汽车技术变革支撑飞行汽车创新发展

文/侯福深 冯锦山

（作者侯福深为中国汽车工程学会副秘书长）

2021 年亿航智能在广州启用5G 空中智能交通体验中心将推动当地打造“硬件+软件+起降平台+运营服务”相结合的空中智能交通应用生态体系（供图/亿航智能）

2022 年3 月，交通运输部、科学技术部联合印发《交通领域科技创新中长期发展规划纲要（2021—2035 年）》，首次从国家科技创新战略层面提出了发展飞行汽车，预示着飞行汽车将进入加速创新发展的新阶段。

当前，随着新一轮科技革命和产业变革的深入演进，汽车技术发展呈现出能源动力电动化、车辆控制智能化、车用材料轻量化等主要特征，并在技术创新、产业链培育和市场推广等方面取得重大突破。同时，我国新能源汽车保有量已超过1000 万辆，创新能力和产业规模全球领先，这些都为飞行汽车的创新发展提供了坚实的技术支撑和产业基础。

汽车电动化、智能化和轻量化技术实现重大突破

飞行汽车要“飞”起来，离不开技术的持续创新。近年来，汽车电动化、智能化、轻量化技术不断加快在智能电动汽车上的应用：新型车载储能与电驱动系统技术持续进步，新推出的智能电动汽车续驶里程大多在400～600 公里，快充技术能够使车辆30 分钟充满80%电量，充电便利性不断提高；车辆智能化网联化水平快速提升，L2 级驾驶辅助技术在新能源汽车市场的渗透率超过38%，L3 及以上高级自动驾驶在限定区域逐步进入商业化示范应用，可以实现车辆自主泊车、高速公路自动驾驶、特定区域无人化载人载物运行；此外，超高强钢、铝镁合金、碳纤维等轻质材料的规模化应用，支撑了整车轻量化水平的大幅提高。这些汽车新兴技术的融合发展，有效支撑了当前飞行汽车的研制开发。

首先，我国汽车电动化能源动力技术处于国际领先水平，形成了具有国际竞争力的创新链和产业链。在动力电池方面，国内量产化的电池技术处于国际先进水平，同时我国正在积极布局和大力推进固态电池等下一代电池技术研发。三元材料电池比能量达到300Wh/kg，磷酸铁锂电池比能量达到200Wh/kg，动力电池安全性、循环寿命大幅提升，而成本与十年前相比则降低了80%以上。同时，半固态电池即将量产，固态等新体系电池研发也取得了明显进展。

在燃料电池方面，国内燃料电池系统技术已经接近国际先进水平，系统功率、质量比功率、冷启动温度等技术水平不断提升，质量功率密度达到300W/kg以上，寿命达到10000 小时以上，实现了万辆级规模燃料电池整车的产业化，电堆关键部件及材料、空压机、氢气循环泵等短板技术也取得重大突破。

在驱动电机方面，国内驱动电机系统技术与国际先进水平相当，电机功率密度已超过5kW/kg，八合一等高集成度电驱总成实现量产应用，扁线及油冷方案成为电机主要技术方向，更加高效先进的第三代SiC 功率器件实现了国产化突破并进入量产推广阶段。

其次，我国自动驾驶技术与国际同步发展，汽车网联化全球领先。我国在环境感知、智能决策等自动驾驶关键技术上取得了快速突破，目前正在实现量产应用。激光雷达国产化及上车速度明显加快，成本进一步降低。高算力计算平台产品实现自主开发，车型搭载也有明显进展。虚拟现实、驾驶员监控系统等已有应用，智能座舱多模融合交互技术应用均处于领先国际水平，在控制执行系统方面仍处于追赶状态，商用车领域有望率先实现突破。

同时，国内的汽车网联技术发展保持全球领先地位，实现了跨芯片模组、跨终端、跨整车、跨安全平台等环节的C-V2X 互联互通应用示范，进一步推动了云控平台、高精度动态地图等上车应用。多款搭载C-V2X 功能的车型已投入量产或发布商用量产计划，产业化速度居全球领先地位。此外，智能网联汽车云控基础平台在多个城市测试路段和高速公路测试路段进行了探索性运营示范。

最后，我国的轻量化材料开始规模化应用，性价比稳步提升。在轻量化材料方面，其发展方向主要为高强高韧材料、轻质材料等多材料体系。随着新能源汽车续航能力等要求，热成形钢、高性能铝合金已开始规模化应用，其系统成本优势稳步提升，其中，单车铝合金平均用量约200 千克，对替代部件的减重效果超过30%；热塑性复合材料采用多种低成本路线，性价比也在稳步提升，并开始在部分车型中应用，结果显示对替代部件的减重效果超过40%。

汽车电动化、智能化和轻量化技术的未来发展趋势

飞行汽车将进入加速创新发展的新阶段（供图/时的科技）

根据中国汽车工程学会牵头编制的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，当下汽车电动化、智能化、轻量化的发展方向正变得愈加清晰，未来发展目标明确、前景可期。

从动力上看，汽车能源动力将加速向高能量、高功率密度迈进。动力电池以提高比能量和循环寿命为重点，实现了关键材料的自主供应及产业链安全，同时正在着手研发新体系电池。通过研发富锂锰基正极、硅碳负极等，未来将实 现2025 年、2030 年和2035 年比能量 目标350、400、500Wh/kg。燃料电池系统则以高功率、低成本、高功率密度、高环境适应性、长寿命为目标，并逐步实现大规模应用的产业化，以提升产品竞争力和性价比。以燃料电池系统的质量功率密度为例，2025 年预计达 到350W/kg，2030～2035 年达到450W/kg。驱动电机系统以提升驱动电机功率密度与效率、提高电机控制器集成度为重点，以核心器件和关键材料国产化为支撑。以高性能乘用车电机为例，通过高效冷却技术、高性能永磁材料等实现2025 年、2030 年和2035 年功率密度目标5kW/kg、6kW/kg、7kW/kg。

从自动驾驶技术上看，汽车自动驾驶技术将向网联赋能、自主运行无人驾驶发展。自动驾驶技术以高度解放人类驾驶员为最终目标，通过加快环境感知、智能决策、控制执行等技术的研发，提高自动驾驶水平。至2025年，L2、L3 级自动驾驶辅助功能汽车市场渗透率达到50%，L4 级高度自动驾驶汽车开始进入市场，至2030 年，L2、L3 级自动驾驶辅助功能汽车市场渗透率达到70%，C-V2X 终端新车装配基本普及，L4 级高度自动驾驶新车占比达到20%，并在高速公路广泛应用，在城市道路规模化运行。至2035 年，智能网联汽车、智能交通、智慧城市产业生态深度融合，各类网联式高度自动驾驶汽车大规模运行。

从轻量化上看，汽车轻量化多材料混合应用将成为未来发展趋势。未来将完善汽车用高强度钢、轻合金应用体系，重点搭建汽车用复合材料的应用体系，形成汽车轻量化多材料综合应用能力。

以国产铝合金板材为例，至2025年、2030 年，其综合成本较2020 年将分别降低10%、20%；至2035 年，将形成完善的铝合金自主研发和应用体系。相对于钢而言，树脂基复合材料的综合成本至2025 年、2030 年、2035 年将分别不超过其10 倍、4 倍和3 倍，车辆减重效果将更为明显。

面向飞行汽车的新需求与发展建议

飞行汽车是汽车、航空、交通、能源等领域的交汇点，同时也是新材料、人工智能、新一代信息技术在未来的重要应用场景。随着汽车电动化、智能化及轻量化技术快速发展和规模经济的带动，将率先支撑电动垂直起降飞行器的快速发展，并逐步实现低空智能交通与地面智能交通的融合，迎来飞行汽车时代。

展望未来，飞行汽车在动力系统功重比、航规级安全、技术经济性等方面对车用能源动力系统、自动驾驶系统、轻量化材料等关键技术提出了重大创新需求——

对于动力电池和燃料电池，还需在高性能、高稳定性及高环境适应性材料及部件方向加快发展，以满足飞行汽车对长续航和高安全性的需求；

对于电驱动系统，要在更高耐温极限的绝缘材料、更高磁能密度的永磁材料和更轻的结构材料等方面加快发展，以满足飞行汽车对更高功率密度、更高机动性能的需求；

对于自动驾驶系统，则应在更远的探测距离、更准确的感知精度方面加大研发力度，来满足飞行汽车更大感知范围的需求，同时还要建立地空协同信息交互网络，实现对低空飞行区域的“车路协同”覆盖。

发展飞行汽车是一项涉及多学科、多领域交叉融合创新的系统工程，技术的持续创新和突破是推动飞行汽车发展应用的重要保障和第一动力。由此，提出如下四点建议：

一是开展技术战略和顶层设计研究。组织汽车、航空、交通、能源等跨行业的专业力量加强飞行汽车技术战略和路线图研究，明晰未来发展技术方向和发展路径；

二是支持飞行汽车关键技术协同攻关。面向智能电动汽车与飞行器融合的关键技术领域，依托已有相关科技计划项目，或者设立飞行汽车相关专项，推动跨行业协同攻关；

三是搭建平台，促进科技成果转化。面向飞行汽车的跨界技术需求，推动汽车、航空、交通和能源等领域的科技成果转化；

四是强化人才队伍建设。立足于飞行汽车发展需求，聚焦飞行汽车能源动力、智能网联、轻量化材料、安全性等领域，构建综合性、网络化人才体系。