我国节能与新能源汽车未来重点任务

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我国节能与新能源汽车未来重点任务

节能汽车
纯电动和插电式混合动力汽车
氢燃料电池汽车
智能网联汽车

节能汽车

为应对日益严峻的能源环境挑战，全球汽车节能水平不断提升。我国乘用车和商用车新车油耗虽持续下降，但与国际水平仍有差距，长期存在核心技术掌握不足、先进技术研发滞后等问题。

目前乘用车发动机以汽油机为主，多采用气道喷射和可变气门正时技术。燃烧系统、低摩擦、热管理等技术相对落后，汽油机有效热效率普遍低于36%。AT、CVT、DCT、AMT、MT等多种变速器同步发展，在多挡化、高效化、自动化等方面依然存在差距，液力变矩器、双离合器、液压油泵、电磁阀等核心零部件研发和生产能力依然不足。整车风阻系数在0.32〜0.36之间，低滚阻轮胎开发能力欠缺，能量管理技术应用尚处于初级阶段。混合动力乘用车产销规模依然较小。

商用车发动机以柴油机为主，替代燃料发动机份额很小。商用车柴油机以电控共轨、增压中冷产品为主，同时已掌握可变增压、废气再循环等技术。柴油机有效热效率普遍在42%〜43%。国内厂商具备变速器开发和生产能力，效率约为92%〜95%。商用车低风阻、低滚阻、能量回收技术应用较少，整车油耗相对较高。客车混合动力技术较为成熟，但是载货车混合动力技术研发和应用很少。

从前述的我国汽车技术总体发展目标看，在未来发展预期内，每年都有2 200〜3 000万辆以内燃机为主要动力系统的新车大规模投放市场，因此加快提升汽车节能技术整体水平、加大优于当期油耗水平的节能汽车占比，对我国汽车产业节能减排具有重要作用。

发展目标
到2020年，乘用车新车平均燃料消耗量降至5.0L/100km，商用车新车燃料消耗量接近国际先进水平，节能汽车年销量占比超过30%。掌握混合动力、先进内燃机、高效变速器、汽车电子等汽车节能关键核心技术。
到2025年，乘用车新车平均燃料消耗量降至4.0L/100km，商用车新车燃料消耗量达到国际先进水平，节能汽车年销量占比达到40%。提升动力电池、驱动电动机、高效内燃机、先进变速器、商用车混合动力技术等核心技术的工程化和产业化能力，形成从关键零部件到整车的完整工业体系和创新体系。
到2030年，乘用车新车平均燃料消耗量降至3.2L/100km，商用车新车燃料消耗量同步国际领先水平，节能汽车年销量占比50%。重点开展新型燃烧、低摩擦、废热能量回收等前沿节能技术的前瞻研究。
技术路径分析
节能汽车技术主要包括发动机技术、传动系技术、整车技术、混合动力技术等方面。在节能乘用车方面，需要大力发展节能汽油机乘用车和混合动力乘用车降油耗技术。提高发动机热效率、优化动力总成及整车匹配，降低传动损失，减少整车能量损耗是提高汽油乘用车燃油经济性的主要方向。发动机专用化、混合动力系统效率提高是改善混合动力汽车燃油经济性的主要发展方向。在节能商用车方面，提高柴油机热效率、降低整车能量损耗和混合动力是研究的主题。
发展重点
（1）先进内燃机燃烧机理研究。建立燃烧基础研究平台，以提高发动机燃烧效率为中心，开展燃烧规律的相关影响因素研究，精益燃烧系统方案。探索高压缩比燃烧、稀薄燃烧、低温燃烧等高效率燃烧模式，为产品开发提供技术平台保证。
（2）自主控制系统开发。随着汽车智能化、信息化进程的加快，对控制系统软硬件的自主开发需求日益提高。目前，国内自主整车多采用国外供应商的控制系统软硬件，在提升品牌形象、实现差异化竞争等方面严重制约着自主产品发展。在现有主要基于脉普（MAP）控制的基础上，大力开展基于模型、具有神经网络自学习功能的控制及车载诊断(OBD)策略，同步开发相应的电子控制器硬件，实现电子控制系统的自主掌控。
（ 3 ） 全可变气门技术（VVA）。通过对全可变气门技术特征的分析，研究并提出全可变气门系统的结构及控制方法，规避现有专利，最终实现在整机上的商品化应用。
（4）废热能量回收技术。发动机废热能量超过总能量的30%，因此废热能量回收是目前最具潜力的发动机节能技术，国外已处于整车验证阶段。加强废热能量回收核心零部件技术研究，包括热电材料、换热器、膨胀机、工质泵等，尽快实现产业化。重点开发汽油机热电回收技术和柴油机朗肯循环回收技术。
（5）发动机热管理技术。通过结构优化、电动附件应用和控制系统升级开发，逐步提高发动机热管理水平，实现油耗的降低。
（6）变速器自动化、高效化及核心零部件技术。为实现节能效果的不断提升，变速器多挡化、自动化、高效化等技术的研究需要持续开展，同时对自动变速器的液力变矩器、离合器、液压油泵、电磁阀、液压阀体、高效执行机构等零部件进行重点研究，攻克制造工艺难题，实现产业化。
（7）低摩擦技术。深入研究摩擦机理，研究材料、结构及表面技术对摩擦的影响。重点开展摩擦材料的基础特性、涂层、配合、润滑脂特性等多方面的研究。
（8）增压器与应用技术。创新增压理念，提高增压器结构设计和制造技术水平，探索集成发电及电动功能的机电耦合增压器技术，提升整车动力性、经济性和驾驶性。
（ 9 ） 先进燃油喷射系统研究。燃油喷射系统是发动机的核心部件，也是最重要的系统，对发动机燃烧放热过程起到关键性作用。需大力发展高压喷射、多次喷射、可变速率喷射技术，提高行业工艺和精密制造水平，实现产业化应用。
（10）48V系统开发。研究48V电机及其控制器一体化技术，开发高度集成的电机总成（比功率≥1.5kW/kg，集成式功率单元功率密度≥11kW/L（含散热器））；研究48V电机与传动系的集成技术，实现12%〜15%的整车节油效果。
（11）混合动力发动机技术。针对混合动力发动机工况特点，需要开发专用的燃烧系统，以实现常用工况效率的最高化，降低整车油耗。针对频繁起停的工作条件，需要进行起停控制策略开发，以降低排放和油耗，提高可靠性。

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纯电动和插电式混合动力汽车

发展纯电动和插电式混合动力汽车，是我国汽车产业缓解石油压力、实现环境友好、促进转型升级的重大任务，目前在整车、关键零部件和充电基础设施等重要技术领域都取得了较大进展。

在整车方面，我国纯电动和插电式混合动力汽车部分产品的动力性和经济性等指标已与国外公司产品不相上下，整车驾驶性能和振动与噪声（NVH）的控制还需进一步提升。整车可靠性控制以及成本控制有待提升，混合动力专用发动机、高集成机电耦合装置、电机系统等核心零部件可靠性和成本控制方面也有一定差距，在整车及关键零部件的批量化生产、品质控制等方面还有待提高。

在驱动电机方面，基本掌握了先进的电磁设计技术，驱动电机的功率密度、效率等技术指标与国际水平基本接近，峰值功率密度2.8～3.0kW/kg，效率≥93%，最高转速达到12 000r/min。电机控制器的焊接式封装技术已基本掌握，国产薄膜电容、电流传感器实现了规模化应用，功率密度为5～8kW/L，与国际先进水平有差距；在国外开展的下一代半导体器件研发方面，我国尚处于起步状态，需要注重进行高温电力电子等基础理论研究，在SiC半导体材料、功率器件和控制器等技术方面展开工程开发。

在充电技术和设施方面，我国研发了交流慢充、直流快充等关键设备和运营平台，建立了充换电设施试验检测环境；国内无线充电技术研究取得了长足进步，已有产品样机处于装车试验阶段；电动汽车与电网互通（V2G）技术、与外界环境的通信（V2X）技术研究已初步开展。与国外相比，我国充电基础设施在功率模块、电子芯片、漏电保护器和安全防护等方面尚有差距；充电接口和充电系统在兼容性方面存在不足,无线充电技术需进一步提升,充电基础设施与智能电网的互联互通方面还需要进一步验证。

发展目标
2020年，初步建成以市场为导向、企业为主体、产学研用紧密结合的新能源汽车创新与产业体系。纯电动汽车和插电式混合动力新能源汽车年销量占汽车行业总销量7%以上；打造明星车型，进入全球销量排名前10；动力电池、驱动电机等关键系统达到国际先进水平。建设≥1.2万个充换电站，超过500万个充电桩，建立若干个具有一定规模的无线充电试验示范区域，完成商业化实用性验证。
2025年，形成自主且完整的产业链，纯电动汽车和插电式混合动力新能源汽车年销售占汽车行业总销量15%以上；自主品牌纯电动和插电式混合动力汽车产品技术水平与国际同步，拥有在全球销量进入前5的一流整车企业，动力电池、驱动电动机等关键系统实现批量出口；建设超过3.6万个充换电站，超过2 000万个充电桩，完成纯电动汽车和插电式混合动力汽车、融合风光发电的智能电网的整体联网区域试点，无线充电技术完成较大规模示范。
2030年，新能源汽车自主产业链进一步完善，纯电动汽车和插电式混合动力汽车年销量占汽车行业总销量40%以上；自主品牌纯电动和插电式混合动力汽车在国内市场占绝对主导地位，主流自主企业的关键技术国际领先，培育具有国际领先水平的零部件企业。建设超过4.8万个充换电站，超过8 000万个充电桩，全面实现纯电动汽车和插电式混合动力汽车、智能电网与智能社区的联网运行。
技术路径分析
纯电动汽车方面，为了实现续航里程和低能耗的发展目标，更好地满足用户使用需求，需要持续提高动力电池能量密度和电驱动系统效率，开发专用电动化底盘平台，以减少整车能量损耗，降低整车整备质量和成本。
插电式混合动力汽车方面，优化混合动力系统构型，开发与车辆传感、导航信息、地理信息和智能交通系统相结合的整车预测控制技术，提高动力系统的集成设计能力，实现电驱动系统效率提升和整车能耗降低。
发展重点
（1）低成本、高效率混合动力总成开发技术。研究新型混合动力系统构型，开发高效率、高集成度、高性价比的机电耦合机构；研究机电耦合机构和电动机的集成技术，开发结构紧凑、可靠性高、平台通用性好的新型混合动力总成。
（2）动力电动机与底盘集成技术。研究轮毂/轮边电动机与底盘集成技术、线控转向和线控制动技术，开发专用化分布式驱动底盘平台；研究一体化底盘运动控制技术、分布式驱动整车控制技术及协调式制动能量回收技术。
（3）纯电动汽车动力系统集成及其控制技术。研究动力电动机与逆变器及减速器一体化集成技术，开发高集成度、高效率、低成本的纯电动汽车动力系统；研究动力电池与车身地板一体化集成技术，提升动力电池系统能量密度，开发高安全、低成本的纯电动汽车专用底盘平台。
（ 4 ） 高性能动力电动机技术。研究新型高速、高效、高功率密度电动机的设计与工艺技术，液冷与密封技术、高压安全及防护技术，以及电动机铁芯、永磁体、漆包绕组等材料技术，开发高性价比的电动机产品及其关键零部件。
（ 5 ） 新型电动机控制器技术。研究车用高温大电流SiC芯片技术、低感/高密度SiC模块封装技术、高温高频驱动技术及SiC电动机控制器集成技术，开发电动机控制器用大电流SiC芯片、高效/高密度SiC模块和电机控制器产品。
（6) 先进充电技术。研究无线充电技术、大功率快速充电技术以及智能化、高效率双向充放电技术，研究车载能源与可再生能源发电系统、与电网相融合的协调控制和智能管理技术。
（7） 整车智能能量管理技术。基于智能交通系统、导航信息和地理信息，开发基于路径规划的插电式混合动力汽车整车预测能量管理技术，开发基于路径规划的纯电动汽车续驶里程预估技术；基于车辆传感和车辆定位技术，开发纯电动和插电式混合动力汽车智能驱动控制技术，提高动力系统工作效率和制动能量回收率。
（8）纯电动和插电式混合动力汽车整车控制技术。开发基于驾驶员意图识别、动力系统工作效率最优且工况适应性强的动力系统模式管理和驱动扭矩分配策略，提升整车驾驶性和经济性；开展整车功能安全和故障诊断技术开发，提升整车安全水平；开发基于AUTOSar和ISO26262要求的整车控制策略软件平台。

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氢燃料电池汽车

氢燃料电池汽车具有零排放、续驶里程长、燃料加注快的典型特点，是未来汽车行业发展的重要趋势之一。同时，发展氢能燃料电池汽车，对改善能源结构，发展低碳交通，具有非常显著的意义。

国际上，欧美日等主要国家已基本完成性能开发验证，逐步进入氢能及燃料电池产业化阶段，我国经过多年研究，取得了不小进步，但在系统功率密度、寿命及成本控制等方面，相较国际先进水平仍具有一定差距。

伴随车用燃料电池技术发展方向逐渐明确，除了燃料电池材料、电堆、系统、整车动力系统以及氢能基础等各产业链技术的进一步成熟、性能进一步提升外，主要趋势表现为燃料电池的模块化和系列化、燃料电池汽车动力系统混合化、车载能源载体氢气化和来源多样化、燃料电池汽车运行规模化等。
发展目标
发挥产学研用联动优势，突破关键技术瓶颈问题，建立健全氢能燃料电池产业链，实现燃料电池汽车的大规模产业化发展。
2020年，实现氢能及燃料电池汽车规模化示范运行，示范车辆达到5000辆；2025年，实现氢能及燃料电池汽车的推广应用，商用车达到万辆规模，乘用车规模达到5万辆；2030年实现氢能及燃料电池汽车的大规模推广应用，燃料电池汽车规模超过100万辆。
技术路径分析
氢能燃料电池汽车总体发展路径是通过三个五年的技术研发、示范考核和领域推广，开展燃料电池关键材料技术、电堆技术、系统集成与控制技术、动力系统开发技术以及制氢储氢运氢等基础技术研究，掌握燃料电池汽车的设计与集成技术，完善包括燃料电池电堆及关键材料、燃料电池系统及核心部件、燃料电池汽车及关键零部件、氢能供应基础设施在内的完整的技术链与产业链，实现构建面向未来的清洁、低碳、高效燃料电池汽车研发和应用体系的整体发展目标。
发展重点
（1） 新型燃料电池核心材料。新型燃料电池核心材料及燃料电池过程机理研究，包括低铂或非铂催化剂、高强度固体电解质膜、低成本气体扩散层、耐腐蚀长寿命超薄双极板等新材料过程机理、制备工艺及部件产品的研究与开发。
（2）先进燃料电池电堆。基于高性能低成本膜电极（MEA）技术，研究燃料电池电堆传热传质、结构设计及流体仿真技术，开发高比功率、长寿命、低成本的先进燃料电池电堆产品，并形成一致性保障批产制造能力。
（3）关键辅助系统零部件技术。加强空压机组件、氢气喷射与再循环泵等关键辅助系统零部件研发。开发小型化、低功率、快速响应空气压缩机，提高燃料电池系统效率与功率密度；研究高流量控制精度氢气喷射与宽适应范围循环装置，提高氢气利用率，改善系统经济性。
（4）高性能燃料电池系统。开展高性能燃料电池系统性能设计、零部件集成技术以及系统控制技术等关键技术研究，开发以高功率密度、长寿命为特征的分别适应于燃料电池乘用车及燃料电池商用车的系列化燃料电池系统产品。
（5） 创新燃料电池动力系统。深入研究以燃料电池及动力电池共同驱动的燃料电池动力系统技术平台，开发燃料电池系统、动力电池和驱动电机等关键部件的匹配与控制技术，形成创新的燃料电池动力系统技术与产品平台。
（6）完善制氢运氢储氢及加氢基础设施。开发高效、低成本分布式制氢技术，加大可再生能源制氢比例；发展多种氢气储存运输形式；开发高质量储氢率、高体积储氢密度、低成本车载储氢容器及瓶阀等关键零部件；完善加氢站布局规划，为燃料电池汽车示范及批量推广提供基础设施条件。

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智能网联汽车

伴随移动互联网、智能化技术的快速发展，智能网联汽车已成为全球汽车产业的发展重点。根据各大汽车公司发布的计划，到2025年智能网联汽车将实现大规模商业化的推广普及，因此智能网联汽车已进入实用化的竞争发展阶段。纵观国外智能汽车发展历程和现状，都是以提高出行安全和行车效率为主要目的。以传感技术、信息处理、通信技术、智能控制为核心，车与路、车与车协同系统与高度自动驾驶已经成为现阶段各国发展的重点，也已成为市场竞争致胜的关键因素。
从行业技术水平来看，目前欧洲、美国和日本在智能网联汽车技术领域形成了三足鼎立的局面。美国的重点在于网联化，其通过政府强大的研发体系，已快速形成了基于V2X（与外界环境的通信）的汽车产业化能力；欧洲具有世界领先的汽车电子零部件供应商和整车企业，其自主式自动驾驶技术相对领先；日本的交通设施基础较好，自动驾驶方面技术水平也在稳步推进。中国的优势在于快速发展的通信产业，完整的全球卫星导航系统和世界第一的汽车产销量水平，这些为中国智能网联汽车的发展奠定了良好的基础。
我国部分高校、科研院所和企业在环境感知、人的行为认知及决策、基于车载和基于车路通信的驾驶辅助系统的研究开发取得了积极进展，并开发出无人驾驶汽车演示样车。但我国发展智能网联汽车依然存在一些问题，如：尚未形成国家层面的智能网联汽车发展战略、智能网联汽车领域的基础技术还十分薄弱、自主零部件企业非常弱小、行业缺乏有效协同研发机制、信息产业与汽车融合层次较浅、智能网联汽车标准法规及测试能力建设落后较多。

发展目标
到2020年，初步形成以企业为主体、市场为导向、政产学研用紧密结合、跨产业协同发展的智能网联汽车自主创新体系。初步建立智能网联汽车标准法规体系、自主研发体系、生产配套体系，掌握乘用车及商用车智能驾驶辅助系统关键技术，制定中国智能网联汽车数据安全技术标准。DA（汽车驾驶辅助）、PA（部分自动驾驶）、CA（有条件自动驾驶）新车装备率超过50%，网联式驾驶辅助系统装备率达到10%。启动智慧城市相关建设，汽车交通事故减少30%，交通效率提升10%，油耗与排放分别降低5%。
到2025年，基本建成面向乘用车与商用车的自主智能网联汽车产业链与智慧交通体系。建立较为完善的智能网联汽车标准法规体系、自主研发体系、生产配套体系及产业群，掌握自动驾驶系统关键技术，拥有供应量在世界排名前十的供应商企业1家；实现汽车全生命周期的数字化、网络化、智能化，基本完成汽车产业转型升级，智能网联汽车实行国家信息安全强制认证。DA、PA、CA级新车装备率达80%。其中，PA，CA级新车装备率达25%。HA（高度自动驾驶）和FA（完全自动驾驶）开始进入市场。汽车交通事故减少80%，普通道路的交通效率提升30%，油耗与排放均降低20%。
到2030年，建成面向完善的自主智能网联汽车产业链与智能交通体系，形成完善的自主智能网联汽车标准法规体系、研发体系及生产配套体系，中国品牌智能网联汽车以及核心汽车零部件企业，具有较强国际竞争力，实现产品大规模出口，建立完善的智能交通体系，智能汽车与智能道路间形成高效的协作发展模式，DA、PA、CA 级新车装配率以及汽车联网率均接近100%，HA/FA级新车装配率达到10%。在部分区域初步形成“零伤亡、零拥堵”的智能交通体系。全国范围内交通事故率、拥堵时间与能耗排放均大幅度降低。
技术路径分析
加速发展感知、定位、通信技术，并且以之为主要基础支撑，同步发展多源信息融合技术，与整车控制相结合，实现智能系统整车的协同控制。推进智能网联汽车相关标准的出台，尽早布局核心零部件的基础研究、开发和生产，占领智能网联汽车这一新领域的制高点。以智能网联汽车需求出发，推动与智能网联汽车相关其他领域的基础研究、技术开发和产品开发；推动道路交通等设施向信息化和智能化发展，为智能网联汽车营造合适的生态环境。
发展重点
（1）智能网联汽车环境感知系统搭建。研发可适用于行人穿戴/手持电子终端的行人传感与车载接受系统；开发基于视觉的乘员状态检测系统；基于听觉的车辆机械健康监测系统；实现深度学习算法模型优化，开发基于图形处理器（GPU）/现场可编程逻辑门阵列（FPGA）嵌入式软件；研制产业化激光雷达器件。研发基于可量产化传感器的多传感器时空融合技术，突破复杂交通路况下多类交通参与者动态行为预测、态势感知；研制支持高度自动驾驶的智能域控制器，开发自动驾驶2～4级的高可靠产品。
（2）智能电动汽车集成控制技术。建立系统动态能量方程并开展基于动态能量交换的系统耦合机理分析，建立以最小能耗为控制目标的集成控制方法和能量管理子系统架构。开展多源传感信息融合的建模与算法研究，开展集成控制架构和集成控制方法研究。建立基于模拟仿真软硬件和实车一体化的测试验证平台，开展可持续发展的智能驾驶功能模型库搭建和车载以太网规范设计。
（3）车载V2X无线通信技术的应用。开展网络层和应用层协议研究以及标准制定；搭建各汽车厂商之间能够实现互联互通的V2X无线通信系统；研发各类主动安全预警或效率类应用算法；实现V2X无线通信与高精度导航、定位融合的部分自动驾驶应用。
（4）智能网联汽车信息安全检测与防护关键技术。基于“端-管-云”架构开展车载网络异常状态识别、车载无线通信漏洞探测、车载传感器网络可信构造、车载信息伪装与泄露等关键技术研发；针对智能网联车辆的不同等级设计信息安全保护框架和防护机制。基于智能网联汽车信息安全模型、检测机制和防护体系研发不同防护等级的安全网关产品；通过不同典型应用场景进行安全网关产品的示范运营并实现产业化。
（ 5 ） 机器视觉深度认知技术。研究深度学习等人工智能理论在视觉认知领域的应用，实现在各种环境条件下可行驶区域识别、交通规则识别、移动障碍分类与识别、地标分类与识别。分别建立有监督学习、无监督学习及基于深度学习的跟踪技术，对复杂道路场景实现高精度的车辆、行人、非机动车、车道线等目标的检测和跟踪，为自动驾驶系统提供场景信息作为决策控制依据；进而可通过视频实现对没有特别标记或标记错误的道路实现符合交通规则的行驶行为建议。
（6）云网一体化技术研究及应用。实现物理、虚拟网络设备统一管理；研究虚拟网络设备作为隧道端点技术；研究云数据中心内虚拟网络服务链技术；优化云平台网络东西向网络流量。自顶向下搭建一个可演进的、开放、共享的产业生态环境。建立车辆通信终端标准、数据平台接口与协议标准、网联数据规范、公共服务标准与规范、应用平台接口与权限标准，以满足智能网联汽车信息安全的需求。
（7）智能网联汽车测试评价体系与测试环境建设。研究智能网联驾驶功能的测试方法和技术，制定科学完整的智能网联汽车测试评价标准；建设符合中国区域特色的智能网联汽车专用试验场；建设智能网联汽车示范区：研究智能网联汽车功能、性能、运营模式、基础设施等。研究建成我国智能网联驾驶标准体系框架与关键技术标准。重点推动V2X互联协议、自动驾驶等级认证、信息安全规范等标准的研究。
（8）动态高精度地图综合研究。全面收集地理、气候、道路、车辆和行人的实时动态数据，包括位置、交通以及预测信息等，在静态高精度地图基础上，实现驾驶外部环境的真实、详尽和实时表达。研究基于北斗和机器视觉的高精度定位技术；高精度地图数据、高精度定位位置数据及多传感器观测数据的存储管理及融合处理，以及在复杂道路工况及恶劣天气下试验、测试和评价。