汽車10大技術(shù)趨勢

之前大家普遍提汽車新四化，“電動化”、“智能化”、"網(wǎng)聯(lián)化"、"共享化"，其中，共享這個概念已經(jīng)純粹變成了一個模式創(chuàng)新，逐漸被投資機構(gòu)拋棄，取而代之的是“低碳化”，特別是隨著新能源電動汽車的普及，對于汽車的能耗問題，除了環(huán)保意識提升方面的驅(qū)動，在電池和更新型能源革命之前，里程焦慮更將是一個新增驅(qū)動力。因此，未來汽車技術(shù)發(fā)展趨勢，將圍繞著“電動化”、“智能化”、“網(wǎng)聯(lián)化”、“低碳化”展開。

圍繞汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，本文匯總了以下10技術(shù)發(fā)展趨勢：

趨勢一：系統(tǒng)化的熱管理技術(shù)提升

科學(xué)實現(xiàn)汽車熱管理系統(tǒng)的優(yōu)化，是緩解新能源汽車“里程焦慮”的有效途徑之一。特別是在北方地區(qū)的冬天，對于新能源汽車非常不友好，不但電池要加熱，駕駛艙內(nèi)溫度也需要保持舒適。熱管理技術(shù)的系統(tǒng)提升，更是剛性需求。 汽車熱管理系統(tǒng)是一套系統(tǒng)工程，不僅僅包括汽車能量和動力部件的加熱保溫或是散熱降溫，還包括汽車空調(diào)系統(tǒng)的能效管理；不僅僅包括散熱、保溫，還包括熱交換、能量回收循環(huán)等等。 新能源電動汽車對于能源利用率的精細化考慮，熱管理相關(guān)零部件數(shù)量增加，還需要考慮各個子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)協(xié)同，都使得熱管理控制與傳統(tǒng)燃油車有了明顯的區(qū)別，體現(xiàn)在更加復(fù)雜的系統(tǒng)上。 

電機電控、電池、空調(diào)系統(tǒng)，構(gòu)成了新能源電動汽車熱管理的核心，包括電機冷卻系統(tǒng)、電池冷卻系統(tǒng)、電池加熱系統(tǒng)，電池?zé)崞胶庀到y(tǒng)。 

目前整車廠在熱管理系統(tǒng)方面，各有各的嘗試。

比如特斯拉model3，用一個四通閥實現(xiàn)了幾條冷卻系統(tǒng)的串并聯(lián)，當電池處于低溫狀態(tài)需要加熱時，電機回路與電池回路串聯(lián)，電驅(qū)動的熱量可以用來加熱電池和駕駛艙；當電池溫度高需要冷卻時，電機回路與電池回路并聯(lián)，電池和電機又能獨立冷卻；電池和空調(diào)系統(tǒng)共用一個熱交換器，幾條回路相互聯(lián)動，根據(jù)工況選擇最優(yōu)熱管理方式。 

趨勢二：高性能車規(guī)級算力芯片助力整車智能化

在高性能車規(guī)級算力芯片方面，此前有消息，地平線已經(jīng)推出了第三代車規(guī)級產(chǎn)品征程5系列芯片，面向L4高等級自動駕駛。征程5單顆芯片AI算力最高可達128TOPS?；谡鞒?系列芯片，地平線將推出AI算力高達200-1000TOPS的系列智能駕駛中央計算機。

隨著AI對算力需求的提升，芯片的運算能力已經(jīng)由GOPS、MOPS向TOPS演進，TOPS是Tera Operations Per Second的縮寫，1TOPS代表處理器每秒鐘可進行一萬億次（10^12）操作。 

TOPS級芯片和汽車電腦的應(yīng)用，是未來智能駕駛的最基礎(chǔ)保障。只有有了足夠的算力支撐，對智能汽車各種傳感器眼睛（激光雷達、攝像頭、毫米波雷達等）采集來的數(shù)據(jù)，進行實時分析，才能保證自動駕駛像老司機一樣絲滑順暢。 

當然了，除了地平線，眾多的AI芯片公司，必然都缺席不了汽車AI這條主賽道。寒武紀也宣布正在設(shè)計一款算力超200TOPS智能駕駛芯片，采用7nm制程，定位為“高等級自動駕駛芯片”。

趨勢三：更節(jié)能、更輕巧的汽車輕量化

民間有一種非官方說法，那就是日系車“輕飄飄”。這種輕飄飄，不僅僅體現(xiàn)在日系車整車重量輕，還體現(xiàn)在汽車操控的靈活性和車輛用料的“節(jié)省性”。當然了，對于這種“輕飄飄”，大家褒貶不一，一方面覺得稍微發(fā)生碰撞，汽車就癟了，不經(jīng)糙；另一方面，也有人認為這種輕量化有助于省油，并且在沖撞發(fā)生時，能夠?qū)崿F(xiàn)緩沖能量。

但也不得不說，在保證汽車安全性和堅固性的同時，實現(xiàn)汽車輕量化，是未來整車制造的一個亙古不變的趨勢。油車時代，輕量化的目的是為了高汽車的動力性、減少燃料消耗，降低排氣污染。而到了新能源汽車時代，這個需求更加強烈，特別是在“里程焦慮”的作用下，大家對汽車的能耗尤為關(guān)注。而降低整車的重量，就是降低能耗的一個最有效的途徑之一。 

汽車輕量化，主要實現(xiàn)途徑包括新材料替代、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、先進制造工藝等。其中，行業(yè)主流趨勢就是采用新型輕質(zhì)材料，降低整車重量，比如鋁合金、塑料、鎂合金、碳纖維復(fù)合材料的使用等等。關(guān)于鎂合金，之前有視頻簡單聊過，有優(yōu)勢，也有劣勢，當前并沒有普及，但已經(jīng)從一些艙內(nèi)結(jié)構(gòu)件開始應(yīng)用了，比如儀表盤骨架、座椅支架等等。

趨勢四：三代半功率器件在汽車應(yīng)用

第三代半導(dǎo)體，特別是碳化硅（SiC）的發(fā)展，和新能源汽車發(fā)展相輔相成。特別是隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，打開了SiC功率器件的市場空間。目前SiC器件主要應(yīng)用于新能源汽車的功率控制單元（PCU）、逆變器（Inverter）、DC-DC轉(zhuǎn)換器、車載充電器等方面。

在新能源汽車上，SiC功率器件替代Si基IGBT、MOSFET功率器件，可以有效降低能量損耗，大幅降低器件尺寸。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)方案，每輛新能源汽車使用的功率器件價值約700美元到1000美元。

另一方面，高電壓平臺是實現(xiàn)快充的先決條件，以前受限于Si基IGBT的耐壓能力，大部分新能源電動車普遍采用的是400V電壓平臺。而下一步，隨著SiC在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，高壓平臺從400V提升到800V、1000V，可以大大提升充電效率，“充電5分鐘，通話2小時”的神奇效果，將在電動車領(lǐng)域復(fù)制。

特斯拉是第一家在主逆變器中集成全SiC功率器件的汽車廠商，在MODEL 3上使用24個SiC MOSFET模塊（意法和英飛凌產(chǎn)品），代替IGBT作為主驅(qū)逆變器的核心部件，器件體積縮小到原來的1/10，同時使逆變器效率從Model S的82%提升到90%。 

趨勢五：新型電池的優(yōu)化和突破

網(wǎng)上各種媒體信息，新型電池技術(shù)隔三差五就被“革命”一次，但實際情況卻并沒有那么樂觀，那些讓媒體高潮的曇花一現(xiàn)技術(shù)，能量密度高的，不安全、成本高；成本低的，重量大、體積大……總而言之，并沒有產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。現(xiàn)階段來看，動力電池領(lǐng)域，“優(yōu)化”比“突破”更實在一些。目前來看，最靠譜的，還是在成熟電池技術(shù)上的不斷優(yōu)化，動力電池領(lǐng)域，不管是比亞迪的“刀片式電池”，還是馬斯克的“無鈷電池”，都不是根本性的技術(shù)革新，主流還是磷酸鐵鋰、三元電池的天下。向更高的能量密度、更低的成本發(fā)展，不管是磷酸鐵鋰還是三元電池，都是毋庸置疑的方向。早在2017年，工信部的《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》，到2020年新型鋰離子動力電池單體比能量超300Wh/kg（到2025年達500Wh/kg），系統(tǒng)比能量爭取達到260Wh/kg。

政策歸政策，即便如此，鋰離子動力電池能量密度依然是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，2020年早已過去，目前并沒有廠家的產(chǎn)品能夠達到300Wh/kg的比能量。

最新消息，特斯拉CEO埃隆·馬斯克透露的“顛覆性電池”進展，所謂“顛覆性電池”，也就是特斯拉早前宣布的無極耳4680電池。直徑為46毫米，高度為80毫米，存儲容量是現(xiàn)有電池的5倍，能量密度或?qū)⒊^300Wh/kg。

趨勢六：跨域控制的整合和融合

統(tǒng)一控制和分散性控制，孰優(yōu)孰劣？這在車載電子電氣領(lǐng)域，是一個顯而易見的答案。目前汽車域控制采用分散架構(gòu)，每個單獨功能，都運行在一個單獨的 ECU 上，動力域、底盤域、座艙域、自動駕駛域、車身域……這種分散的架構(gòu)形式，是不得已而為之的選擇，中央控制算力不支持、供應(yīng)商分散化、功能系統(tǒng)割裂化等等，都是造成這種局面的根本原因，這也是為什么，我們通常認知中，一輛汽車需要上百顆的MCU，來分別控制不同的功能域。 

博世提出的整車電子電氣架構(gòu)發(fā)展分為6個階段∶ 模塊化階段、功能集成階段、中央域控制器階段、跨域融合階段、車載中央電腦和區(qū)域控制器階段、車載云計算階段。

大眾汽車也計劃整合其車載電子電氣架構(gòu)，將現(xiàn)有來自200個不同供應(yīng)商的70個ECU，減少到三臺中央車載電腦，通過整合和融合的方式，來減少整車軟件的復(fù)雜性。 

趨勢七：汽車數(shù)據(jù)和整車信息安全防護技術(shù)

要說今年信息安全領(lǐng)域的新熱點，恐怕就是汽車安全了。智能汽車的網(wǎng)聯(lián)化和汽車數(shù)據(jù)的安全保護，都對汽車信息安全提出了新的要求。

滴滴的數(shù)據(jù)安全問題，因為敏感的原因，大家私下討論就好，這里就不詳細提了，反正因為那份文件，封了我好幾個大群，此仇“不共戴天”…… 隨后一系列的法律法規(guī)頒布實施， 《中華人民共和國數(shù)據(jù)安全法》、《中華人民共和國個人信息保護法》、《汽車數(shù)據(jù)安全管理若干規(guī)定(試行)》……說是巧合也好，說是因果也好，反正都凸顯了這一領(lǐng)域的重要性。 

至少目前所有的新能源汽車都有了聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，這是國標GB/T 32960要求。另一方面，由于汽車智能化的需求，整車廠需要不斷通過車輛行駛數(shù)據(jù)，包括車輛自身數(shù)據(jù)，以及車載傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù)，進行車輛智能化的訓(xùn)練提升，都需要將車輛的“隱私”數(shù)據(jù)上傳至云端。一輛滿街跑的數(shù)據(jù)采集器，必然引發(fā)汽車數(shù)據(jù)安全的考量，這也是為什么特斯拉、滴滴事件，引起這么大轟動的原因。

趨勢八：一體式壓鑄帶來的革命性顛覆

其實2020年的時候，特斯拉就曾經(jīng)憑借一體式壓鑄轟動過一次，馬斯克曾介紹，特斯拉Model Y的后地板總成，將拋棄傳統(tǒng)的焊接，采用一體式壓鑄。

通過巨型壓鑄機，可以將70多個零件整合成為一個堅固完整的部件，增強了結(jié)構(gòu)強度，提升了生產(chǎn)效率、減少了成本和重量（總成重量降低30%，制造成本因此下降40%），提升續(xù)航里程。一體式壓鑄效果肯定很好，但也同時給汽車制造業(yè)帶來極大震動，這意味著整車制造工藝和模式，會被顛覆性變革。傳統(tǒng)的整車制造“單件沖壓，焊接總成”的模式，將不復(fù)存在。

但這只是特斯拉的理想狀態(tài)，根據(jù)今年對特斯拉Model Y的拆解發(fā)現(xiàn)，并沒有真正實現(xiàn)像馬斯克所說的，后地板總成一體式壓鑄，但結(jié)構(gòu)件的數(shù)量大大減少了。

一體式壓鑄面臨的壓力也不小，巨型壓鑄機的使用，材料需要提升，工藝更加復(fù)雜，相關(guān)的產(chǎn)業(yè)配套并不成熟……但特斯拉總算邁出了第一步，未來在整車車身制造中，一體式壓鑄的覆蓋范圍肯定會越來越廣。 

趨勢九：智能座艙帶來的駕駛新體驗

地平線老板余凱，買了輛榮威iMAX8，成為首批VIP客戶，還拍了段視頻，介紹了關(guān)于榮威iMAX8的智能座艙功能，用語音控制車艙內(nèi)部功能。

不知道榮威iMAX8的智能座艙控制器芯片，是不是用的地平線征程系列。

智能座艙不僅僅是娛樂功能。還包括汽車駕駛舒適性和便捷性等相關(guān)功能，比如汽車網(wǎng)聯(lián)所必須的T-BOX，抬頭顯示HUD，電子后視鏡，無線充電，語音控制指令等等。 

趨勢十：燃料電池系統(tǒng)在爭議中成長

關(guān)于燃料電池，特別是氫燃料電池，業(yè)界的普遍爭議很大，喜歡它的甘之若飴，不喜歡它的棄之若履。 氫燃料電池確實有諸多的瓶頸，除了制氫、儲氫等環(huán)節(jié)，應(yīng)用端的氫電池堆技術(shù)還存在催化劑、氣體擴散層、質(zhì)子交換膜、碳質(zhì)等面臨亟待解決的難題。 但氫能也是“雙碳”概念之一，這也許是支撐產(chǎn)業(yè)和投資界堅持下去的動力之一。 《2030年前碳達峰行動方案》中，大力推廣新能源汽車，逐步降低傳統(tǒng)燃油汽車在新車產(chǎn)銷和汽車保有量中的占比，推動城市公共服務(wù)車輛電動化替代，推廣電力、氫燃料、液化天然氣動力重型貨運車輛。從政策方案上看，氫燃料電池率先突破的，應(yīng)該也是商用車領(lǐng)域。

作者簡介：步日欣

創(chuàng)道咨詢創(chuàng)始人，北京郵電大學(xué)創(chuàng)業(yè)導(dǎo)師、經(jīng)管學(xué)院特聘導(dǎo)師、天津市集成電路行業(yè)協(xié)會顧問。電子工程本科、計算機碩士學(xué)位，具有證券從業(yè)資格、基金從業(yè)資格、通過CFA LII考試，先后就職于亞信咨詢、中科院賽新資本、東旭金控集團等，擁有IT研發(fā)、咨詢、投融資十五年以上經(jīng)驗，關(guān)注投資領(lǐng)域為半導(dǎo)體、物聯(lián)網(wǎng)、信創(chuàng)、智能制造、云計算、大數(shù)據(jù)等。