化的基礎(chǔ)。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛、智能交互等諸多功能，必須不斷地采集車(chē)輛內(nèi)外和周邊環(huán)境的信息，并利用這些有價(jià)值的信息為駕乘人員提供智慧服務(wù)。當(dāng)前，汽車(chē)已經(jīng)逐漸成為了繼電腦、手機(jī)后的又一種智能終端，越來(lái)越多的汽車(chē)企業(yè)開(kāi)始與通信公司、科技公司攜手，深入挖掘汽車(chē)數(shù)據(jù)的實(shí)際價(jià)值，實(shí)現(xiàn)交通管理、智能駕駛、節(jié)能減排等諸多功能。隨著數(shù)據(jù)采集范圍的不斷擴(kuò)大和數(shù)據(jù)利用的逐步深入，越來(lái)越多的信息正在被采集、應(yīng)用、傳遞和共享，數(shù)據(jù)風(fēng)險(xiǎn)和隱私泄漏風(fēng)險(xiǎn)日益加劇，建立安全可靠的信息利用和網(wǎng)絡(luò)保護(hù)機(jī)制迫在眉睫［5］。

當(dāng)前，越來(lái)越多的汽車(chē)企業(yè)開(kāi)始重視網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題，并加大了相關(guān)技術(shù)的研發(fā)工作。在硬件上，采用安全芯片來(lái)保證采集數(shù)據(jù)的保密性和完整性；在軟件上，設(shè)置安全加密組件來(lái)保障系統(tǒng)的安全啟動(dòng)，防止系統(tǒng)軟件被惡意篡改。網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)能夠支持多種數(shù)據(jù)加密場(chǎng)景，并通過(guò)雙向身份認(rèn)證、校驗(yàn)簽名、加密傳輸?shù)确绞絹?lái)確保數(shù)據(jù)在傳輸、處理等階段的安全性。智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)如圖1 所示。整個(gè)安全技術(shù)方案涵蓋了系統(tǒng)的啟用、更新、傳輸、加密、存儲(chǔ)等多個(gè)維度，對(duì)新能源汽車(chē)的智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全方位、全過(guò)程的安全防護(hù)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)行為的全面監(jiān)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)事件的快速響應(yīng)［6］。

2 智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車(chē)的應(yīng)用場(chǎng)景和價(jià)值

2. 1 實(shí)現(xiàn)安全駕駛

現(xiàn)階段我國(guó)新能源汽車(chē)所使用的智能駕駛系統(tǒng)主要為高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS），其技術(shù)原理是通過(guò)安裝在新能源汽車(chē)上的多個(gè)傳感器，包括激光雷達(dá)、攝像頭、超聲波等，感應(yīng)汽車(chē)行駛過(guò)程的環(huán)境，采集車(chē)輛、道路、障礙物等靜態(tài)和動(dòng)態(tài)物體的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)智能系統(tǒng)的算法技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、監(jiān)測(cè)和追蹤，并結(jié)合車(chē)載導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)，進(jìn)行智能處理和分析，評(píng)估當(dāng)前環(huán)境的安全性。如果系統(tǒng)判定存在危險(xiǎn)，將采取預(yù)警、自動(dòng)控制等方式讓駕駛者迅速察覺(jué)、及時(shí)響應(yīng)，提升汽車(chē)行駛過(guò)程中的安全性。

近年來(lái)，隨著汽車(chē)行業(yè)電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化（“新四化”）的推進(jìn)，ADAS 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了重大突破，市場(chǎng)增長(zhǎng)十分迅猛。此前這類(lèi)智能系統(tǒng)主要存在于高端汽車(chē)市場(chǎng)，現(xiàn)在已經(jīng)逐步走入中端汽車(chē)市場(chǎng)［7］。同時(shí)，很多低水平的技術(shù)應(yīng)用也出現(xiàn)在了入門(mén)級(jí)汽車(chē)領(lǐng)域，不斷發(fā)展的傳感技術(shù)、圖像技術(shù)、通信技術(shù)和智能控制技術(shù)正在為提供更安全的駕乘環(huán)境創(chuàng)造新的機(jī)遇。

2. 2 實(shí)現(xiàn)高效通行

隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)V2X 模式的深入推進(jìn)，交通運(yùn)輸領(lǐng)域也逐步實(shí)現(xiàn)了智能化發(fā)展。新能源汽車(chē)通過(guò)智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)、可視化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)行車(chē)數(shù)據(jù)鏈與交通導(dǎo)航地圖的實(shí)時(shí)結(jié)合，在駕駛過(guò)程中起到顯示、提示、預(yù)警和決策作用。例如駕駛者在行車(chē)過(guò)程中，智能駕駛系統(tǒng)通過(guò)采集車(chē)輛信息、環(huán)境信息，并結(jié)合車(chē)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)導(dǎo)航線路的擁堵情況進(jìn)行分析和預(yù)判。當(dāng)系統(tǒng)判定前方將出現(xiàn)擁堵時(shí)，會(huì)對(duì)駕駛者進(jìn)行提示，并重新規(guī)劃線路供駕駛者進(jìn)行決策。V2X 模式下的智能交通網(wǎng)絡(luò)打通了人-車(chē)-道路的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，將新能源汽車(chē)與公共交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)交通信息的全面整合，可視化地展現(xiàn)每個(gè)路段模塊的實(shí)時(shí)交通狀況，盡可能地規(guī)避擁堵，提升通行效率。在“雙碳”背景下，交通運(yùn)輸效率的提升實(shí)現(xiàn)了資源的合理化利用，對(duì)于節(jié)能減排意義重大。

智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)也推動(dòng)了新能源汽車(chē)電控技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。依托微型處理器和智能控制系統(tǒng)，電控技術(shù)實(shí)現(xiàn)了集約化、精細(xì)化的電力傳輸和轉(zhuǎn)化控制。信息技術(shù)與電控技術(shù)的深度結(jié)合，有效提升了汽車(chē)內(nèi)部的運(yùn)行效能，使得系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定、高效。

2. 3 實(shí)現(xiàn)舒適駕駛

智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)還有效提升了駕駛的舒適性，主要體現(xiàn)在人機(jī)交互和顯示提示等方面。當(dāng)前的智能系統(tǒng)在人機(jī)交互上表現(xiàn)突出，駕駛者能夠通過(guò)語(yǔ)音或其他生物特征來(lái)下達(dá)指令，智能設(shè)備通過(guò)相關(guān)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)指令的接收、轉(zhuǎn)換、識(shí)別和響應(yīng)［8］。以語(yǔ)音交互為例，在駕駛過(guò)程中，駕駛者的雙眼和雙手都被駕駛行為占據(jù)，依靠語(yǔ)音來(lái)下達(dá)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(guò)特定的語(yǔ)言指令來(lái)調(diào)節(jié)空調(diào)、啟動(dòng)天窗或者切換導(dǎo)航線路。現(xiàn)階段的語(yǔ)音交互還存在被動(dòng)喚醒、無(wú)法模糊識(shí)別等問(wèn)題，隨著人工智能技術(shù)的深入，人機(jī)交互將實(shí)現(xiàn)主動(dòng)服務(wù)、智能預(yù)測(cè)和柔性服務(wù)。

在顯示提示功能中，智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用同樣廣泛。以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)-抬頭顯示（AR-HUD）設(shè)備為例，作為視覺(jué)顯示功能的典型例子，在智能網(wǎng)聯(lián)模式下，AR-HUD 設(shè)備所顯示的信息將更加實(shí)時(shí)、智能，能夠大幅提升駕駛的舒適性。系統(tǒng)將傳感器所獲取的各類(lèi)信息投射在AR-HUD 設(shè)備上，并與駕駛輔助功能結(jié)合，幫助駕駛者完成線路規(guī)劃、障礙避讓、變道等諸多操作。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，新能源汽車(chē)的智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展是解決現(xiàn)階段存在的交通、生態(tài)、能源問(wèn)題的必然路徑，也是未來(lái)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，越來(lái)越多的信息技術(shù)、智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)了與汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的深度融合，這不僅推動(dòng)了智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車(chē)的發(fā)展，也為最終實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛和智慧出行目標(biāo)提供助力。盡管智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)相關(guān)技術(shù)發(fā)展速度很快，但目前在技術(shù)水平、推廣應(yīng)用上仍然存在一些問(wèn)題，需要相關(guān)企業(yè)和研發(fā)人員加大投入，早日突破技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)。