未來(lái)汽車什么樣？又將如何更好地服務(wù)人類的生產(chǎn)生活？

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汽車大大拓展了人們的活動(dòng)半徑，也不斷改變著人們的生產(chǎn)生活方式。隨著移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、人工智能等科技的發(fā)展，共享經(jīng)濟(jì)、電子商務(wù)等新興運(yùn)營(yíng)模式的興起，汽車的應(yīng)用場(chǎng)景和自身形態(tài)發(fā)生明顯變化。未來(lái)汽車什么樣？又將如何更好地服務(wù)人類的生產(chǎn)生活？

“新能源”推動(dòng)低碳出行

長(zhǎng)久以來(lái)，汽車主要依賴燃燒汽油、柴油等化石燃料，由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)。伴隨人們對(duì)環(huán)保、低碳的重視程度不斷提升，新能源汽車發(fā)展步伐也明顯加快。首先，儲(chǔ)能式電動(dòng)汽車越來(lái)越普及，其中包括純電、混合動(dòng)力和增程式電動(dòng)汽車等。同時(shí)，燃料電池汽車進(jìn)入新一輪發(fā)展階段，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)際也是電驅(qū)動(dòng)。相比內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能之間的高效轉(zhuǎn)化，具有結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、功率密度高、動(dòng)力響應(yīng)快、噪聲振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)能夠進(jìn)行雙向能量轉(zhuǎn)化，具備機(jī)械能回收能力，可以有效減少車輛制動(dòng)時(shí)能量的浪費(fèi)。

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、電控單元、供能系統(tǒng)(如動(dòng)力電池)三部分組成，就是所謂的“三電”。電動(dòng)機(jī)負(fù)責(zé)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)車輛，在“三電”中技術(shù)最為成熟。電控單元除了根據(jù)駕駛員的操縱指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作外，還肩負(fù)電池充放電管理、功率分配、制動(dòng)能量回收、熱管理等任務(wù)。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的正常工作離不開供能系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定、高效地供應(yīng)電能。由于供能機(jī)理、安全性限制等原因，供能系統(tǒng)成為“三電”中最薄弱的一環(huán)，也最受消費(fèi)者關(guān)注。以車用動(dòng)力電池為例，受其工作過(guò)程電化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜等限制，動(dòng)力電池的存儲(chǔ)容量、充電時(shí)間、工作溫度、使用壽命等性能指標(biāo)都存在瓶頸，且各項(xiàng)指標(biāo)相互制約。因此動(dòng)力電池的綜合性能提升一直是新能源汽車技術(shù)的焦點(diǎn)。

為解決電動(dòng)汽車“里程焦慮”等問(wèn)題，鋰電池制造工藝逐步提高，石墨烯電池、鈉離子電池等新型電池不斷出現(xiàn)，旨在提高電池的能量密度與充放電性能；輕量化和結(jié)構(gòu)優(yōu)化正在不斷減少用電量；電池?zé)峁芾砑夹g(shù)的不斷突破提高了電池的低溫性能；充電技術(shù)的不斷發(fā)展顯著提升了電池的充電速度?？萍嫉陌l(fā)展使新能源汽車的短板逐漸得以彌補(bǔ)。按目前技術(shù)的發(fā)展速度，相信在不遠(yuǎn)的未來(lái)，電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程、充電時(shí)間、使用壽命、低溫性能等都會(huì)顯著改善，越來(lái)越好地滿足人們的出行需求。

此外，車載供能系統(tǒng)將朝向多元化發(fā)展。隨著制氫、儲(chǔ)氫技術(shù)的發(fā)展，氫燃料電池系統(tǒng)有望在汽車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用。氫燃料電池通過(guò)氫氣和氧氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)提供電能，具有能量密度高、加注迅速、零碳排放等突出特點(diǎn)，不但適用于市內(nèi)通勤，也可用于重載長(zhǎng)途運(yùn)輸。當(dāng)然，目前條件下氫燃料電池系統(tǒng)還需要顯著提高性價(jià)比和建立足夠的基礎(chǔ)設(shè)施及法律法規(guī)體系才能更大規(guī)模推廣應(yīng)用。然而，無(wú)論是儲(chǔ)能式電動(dòng)汽車還是氫燃料電池汽車，要實(shí)現(xiàn)真正的低碳還需要保證電和氫的源頭清潔綠色，如通過(guò)風(fēng)、光、水等可再生能源發(fā)電和制氫。

“聰明的車”跑“智慧的路”

汽車作為一種交通工具，需要使用者和公路等要素支撐才能完成公路交通的設(shè)定功能。“人、車、路”構(gòu)成公路交通三個(gè)基本要素。其中，“人”不僅包括駕駛者和乘客，也包括行人和交通管理者等；“車”除了各類載運(yùn)車輛還包括其搭載的安全保護(hù)、輔助駕乘、信息通信甚至娛樂(lè)等各種功能的系統(tǒng)；“路”除了我們認(rèn)識(shí)的傳統(tǒng)公路以外，還包括交通信號(hào)、探測(cè)感知、安全防護(hù)和智能運(yùn)維等相關(guān)設(shè)施。在傳統(tǒng)公路交通的發(fā)展歷史中，“人”與“路”的功能和形態(tài)變化很慢，而“車”的變化較快、受人們關(guān)注更多。

隨著人們對(duì)汽車交通的期待不斷提升，傳統(tǒng)公路交通的發(fā)展理念和模式已經(jīng)難以滿足需求，“人、車、路”三要素協(xié)同發(fā)展和智能互動(dòng)的現(xiàn)代交通已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)。比如為了更好提高道路交叉路口的通行效率，可將道路交通信號(hào)控制策略與車輛流量進(jìn)行實(shí)時(shí)匹配。又如為減少等待車輛的時(shí)間，“人”與“車”可做到即時(shí)通信。進(jìn)一步說(shuō)，如果“人”能夠準(zhǔn)確及時(shí)知道道路狀況，如積水、結(jié)冰、霧氣乃至障礙物等，就能更早更好避開危險(xiǎn)，保證安全、舒適出行。

智能化汽車可以模擬人的眼、腦和手腳功能，更好地與“人”和“路”互動(dòng)，從而降低駕駛勞動(dòng)強(qiáng)度，并可能實(shí)現(xiàn)更加安全高效的駕駛。具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)視覺傳感器、激光雷達(dá)等傳感器和衛(wèi)星定位等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)類似于駕駛員眼睛的看“路”功能。智能駕駛決策與規(guī)劃系統(tǒng)類似駕駛員的大腦，可根據(jù)車輛行駛的目的地規(guī)劃出一條優(yōu)化的行駛“路”線，并根據(jù)感知信息實(shí)時(shí)調(diào)整，進(jìn)行換道超車、避讓行人等方案制定；控制系統(tǒng)相當(dāng)于駕駛員的雙手與雙腳，根據(jù)“大腦”指令對(duì)車輛進(jìn)行控制，如加減速、轉(zhuǎn)向等。要實(shí)現(xiàn)更加安全可靠的智能駕駛，路側(cè)智能傳感系統(tǒng)及其與“人”“車”的互聯(lián)同樣重要。正在快速發(fā)展的智慧交通系統(tǒng)就是要通過(guò)電子信息、通信、傳感、定位、控制等科技手段，將各個(gè)要素智慧連通，從而實(shí)現(xiàn)“聰明的車”跑“智慧的路”，滿足“人”的安全、便捷出行需求。在這樣的智慧交通系統(tǒng)中，交通參與者可以實(shí)時(shí)掌握道路狀態(tài)信息以及其他道路使用者的位置、速度和方向等，人、車、路三者融合為一個(gè)有機(jī)整體，密切配合、協(xié)同行動(dòng)。通過(guò)“人—車—路”的充分協(xié)同，“駕駛員”(含智能駕駛系統(tǒng))不僅能夠真正做到“眼觀六路，耳聽八方”，還能夠融入整個(gè)交通系統(tǒng)當(dāng)中，與所有的交通參與者信息互通。“車”可以借助自身智能感知、車車通信及車路通信等裝備，提高行駛安全性與經(jīng)濟(jì)性，并通過(guò)更合理地規(guī)劃行駛路線與車速，提升出行效率和乘坐舒適度；“路”則可以通過(guò)路側(cè)感知和超視距信息，有效增加通行效率、降低交通事故率等。應(yīng)當(dāng)指出，由于實(shí)際交通場(chǎng)景比較復(fù)雜，目前的技術(shù)和管理體系還不足以支撐智能駕駛系統(tǒng)在公共道路上完全替代駕駛員工作。不過(guò)，隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，未來(lái)智能駕駛汽車將會(huì)越來(lái)越成熟，應(yīng)用場(chǎng)景也會(huì)越來(lái)越廣泛。

跨界創(chuàng)新助力高質(zhì)量發(fā)展

新能源技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展為汽車交通發(fā)展創(chuàng)造了新的機(jī)遇，同時(shí)也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，如降低能耗、優(yōu)化系統(tǒng)功能、提高性價(jià)比等。應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)需要新材料以及與新材料相適應(yīng)的新結(jié)構(gòu)、新工藝、新裝備和新研發(fā)與商業(yè)模式協(xié)同發(fā)力，以實(shí)現(xiàn)汽車交通的高質(zhì)量發(fā)展，這就對(duì)跨界融合創(chuàng)新提出了更多更高要求。

高強(qiáng)鋼、高性能鋁合金和高性價(jià)比復(fù)合材料等是汽車新材料的典型代表，它們可以在保證碰撞安全性等重要性能的前提下有效實(shí)現(xiàn)輕量化。但是，任何新材料的單獨(dú)應(yīng)用都很難實(shí)現(xiàn)最優(yōu)工藝性和性價(jià)比。不同材料應(yīng)用在不同部位或系統(tǒng)更有實(shí)際價(jià)值，如高強(qiáng)度鋼用于汽車底盤零部件，以保證必要的強(qiáng)度和剛度；高性能鋁合金用于車門等開閉件，以方便成型和連接；高性價(jià)比復(fù)合材料如碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料用于車身，以滿足防腐和安全等要求。新材料和新功能的應(yīng)用還要求汽車零部件乃至整車的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，以最大限度發(fā)揮材料的效能并提高其制造工藝產(chǎn)品綜合性能。

汽車整車和部分零部件采用的新材料和新結(jié)構(gòu)需要相應(yīng)的新工藝、新裝備來(lái)實(shí)現(xiàn)智能高效制造。如部分高強(qiáng)度鋼零部件的加工需要熱成型或溫成型工藝；部分鋁合金零部件需要整體壓鑄技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)更好的性價(jià)比和產(chǎn)品品質(zhì)；部分碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料需要自動(dòng)化纖維敷設(shè)裝備來(lái)實(shí)現(xiàn)高節(jié)拍生產(chǎn)，并保證產(chǎn)品品質(zhì)一致性等。這些對(duì)傳統(tǒng)制造工藝和裝備的升級(jí)乃至革新，將顯著推動(dòng)汽車技術(shù)進(jìn)步，并對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。同時(shí)，這些先進(jìn)工藝和智能裝備的發(fā)展也會(huì)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，需要多學(xué)科深度交叉融合深入研究，實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。

新型研發(fā)和商業(yè)模式是加速產(chǎn)業(yè)迭代升級(jí)的催化劑。通過(guò)新的研發(fā)組織模式可以將分布式研發(fā)資源集聚成具有重要競(jìng)爭(zhēng)力的高水平開發(fā)能力。生產(chǎn)制造、市場(chǎng)開拓和銷售應(yīng)用等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的新型商業(yè)模式的探索也為汽車產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新的機(jī)遇。

汽車產(chǎn)業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，其產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、技術(shù)涉及面廣、跨領(lǐng)域關(guān)聯(lián)度大。通過(guò)“七新”，即新能源、新功能(智能化)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝、新裝備和新模式的聯(lián)動(dòng)發(fā)展，將更好助力我國(guó)汽車交通科技實(shí)現(xiàn)自立自強(qiáng)，保障產(chǎn)業(yè)安全、可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在深刻影響著汽車產(chǎn)業(yè)，汽車發(fā)展和能源、交通、環(huán)境、城市發(fā)展正全面深度融合。未來(lái)，汽車交通出行將持續(xù)邁向綠色化和智能化，為人們提供更加便利、高效、綠色、安全的出行服務(wù)，助力人們創(chuàng)造更美好的生活。