新技术带来新希望 新能源汽车技术革命正在上演
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2022-11-09
2009年，随着“十城千辆工程”的启动，新能源汽车开始走进寻常百姓家，自此也揭开了我国汽车产业“换道超车”的序幕。截至今天，我国新能源汽车已遍地开花。有数据统计，今年1-5月，我国新能源汽车累计产销已双双超过200万辆，年底有望突破500万辆。短短十余年，新能源汽车已从当初的“星星之火”发展到了今天的“燎原之态”。发展新能源汽车是汽车产业转型升级的主要方向，是推动绿色发展、保障能源安全的战略选择，也是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。随着“双碳”目标的推进以及绿色低碳的到来，汽车电动化已成为不可逆转的趋势。有业内人士预计，到今年底，我国新能源汽车渗透率或可达35％。但新能源汽车的高速发展，离不开关键核心部件和技术的支撑，尤其是电驱动系统的出现为我国新能源汽车的高质量发展注入了“强心剂”。不少业内专家表示，与传统汽车不同，新能源汽车中最重要的核心系统从内燃机变成了电驱动系统，而且电驱动系统也将成为新能源汽车企业之间竞争的重要标杆。当前，国内新能源整车企业和零部件企业，正处于发展的关键期。一方面，传统车企正逐步转型，大力发展电动车，争取在新的市场战争中站稳脚跟；另一方面，新兴新能源车企如雨后春笋般出现，吸收了大量社会资本，大有群雄逐鹿之势。但在繁荣背后，却是核心技术的虚脱。发展从来都不是一蹴而就。随着新技术的不断推进，新能源汽车正在进行第三代技术革命。其中第一代电驱动技术，是分立式电机和控制系统，能满足基本需求；第二代，是面向新能源车的集成化技术，将电机、减速器和控制器集成，让产品的功率密度更高；第三代技术则朝着两个方向发展，一个是多电机/多挡化驱动，一个是分布式驱动。尤其是在电动化、智能化、网联化的发展趋势下，汽车已经由交通运载工具逐步转变为能源中心、算力中心、智能终端和新型移动出行载体。“软件定义汽车”也逐渐成为汽车行业的共识。在“软件定义汽车”理念的影响下，整个汽车行业传统的车辆工程设计思维发生着翻天覆地的变化，主机厂和供应商的关系正在重构。电动化和智能化带来的深刻变革，架构要做到软硬件深度融合。随着智能电动车时代的到来，自动驾驶的不断升级，智能座舱的不断更新使得车辆对于底盘的要求在逐渐改变。由于传统燃油汽车内燃机体积、重量大，形状不规则，不论是前、中，后置，对整车的内部空间影响很大，限制了车辆进化的可能性和创新性。而电气化、智能化的滑板底盘结构平整，设计约束少，将成为自动驾驶时代移动空间的基础。所以，无论是在“软件定义汽车”的当下，还是在滑板底盘技术兴起的“明天”，采用多个独立的驱动源代替集中驱动源的分布式驱动技术的发展得到了越来越多企业和研究机关的重视，成为了行业前沿研发的焦点。特别是采用多个轮边/轮毂驱动单元的分布式驱动电动汽车更易实现车辆底盘的模块化设计和制造，为车辆模块化、系列化开发和车内空间设计创造了更大的发展空间。其实，早在1900年，保时捷就开发了前轮轮毂电机驱动的Lohner电动车，在汽车动力系统电动化转型的趋势下，近年来国内外相继研究开发了不少各具特色的分布式驱动电动车。其中21世纪初，美国通用的概念车Autonomy和日本丰田的概念车Fine-X，预告了分布式驱动对汽车设计和动力学控制的全新变革；2002年，同济大学又研发了四轮分布式驱动电动概念车“春晖一号”……尽管分布式轮边/ 轮毂电驱动系统有多种技术优势，是未来的发展趋势，但仍面临着一个不可回避的难题。由于轮边/ 轮毂电驱动系统将电机引入车轮端，大幅增加了车辆簧下质量，引起整车簧载质量与簧下质量之比严重失衡，导致车辆的行驶性能尤其是车辆的垂向性能发生了很大变化，这是制约分布式驱动电动车发展的一大难题。在分布式驱动技术的深入下，一种新型的核心技术——轴向磁通电机的出现恰好解决弥补了它的不足。据悉，轴向磁通电机的核心技术优势在于结构上旋转转子位于定子的侧面（而非定子内部），进而转子具有更大的直径尺寸，而转矩=力×半径，因而能够在相同的力作用下获得更高的转矩输出。这意味着在提供相同永磁材料和铜线材料的前提下，能够获得更高的转矩输出。通常采用新型轴向磁通电机的设计能够比采用传统径向磁通电机的设计提升转矩密度30%以上。由于轴向磁通电机具有结构紧凑、扁平超薄、体积小、重量轻、功率密度高的技术特性，天然适合分布式驱动。近十年来许多开发商努力改进该技术，以使其逐渐适用于电动摩托车、机场吊舱、运货卡车、电动汽车、甚至电动飞机等新的应用场景。其实1821年法拉第发明的人类历史上第一台电机就是轴向磁通电机，但同样虽然因为材料、工艺等方面的难题，该项技术开发主体主要集中在国外少数高新科创企业和大学研究团队，当前主要集中于高端应用，尚未实现大批量规模化生产。其中，国外以YASA知识产权布局最为全面，国内以盘毂动力知识产权布局最为全面。汽车产业是我国现代装备制造业中的龙头产业之一，是国民经济的战略性、支柱性产业。创新驱动，对推动汽车产业可持续发展有着十分重要的作用。如今，汽车电动化、智能化已成为全球趋势，发展智能新能源汽车是实现我国汽车工业由大变强的国家战略。近年来，我国的新能源汽车市场迅速崛起，随着在环保、经济、便捷等方面的优势日益凸显，新能源车保有量快速增长。不过，这些年我国在新能源汽车推广上风生水起，但在发展中暴露出产能初显过剩、供应安全风险偏高、核心技术仍旧缺失等不足。基础研究是整个科学体系的源头，是所有技术问题的总机关。从历史上看，每一轮科技革命和产业变革都是从基础研究的重大突破开始的。所以，解决关键核心技术“卡脖子”难题，突破更多基础核心技术，才是发展智能新能源汽车的必经之路，也是新能源汽车未来的发力重点，我国仍需把握百年未有之机遇，继续加大对新能源汽车技术的突破。
