未來汽車——駛向綠色與智慧快車道

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

　　“新能源”推動低碳出行

　　長久以來，汽車主要依賴燃燒汽油、柴油等化石燃料，由內(nèi)燃機驅(qū)動。伴隨人們對環(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，儲能式電動汽車越來越普及，其中包括純電、混合動力和增程式電動汽車等。同時，燃料電池汽車進入新一輪發(fā)展階段，其驅(qū)動系統(tǒng)實際也是電驅(qū)動。相比內(nèi)燃機驅(qū)動，電驅(qū)動系統(tǒng)可實現(xiàn)電能與機械能之間的高效轉(zhuǎn)化，具有結(jié)構(gòu)相對簡單、功率密度高、動力響應快、噪聲振動小等優(yōu)點；同時能夠進行雙向能量轉(zhuǎn)化，具備機械能回收能力，可以有效減少車輛制動時能量的浪費。

　　電驅(qū)動系統(tǒng)主要由電動機、電控單元、供能系統(tǒng)（如動力電池）三部分組成，就是所謂的“三電”。電動機負責將電能轉(zhuǎn)化為機械能驅(qū)動車輛，在“三電”中技術最為成熟。電控單元除了根據(jù)駕駛員的操縱指令驅(qū)動電機工作外，還肩負電池充放電管理、功率分配、制動能量回收、熱管理等任務。電驅(qū)動系統(tǒng)的正常工作離不開供能系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定、高效地供應電能。由于供能機理、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)，也最受消費者關注。以車用動力電池為例，受其工作過程電化學反應復雜等限制，動力電池的存儲容量、充電時間、工作溫度、使用壽命等性能指標都存在瓶頸，且各項指標相互制約。因此動力電池的綜合性能提升一直是新能源汽車技術的焦點。

　　為解決電動汽車“里程焦慮”等問題，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；電池熱管理技術的不斷突破提高了電池的低溫性能；充電技術的不斷發(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。按目前技術的發(fā)展速度，相信在不遠的未來，電動汽車的續(xù)駛里程、充電時間、使用壽命、低溫性能等都會顯著改善，越來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、儲氫技術的發(fā)展，氫燃料電池系統(tǒng)有望在汽車領域?qū)崿F(xiàn)廣泛應用。氫燃料電池通過氫氣和氧氣進行電化學反應提供電能，具有能量密度高、加注迅速、零碳排放等突出特點，不但適用于市內(nèi)通勤，也可用于重載長途運輸。當然，目前條件下氫燃料電池系統(tǒng)還需要顯著提高性價比和建立足夠的基礎設施及法律法規(guī)體系才能更大規(guī)模推廣應用。然而，無論是儲能式電動汽車還是氫燃料電池汽車，要實現(xiàn)真正的低碳還需要保證電和氫的源頭清潔綠色，如通過風、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定功能?！叭?、車、路”構(gòu)成公路交通三個基本要素。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”除了各類載運車輛還包括其搭載的安全保護、輔助駕乘、信息通信甚至娛樂等各種功能的系統(tǒng)；“路”除了我們認識的傳統(tǒng)公路以外，還包括交通信號、探測感知、安全防護和智能運維等相關設施。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、受人們關注更多。

　　隨著人們對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)展和智能互動的現(xiàn)代交通已經(jīng)成為發(fā)展趨勢。比如為了更好提高道路交叉路口的通行效率，可將道路交通信號控制策略與車輛流量進行實時匹配。又如為減少等待車輛的時間，“人”與“車”可做到即時通信。進一步說，如果“人”能夠準確及時知道道路狀況，如積水、結(jié)冰、霧氣乃至障礙物等，就能更早更好避開危險，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，從而降低駕駛勞動強度，并可能實現(xiàn)更加安全高效的駕駛。具體來說，通過視覺傳感器、激光雷達等傳感器和衛(wèi)星定位等技術，可以實現(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)感知信息實時調(diào)整，進行換道超車、避讓行人等方案制定；控制系統(tǒng)相當于駕駛員的雙手與雙腳，根據(jù)“大腦”指令對車輛進行控制，如加減速、轉(zhuǎn)向等。要實現(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)就是要通過電子信息、通信、傳感、定位、控制等科技手段，將各個要素智慧連通，從而實現(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，交通參與者可以實時掌握道路狀態(tài)信息以及其他道路使用者的位置、速度和方向等，人、車、路三者融合為一個有機整體，密切配合、協(xié)同行動。通過“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”，還能夠融入整個交通系統(tǒng)當中，與所有的交通參與者信息互通?！败嚒笨梢越柚陨碇悄芨兄?、車車通信及車路通信等裝備，提高行駛安全性與經(jīng)濟性，并通過更合理地規(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。應當指出，由于實際交通場景比較復雜，目前的技術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，隨著技術不斷進步，未來智能駕駛汽車將會越來越成熟，應用場景也會越來越廣泛。

　　跨界創(chuàng)新助力高質(zhì)量發(fā)展

　　新能源技術和智能技術的發(fā)展為汽車交通發(fā)展創(chuàng)造了新的機遇，同時也帶來了新的挑戰(zhàn)，如降低能耗、優(yōu)化系統(tǒng)功能、提高性價比等。應對這些挑戰(zhàn)需要新材料以及與新材料相適應的新結(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，以實現(xiàn)汽車交通的高質(zhì)量發(fā)展，這就對跨界融合創(chuàng)新提出了更多更高要求。

　　高強鋼、高性能鋁合金和高性價比復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現(xiàn)輕量化。但是，任何新材料的單獨應用都很難實現(xiàn)最優(yōu)工藝性和性價比。不同材料應用在不同部位或系統(tǒng)更有實際價值，如高強度鋼用于汽車底盤零部件，以保證必要的強度和剛度；高性能鋁合金用于車門等開閉件，以方便成型和連接；高性價比復合材料如碳纖維增強復合材料用于車身，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)需要相應的新工藝、新裝備來實現(xiàn)智能高效制造。如部分高強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才能實現(xiàn)更好的性價比和產(chǎn)品品質(zhì)；部分碳纖維增強復合材料需要自動化纖維敷設裝備來實現(xiàn)高節(jié)拍生產(chǎn)，并保證產(chǎn)品品質(zhì)一致性等。這些對傳統(tǒng)制造工藝和裝備的升級乃至革新，將顯著推動汽車技術進步，并對整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來深遠影響。同時，這些先進工藝和智能裝備的發(fā)展也會帶來新的挑戰(zhàn)，需要多學科深度交叉融合深入研究，實現(xiàn)技術突破。

　　新型研發(fā)和商業(yè)模式是加速產(chǎn)業(yè)迭代升級的催化劑。通過新的研發(fā)組織模式可以將分布式研發(fā)資源集聚成具有重要競爭力的高水平開發(fā)能力。生產(chǎn)制造、市場開拓和銷售應用等關鍵環(huán)節(jié)的新型商業(yè)模式的探索也為汽車產(chǎn)業(yè)帶來了新的機遇。

　　汽車產(chǎn)業(yè)是我國國民經(jīng)濟的重要支柱，其產(chǎn)業(yè)鏈長、技術涉及面廣、跨領域關聯(lián)度大。通過“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)動發(fā)展，將更好助力我國汽車交通科技實現(xiàn)自立自強，保障產(chǎn)業(yè)安全、可持續(xù)發(fā)展。當前，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，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，助力人們創(chuàng)造更美好的生活。

　?。ㄧ娭救A 作者為中國工程院院士、中國工程院副院長）

　　推薦書目：

　　1.《5G的世界：智慧交通》：徐志強主編；廣東科技出版社出版。

　　2.《自動駕駛改變未來》：柴占祥、聶天心、楊·貝克編著；機械工業(yè)出版社出版。

　　3.《重新定義汽車：改變未來汽車的創(chuàng)新技術》：付于武、毛海等編著；機械工業(yè)出版社出版。

　　4.《2049年中國科技與社會愿景：汽車技術與未來出行》：中國汽車工程學會編著；中國科學技術出版社出版。