2021年11月01日 | 汽车10大技术趋势

之前大家普遍提汽车新四化，“电动化”、“智能化”、"网联化"、"共享化"，其中，共享这个概念已经纯粹变成了一个模式创新，逐渐被投资机构抛弃，取而代之的是“低碳化”，特别是随着新能源电动汽车的普及，对于汽车的能耗问题，除了环保意识提升方面的驱动，在电池和更新型能源革命之前，里程焦虑更将是一个新增驱动力。因此，未来汽车技术发展趋势，将围绕着“电动化”、“智能化”、“网联化”、“低碳化”展开。

围绕汽车产业发展，本文汇总了以下10技术发展趋势：

趋势一：系统化的热管理技术提升

科学实现汽车热管理系统的优化，是缓解新能源汽车“里程焦虑”的有效途径之一。特别是在北方地区的冬天，对于新能源汽车非常不友好，不但电池要加热，驾驶舱内温度也需要保持舒适。热管理技术的系统提升，更是刚性需求。 汽车热管理系统是一套系统工程，不仅仅包括汽车能量和动力部件的加热保温或是散热降温，还包括汽车空调系统的能效管理；不仅仅包括散热、保温，还包括热交换、能量回收循环等等。 新能源电动汽车对于能源利用率的精细化考虑，热管理相关零部件数量增加，还需要考虑各个子系统之间的关联协同，都使得热管理控制与传统燃油车有了明显的区别，体现在更加复杂的系统上。 

电机电控、电池、空调系统，构成了新能源电动汽车热管理的核心，包括电机冷却系统、电池冷却系统、电池加热系统，电池热平衡系统。 

目前整车厂在热管理系统方面，各有各的尝试。

比如特斯拉model3，用一个四通阀实现了几条冷却系统的串并联，当电池处于低温状态需要加热时，电机回路与电池回路串联，电驱动的热量可以用来加热电池和驾驶舱；当电池温度高需要冷却时，电机回路与电池回路并联，电池和电机又能独立冷却；电池和空调系统共用一个热交换器，几条回路相互联动，根据工况选择最优热管理方式。 

趋势二：高性能车规级算力芯片助力整车智能化

在高性能车规级算力芯片方面，此前有消息，地平线已经推出了第三代车规级产品征程5系列芯片，面向L4高等级自动驾驶。征程5单颗芯片AI算力最高可达128TOPS。基于征程5系列芯片，地平线将推出AI算力高达200-1000TOPS的系列智能驾驶中央计算机。

随着AI对算力需求的提升，芯片的运算能力已经由GOPS、MOPS向TOPS演进，TOPS是Tera Operations Per Second的缩写，1TOPS代表处理器每秒钟可进行一万亿次（10^12）操作。 

TOPS级芯片和汽车电脑的应用，是未来智能驾驶的最基础保障。只有有了足够的算力支撑，对智能汽车各种传感器眼睛（激光雷达、摄像头、毫米波雷达等）采集来的数据，进行实时分析，才能保证自动驾驶像老司机一样丝滑顺畅。 

当然了，除了地平线，众多的AI芯片公司，必然都缺席不了汽车AI这条主赛道。寒武纪也宣布正在设计一款算力超200TOPS智能驾驶芯片，采用7nm制程，定位为“高等级自动驾驶芯片”。

趋势三：更节能、更轻巧的汽车轻量化

民间有一种非官方说法，那就是日系车“轻飘飘”。这种轻飘飘，不仅仅体现在日系车整车重量轻，还体现在汽车操控的灵活性和车辆用料的“节省性”。当然了，对于这种“轻飘飘”，大家褒贬不一，一方面觉得稍微发生碰撞，汽车就瘪了，不经糙；另一方面，也有人认为这种轻量化有助于省油，并且在冲撞发生时，能够实现缓冲能量。

但也不得不说，在保证汽车安全性和坚固性的同时，实现汽车轻量化，是未来整车制造的一个亘古不变的趋势。油车时代，轻量化的目的是为了高汽车的动力性、减少燃料消耗，降低排气污染。而到了新能源汽车时代，这个需求更加强烈，特别是在“里程焦虑”的作用下，大家对汽车的能耗尤为关注。而降低整车的重量，就是降低能耗的一个最有效的途径之一。 

汽车轻量化，主要实现途径包括新材料替代、结构优化设计、先进制造工艺等。其中，行业主流趋势就是采用新型轻质材料，降低整车重量，比如铝合金、塑料、镁合金、碳纤维复合材料的使用等等。关于镁合金，之前有视频简单聊过，有优势，也有劣势，当前并没有普及，但已经从一些舱内结构件开始应用了，比如仪表盘骨架、座椅支架等等。

趋势四：三代半功率器件在汽车应用

第三代半导体，特别是碳化硅（SiC）的发展，和新能源汽车发展相辅相成。特别是随着新能源汽车产业的发展，打开了SiC功率器件的市场空间。目前SiC器件主要应用于新能源汽车的功率控制单元（PCU）、逆变器（Inverter）、DC-DC转换器、车载充电器等方面。

在新能源汽车上，SiC功率器件替代Si基IGBT、MOSFET功率器件，可以有效降低能量损耗，大幅降低器件尺寸。根据现有技术方案，每辆新能源汽车使用的功率器件价值约700美元到1000美元。

另一方面，高电压平台是实现快充的先决条件，以前受限于Si基IGBT的耐压能力，大部分新能源电动车普遍采用的是400V电压平台。而下一步，随着SiC在汽车领域的应用，高压平台从400V提升到800V、1000V，可以大大提升充电效率，“充电5分钟，通话2小时”的神奇效果，将在电动车领域复制。

特斯拉是第一家在主逆变器中集成全SiC功率器件的汽车厂商，在MODEL 3上使用24个SiC MOSFET模块（意法和英飞凌产品），代替IGBT作为主驱逆变器的核心部件，器件体积缩小到原来的1/10，同时使逆变器效率从Model S的82%提升到90%。 

趋势五：新型电池的优化和突破

网上各种媒体信息，新型电池技术隔三差五就被“革命”一次，但实际情况却并没有那么乐观，那些让媒体高潮的昙花一现技术，能量密度高的，不安全、成本高；成本低的，重量大、体积大……总而言之，并没有产业化的基础。现阶段来看，动力电池领域，“优化”比“突破”更实在一些。目前来看，最靠谱的，还是在成熟电池技术上的不断优化，动力电池领域，不管是比亚迪的“刀片式电池”，还是马斯克的“无钴电池”，都不是根本性的技术革新，主流还是磷酸铁锂、三元电池的天下。向更高的能量密度、更低的成本发展，不管是磷酸铁锂还是三元电池，都是毋庸置疑的方向。早在2017年，工信部的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》，到2020年新型锂离子动力电池单体比能量超300Wh/kg（到2025年达500Wh/kg），系统比能量争取达到260Wh/kg。

政策归政策，即便如此，锂离子动力电池能量密度依然是产业发展的瓶颈，2020年早已过去，目前并没有厂家的产品能够达到300Wh/kg的比能量。

最新消息，特斯拉CEO埃隆·马斯克透露的“颠覆性电池”进展，所谓“颠覆性电池”，也就是特斯拉早前宣布的无极耳4680电池。直径为46毫米，高度为80毫米，存储容量是现有电池的5倍，能量密度或将超过300Wh/kg。

趋势六：跨域控制的整合和融合

统一控制和分散性控制，孰优孰劣？这在车载电子电气领域，是一个显而易见的答案。目前汽车域控制采用分散架构，每个单独功能，都运行在一个单独的 ECU 上，动力域、底盘域、座舱域、自动驾驶域、车身域……这种分散的架构形式，是不得已而为之的选择，中央控制算力不支持、供应商分散化、功能系统割裂化等等，都是造成这种局面的根本原因，这也是为什么，我们通常认知中，一辆汽车需要上百颗的MCU，来分别控制不同的功能域。 

博世提出的整车电子电气架构发展分为6个阶段∶ 模块化阶段、功能集成阶段、中央域控制器阶段、跨域融合阶段、车载中央电脑和区域控制器阶段、车载云计算阶段。

大众汽车也计划整合其车载电子电气架构，将现有来自200个不同供应商的70个ECU，减少到三台中央车载电脑，通过整合和融合的方式，来减少整车软件的复杂性。 

趋势七：汽车数据和整车信息安全防护技术

要说今年信息安全领域的新热点，恐怕就是汽车安全了。智能汽车的网联化和汽车数据的安全保护，都对汽车信息安全提出了新的要求。

滴滴的数据安全问题，因为敏感的原因，大家私下讨论就好，这里就不详细提了，反正因为那份文件，封了我好几个大群，此仇“不共戴天”…… 随后一系列的法律法规颁布实施， 《中华人民共和国数据安全法》、《中华人民共和国个人信息保护法》、《汽车数据安全管理若干规定(试行)》……说是巧合也好，说是因果也好，反正都凸显了这一领域的重要性。 

至少目前所有的新能源汽车都有了联网的基础，这是国标GB/T 32960要求。另一方面，由于汽车智能化的需求，整车厂需要不断通过车辆行驶数据，包括车辆自身数据，以及车载传感器采集的环境数据，进行车辆智能化的训练提升，都需要将车辆的“隐私”数据上传至云端。一辆满街跑的数据采集器，必然引发汽车数据安全的考量，这也是为什么特斯拉、滴滴事件，引起这么大轰动的原因。

趋势八：一体式压铸带来的革命性颠覆

其实2020年的时候，特斯拉就曾经凭借一体式压铸轰动过一次，马斯克曾介绍，特斯拉Model Y的后地板总成，将抛弃传统的焊接，采用一体式压铸。

通过巨型压铸机，可以将70多个零件整合成为一个坚固完整的部件，增强了结构强度，提升了生产效率、减少了成本和重量（总成重量降低30%，制造成本因此下降40%），提升续航里程。一体式压铸效果肯定很好，但也同时给汽车制造业带来极大震动，这意味着整车制造工艺和模式，会被颠覆性变革。传统的整车制造“单件冲压，焊接总成”的模式，将不复存在。

但这只是特斯拉的理想状态，根据今年对特斯拉Model Y的拆解发现，并没有真正实现像马斯克所说的，后地板总成一体式压铸，但结构件的数量大大减少了。

一体式压铸面临的压力也不小，巨型压铸机的使用，材料需要提升，工艺更加复杂，相关的产业配套并不成熟……但特斯拉总算迈出了第一步，未来在整车车身制造中，一体式压铸的覆盖范围肯定会越来越广。 

趋势九：智能座舱带来的驾驶新体验

地平线老板余凯，买了辆荣威iMAX8，成为首批VIP客户，还拍了段视频，介绍了关于荣威iMAX8的智能座舱功能，用语音控制车舱内部功能。

不知道荣威iMAX8的智能座舱控制器芯片，是不是用的地平线征程系列。

智能座舱不仅仅是娱乐功能。还包括汽车驾驶舒适性和便捷性等相关功能，比如汽车网联所必须的T-BOX，抬头显示HUD，电子后视镜，无线充电，语音控制指令等等。 

趋势十：燃料电池系统在争议中成长

关于燃料电池，特别是氢燃料电池，业界的普遍争议很大，喜欢它的甘之若饴，不喜欢它的弃之若履。 氢燃料电池确实有诸多的瓶颈，除了制氢、储氢等环节，应用端的氢电池堆技术还存在催化剂、气体扩散层、质子交换膜、碳质等面临亟待解决的难题。 但氢能也是“双碳”概念之一，这也许是支撑产业和投资界坚持下去的动力之一。 《2030年前碳达峰行动方案》中，大力推广新能源汽车，逐步降低传统燃油汽车在新车产销和汽车保有量中的占比，推动城市公共服务车辆电动化替代，推广电力、氢燃料、液化天然气动力重型货运车辆。从政策方案上看，氢燃料电池率先突破的，应该也是商用车领域。

作者简介：步日欣

创道咨询创始人，北京邮电大学创业导师、经管学院特聘导师、天津市集成电路行业协会顾问。电子工程本科、计算机硕士学位，具有证券从业资格、基金从业资格、通过CFA LII考试，先后就职于亚信咨询、中科院赛新资本、东旭金控集团等，拥有IT研发、咨询、投融资十五年以上经验，关注投资领域为半导体、物联网、信创、智能制造、云计算、大数据等。