未来8年我国商用车关键零部件10大领域政策取向(上)

2023-01-03 02:11肖献法张奉勇
商用汽车 2022年10期
关键词:内燃机新能源规划

肖献法 张奉勇 文

2022年是实施“十四五”规划的第2年,距离实现我国 “2030年前碳达峰”目标还有8年。

2022年虽说是实施“十四五”规划的第2年,但除了已发布的中长期发展规划(超过5年),我国各领域的“十四五”规划,自2021下半年至2022上半年乃至7、8月,一直在陆续发布。

商用车关键零部件是保障商用车运行的具有较高技术含量并起到关键作用的核心部件,包括动力总成及其关键零部件、底盘及其关键零部件、上装及其关键零部件,涉及卡车、客车、专用汽车、挂车。

过去10余年里,在政策和市场的双轮驱动下,我国商用车及关键零部件的技术、质量水平及全球市场地位,均得到了明显提升,但前两者距离商用车发达国家还有不小的差距,包括整车及零部件使用寿命、对国外许多核心部件的依赖程度,包括柴油机高压共轨系统及尾气处理系统、自动变速器、缓速器、空气悬架、车载芯片以及造型设计等,因此包括这些也便成为国家未来发展战略的主要指导方向。

但,在我国发布的中长期发展规划以及“十四五”规划中,有关商用车关键零部件的,主要看到了对动力总成部分以及底盘部分关键零部件的要求——如动力总成及其关键零部件、自动变速器、安全系统、(货车)上装、智能网联汽车关键零部件、少部分特殊领域的专用作业车辆及上装等,而极少看到对整车其他关键部件、其他上装及关键零部件的要求。这说明我国产业政策当前关注的仍主要是关系到商用车运行的基础部件中的关键及核心部件以及智能网联技术核心部件;而且,我国出台的有关商用车关零部件的政策和规划,基本是为了推动我国商用车排放水平、节能水平、安全性能的不断升级,以及适应我国能源安全(能源结构调整)和产业安全的需要,或者说主要是“围绕促进我国交通装备运行智能化、动力清洁化、结构轻量化及核心基础零部件自立自强”而展开。

因此,本文在系统梳理涉及未来8年或更长时期有关我国商用车关键零部件发展的政策和规划时,重点落在了商用车动力总成及底盘部分关键零部件上,而对整车上装部件也是竭尽所能。本文引用的政策及规划,有的属于并列关系,有的存在交叉,有的基于前面的政策及规划而出台。

(续表1)

1 商用车动力总成之能源结构:新能源化、清洁化、多元化

近年出台的涉及未来汽车行业和道路运输行业发展的政策和规划有很多,且大都会涉及到汽车(含商用车)动力总成的能源路线的选择运用,例如:

◇2017年4月6日,工信部、发改委、科技部联合印发的《汽车产业中长期发展规划(2017—2025)》在“三、重点任务”之“(三)突破重点领域,引领产业转型升级”中提出:“大力发展汽车先进技术,形成新能源汽车、智能网联汽车和先进节能汽车梯次合理的产业格局以及完善的产业配套体系,引领汽车产业转型升级。”

◇2019年9月14日,中共中央、国务院印发的《交通强国建设纲要》在“三、交通装备先进适用、完全可控”之“(三)推进装备技术升级”中提出:“推广新能源、清洁能源、智能化、数字化、轻量化、环保型交通装备及成套技术装备。”在“七、绿色发展节约集约、低碳环保”之“(二)强化节能减排和污染防治”中提出:“优化交通能源结构,推进新能源、清洁能源应用,……推动城市公共交通工具和城市物流配送车辆全部实现电动化、新能源化和清洁化。”

◇2020年10月20日,国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》在“第3节 发展愿景”中提出:“力争经过15年的持续努力,……纯电动汽车成为新销售车辆的主流,公共领域用车全面电动化,燃料电池汽车实现商业化应用……。”

◇2021年2月22日国务院《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》(2021年2月22日成文)在“三、健全绿色低碳循环发展的流通体系”之“(十)打造绿色物流”中提出:“推广绿色低碳运输工具,淘汰更新或改造老旧车船,港口和机场服务、城市物流配送、邮政快递等领域要优先使用新能源或清洁能源汽车。”

◇2021年10月24日,国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》在“行动之五:交通运输绿色低碳行动”中提出:“1.推动运输工具装备低碳转型。积极扩大电力、氢能、天然气、先进生物液体燃料等新能源、清洁能源在交通运输领域应用。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。……。到2030年,当年新增新能源、清洁能源动力的交通工具比例达到40%左右,营运交通工具单位换算周转量碳排放强度比2020年下降9.5%左右,……。陆路交通运输石油消费力争2030年前达到峰值。”“3.加快绿色交通基础设施建设。……。到2030年,民用运输机场场内车辆装备等力争全面实现电动化。”

◇2021年10月29日,交通 运输部印发的《绿色交通“十四五”发展规划》在“三、主要任务”之“(二)优化交通运输结构,提升综合运输能效”中提出:“推动城市建筑材料及生活物资等采用……、新能源和清洁能源汽车等运输方式。”

2021年11月2日,交通运输部印发的《综合运输服务“十四五”发展规划》在主要任务“(六)打造清洁低碳的绿色运输服务体系”之“大力发展清洁化运输装备”中提出:“促进交通能源动力系统清洁化、低碳化、高效化发展,优化交通能源结构。积极推动新能源和清洁能源车辆、船舶在运输服务领域应用,……。……。”

该《规划》在主要任务“(六)打造清洁低碳的绿色运输服务体系”之“深入推进城市绿色货运配送示范创建”中指出:“加快新能源城市物流配送车辆应用,稳步提高城市物流配送新能源汽车比例。”

◇2021年10月29日,交通 运输部印发的《绿色交通“十四五”发展规划》在“二、总体要求”之“(三)发展目标”中提出:“到2025年,……营运车辆及船舶……新能源和清洁能源应用比例显著提升。”紧接着在“表1 绿色交通“十四五”发展具体目标”中提出:到2025年,“全国城市公交、出租汽车(含网约车)、城市物流配送领域新能源汽车占比,分别达到:72%、35%、20%。”“国际集装箱枢纽海港新能源清洁能源集卡占比:60%。”

表1 涉及、关联商用车关键零部件当下及未来发展的主要规划和政策

图1-1 “城市公共交通工具和城市物流配送车辆全部实现电动化、新能源化和清洁化”,是有关规划根据当前新能源商用车运行特点作出的特别“安排”

图1-2 国务院《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》提出:“推广绿色低碳运输工具,淘汰更新或改造老旧车船,港口和机场服务、城市物流配送、邮政快递等领域要优先使用新能源或清洁能源汽车。”图为在唐山港京唐港区集装箱码头投运的华菱电动重卡

该《规划》在“三、主要任务”之“(二)优化交通运输结构,提升综合运输能效”中提出:“推动城市建筑材料及生活物资等采用公铁水联运、新能源和清洁能源汽车等运输方式。继续开展城市绿色货运配送示范工程建设,……。”并在“专栏二 优化调整运输结构行动”中提出:“京津冀及周边地区沿海主要港口矿石、焦炭采用铁路、水运和封闭式皮带廊道、新能源汽车运输比例达到70%以上。”

该《规划》在“三、主要任务”之“(三)推广应用新能源,构建低碳交通运输体系”中提出:“加快推进城市公交、出租、物流配送等领域新能源汽车推广应用,国家生态文明试验区、大气污染防治重点区域新增或更新的公交、出租、物流配送等车辆中新能源汽车比例不低于80%。鼓励开展氢燃料电池汽车试点应用。推进新增和更换港口作业机械、港内车辆和拖轮、货运场站作业车辆等优先使用新能源和清洁能源。”并在“专栏四 新能源推广应用行动”提出:“(1)电动货车和氢燃料电池车辆推广行动。在北京、天津、石家庄等城市推进中心城区应用纯电动物流配送车辆,在钢铁、煤炭等工矿企业场内短途运输推广应用纯电动重卡。在张家口等城市推进城际客运、重型货车、冷链物流车等开展氢燃料电池汽车试点应用。(2)城市绿色货运配送示范工程。深入开展城市绿色货运配送示范工程创建工作,到2025年,有序建设100个左右城市绿色货运配送示范工程。”

该《规划》在“三、主要任务”之“(五)坚持创新驱动,强化绿色交通科技支撑”中提出:“支持新能源运输装备和设施设备、氢燃料动力车辆及船舶、LNG和生物质燃料船舶等应用研究。”

◇2021年11月2日,中共 中 央、国务院《关于深入打好污染防治攻坚战的意见》在“三、深入打好蓝天保卫战”之“(十三)持续打好柴油货车污染治理攻坚战”中提出:“有序推广清洁能源汽车。”

◇2021年11月15日,工信部印发的《“十四五”工业绿色发展规划》在“三、主要任务”之“(二)推进产业结构高端化转型”之“壮大绿色环保战略性新兴产业”中提 出:“加 快 发展新能源、新材料、新能源汽车、……等战略性新兴产业,带动整个经济社会的绿色低碳发展。”

◇2022年1月24日,国务院印发的《“十四五”节能减排综合工作方案》在“三、实施节能减排重点工程”之“(四)交通物流节能减排工程”中提出:“提高城市公交、出租、物流、环卫清扫等车辆使用新能源汽车的比例。……。到2025年,新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右……。”

◇2022年1月24日,交通运输部、科技部发布的《交通领域科技创新中长期发展规划纲要(2021—2035年)》在“四、主要任务”之“(六)构建全寿命周期绿色交通技术体系”中提出:“推动运输服务绿色环保技术研发应用。……推动载运工具污染物检测溯源、污染物在线监测及防控、噪声污染防治等新技术及装备研发,推广应用液化天然气等清洁能源。……。”“加快低碳交通技术研发应用。……。提升低碳能源应用技术水平,开展电能、氢能、氨能、太阳能等低碳能源在载运工具和作业机械等装备上的应用技术研发。”

图1-3 “提高城市环卫清扫车辆使用新能源汽车的比例”,也是一项特别安排,但给传统能源环卫清扫车辆留有生存空间

图1-4 “在张家口等城市推进城际客运、重型货车、冷链物流车等开展氢燃料电池汽车试点应用”,是针对特别区域作出的初期“安排”

◇2022年1月30日,国家发改委、 国家能源局《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》在“三、完善引导绿色能源消费的制度和政策体系”之“(十一)完善交通运输领域能源清洁替代政策”中提出:“推行大容量电气化公共交通和电动、氢能、先进生物液体燃料、天然气等清洁能源交通工具,完善充换电、加氢、加气(LNG)站点布局及服务设施,降低交通运输领域清洁能源用能成本。”

◇2022年3月23日,国家发改委、国家能源局联合印发的《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》在“(一)有序推进交通领域示范应用”中提出:“立足本地氢能供应能力、产业环境和市场空间等基础条件,结合道路运输行业发展特点,重点推进氢燃料电池中重型车辆应用,有序拓展氢燃料电池等新能源客、货汽车市场应用空间,逐步建立燃料电池电动汽车与锂电池纯电动汽车的互补发展模式。”在“(四)逐步探索工业领域替代应用”之“专栏‘十四五’时期氢能产业创新应用示范工程”中提出:“在有条件的地方,可在城市公交车、物流配送车、环卫车等公共服务领域,试点应用燃料电池商用车。”

◇2022年4月25日,国务院办公厅《关于进一步释放消费潜力促进消费持续恢复的意见》在“二、全面创新提质,着力稳住消费基本盘”之“(七)大力发展绿色消费”中提出:“推动公共服务车辆电动化。……。支持新能源汽车加快发展。”

2022年6月24日公开的交通运输部等5部门《贯彻落实〈中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见〉的实施意见》在“四、推广节能低碳型交通工具”之“(六)积极发展新能源和清洁能源运输工具”中提出:“依托交通强国建设试点,有序开展纯电动、氢燃料电池、可再生合成燃料车辆、船舶的试点。推动新能源车辆的应用。”

◇2022年8月18日公开的科技部、国家发改委、工信部、生态环境部等9部门制定的的《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022—2030年)》在“三、城乡建设与交通低碳零碳技术攻关行动”中提出:“突破化石能源驱动载运装备降碳、非化石能源替代和交通基础设施能源自洽系统等关键技术,……,促进交通领域绿色化、电气化和智能化。力争到 2030年,动力电池、驱动电机、车用操作系统等关键技术取得重大突破,新能源汽车安全水平全面提升,……。”

笔者简析: 近些年来,积极推进汽车(含商用车)动力能源实现新能源化、清洁化、多元化,已成为国家战略。但,上述一系列政策和规划,在谈到汽车动力总成的能源技术路线时,除了与乘用车动力总成的共性部分,其他的几乎仅针对商用车。

国家考量,在方便的领域和地区,新增商用车的动力总成之能源应尽可能地实现新能源化、清洁化,包括采用纯电动、燃气、氢燃料、甲醇及其他清洁燃料,以替代传统能源(汽、柴油),例如:“推动城市公共交通工具和城市物流配送车辆全部实现电动化、新能源化和清洁化”;“港口和机场服务、城市物流配送、邮政快递等领域要优先使用新能源或清洁能源汽车”;“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”;“在张家口等城市推进城际客运、重型货车、冷链物流车等开展氢燃料电池汽车试点应用”;“提高城市公交、出租、物流、环卫清扫等车辆使用新能源汽车的比例”;“结合道路运输行业发展特点,重点推进氢燃料电池中重型车辆应用,有序拓展氢燃料电池等新能源客、货汽车市场应用空间”;等等。

2 商用车内燃机动力总成及其关键零部件:鼓励资源丰富地区发展替代燃料,促进车用能源多元化;重点攻克高压共轨喷射系统、高性价比混动总成、高效尾气处理装置等商用车节能环保技术

近10年来,虽然新能源汽车、智能网联汽车成为了汽车行业的2大热点,但对传统汽车尤其是传统汽车动力总成(即内燃机动力总成)的改造和提升仍然是汽车工业的一大重点。从国家到企业,从企业到国家,均是如此。而有关未来我国传统汽车及传统汽车动力总成(即内燃机动力总成)的发展,不论汽车行业还是道路运输等行业的政策法规,大都会涉及到,而且还不少,并重点指向柴油机(传统能源商用车的主要动力)。主要有以下几个:

◇2021年7月26日,在工信部装备工业二司指导下,中国内燃机工业协会组织编制和发布的《内燃机产业高质量发展规划(2021-2035)》在“一、我国内燃机产业发展背景及技术要求”之“(四)新一代内燃机技术发展方向与需求”中指出:“高效、低碳、近零排放是内燃机发展的趋势和要求。”在“四、重点任务”之“(五)推动新一代低碳和碳中和燃料高效清洁应用”中指出:“燃料多元化、零碳排放是未来的重要趋势之一,也是人类实现可持续发展的必经之路。”

2.1 商用车内燃机动力总成能源结构:促进能源多元化、清洁化,鼓励资源丰富地区发展替代燃料,推动醇、醚、氨、氢为代表的可再生燃料和生物燃料的生产和推广应用

◇2017年4月6日,工信部、发改委、科技部联合印发的《汽车产业中长期发展规划(2017—2025)》在“三、重点任务”之“(三)突破重点领域,引领产业转型升级”之“3.节能汽车”中提出:“推动先进燃油汽车、混合动力汽车和替代燃料汽车研发,……。”“鼓励天然气、生物质等资源丰富的地区发展替代燃料汽车,允许汽车出厂时标称油气两用,开展试点和推广应用,促进车用能源多元化发展。”

◇2021年7月26日,在工信部装备工业二司指导下,中国内燃机工业协会组织编制和发布的《内燃机产业高质量发展规划(2021-2035)》在“四、重点任务”之“(五)推动新一代低碳和碳中和燃料高效清洁应用”中指出:“因地制宜发展低碳和碳中和石油替代燃料将助推我国实现碳中和并缓解我国能源依赖的现状,保障国家能源安全,实现内燃机燃料多元化和低碳化发展。”并提出:“2025年,在部分地区推广应用醇醚代用燃料(甲醇、乙醇、二甲酥等)、混合燃料和生物燃料(生物柴油、生物乙醇),低碳与碳中和燃料替代率达到5%以上。开展氨、氢等可再生燃料发动机关键技术研究,开发新一代天然气和甲醇燃料发动机技术,低碳与碳中和燃料发动机有效热效率达到45%以上。”“2030年,低碳和碳中和燃料的市场推广应用,推动醇、醚、氨、氢为代表的可再生燃料和生物燃料的生产和推广应用,低碳与碳中和燃料替代率达到10%以上。”“2035年,实现可再生合成燃料、生物燃料和氢等碳中和燃料规模化应用,为推动碳中和燃料应用、实现内燃机碳中和奠定基础。实现满足我国能源需求和区域能源结构的替代燃料产业发展和布局,低碳与碳中和燃料替代率达到20%以上。”

◇2021年10月24日,国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》在“行动之一:能源绿色低碳转型行动”提出:“合理调控油气消费。保持石油消费处于合理区间,逐步调整汽油消费规模,大力推进先进生物液体燃料、……等替代传统燃油,……。……。有序引导天然气消费,……,大力推动天然气与多种能源融合发展,……。”

◇2021年10月29日,交 通 运 输部印发的《绿色交通“十四五”发展规划》在“二、总体要求”之“(三)发展目标”中提出:“营运车辆及船舶能耗和碳排放强度进一步下降,新能源和清洁能源应用比例显著提升。”

该《规划》在“三、主要任务”之“(五)坚持创新驱动,强化绿色交通科技支撑”中提出:“支持新能源运输装备和设施设备、氢燃料动力车辆及船舶、LNG和生物质燃料船舶等应用研究。”(注:此处的“氢燃料动力车辆”,在此不妨理解为:即包括氢燃料电池,也包括氢气内燃机。——笔者)

◇2021年11月15日,工信部发布的《“十四五”工业绿色发展规划》在“三、主要任务”之“(六)引导产品供给绿色化转型”(专栏7 绿色产品和节能环保装备供给工程)中提出:“大力发展和推广新能源汽车,促进甲醇汽车等替代燃料汽车推广。……。”(只是方向性的提出——笔者注。)

图2-1 《内燃机产业高质量发展规划(2021-2035)》在“(二)构建高质量发展关键零部件体系”之“先进电控燃料喷射系统”中提出:“重点突破天然气、氢和甲醇燃料喷射系统关键零部件的设计、制造、测试及控制技术,实现设计、生产、标定和制造核心技术自主化和产业化。”其中包括:“开发满足氢气预混及稀薄燃烧的具有大流量、高响应、高可靠的氢气缸内喷射系统,2025年喷射压力突破3 MPa、2030年突破30 MPa。”然而现实可能超过《规划》预期。近1年来我国商用车行业推出了多款零排放的氢气内燃机及氢气内燃机卡车。图为2022年6月15日,中国重汽、潍柴动力联合发布的全国首台商业化氢内燃机重卡,该车搭载潍柴动力自主开发的13 L氢内燃机,可商业化应用于港口、城市、电厂、钢厂、工业园区等特殊运输工作场景

2.2 商用车内燃机动力总成之关键零部件及节能与环保技术:优先发展发动机电控系统等核心关键零部件;重点攻克高压共轨喷射系统、高性价比混合动力总成、高效尾气处理装置等商用车节能环保技术

◇2017年4月6日,工信部、发改委、科技部联合印发的《汽车产业中长期发展规划(2017—2025)》在“三、重点任务”之“(二)强化基础能力,贯通产业链条体系”之“1.夯实零部件配套体系”中提出:“依托工业强基工程,集中优势资源优先发展自动变速器、发动机电控系统等核心关键零部件,重点突破通用化、模块化等瓶颈问题。”

该《规划》在“三、重点任务”之“(三)突破重点领域,引领产业转型升级”之“3.节能汽车”中提出:“加大汽车节能环保技术的研发和推广。推动先进燃油汽车、混合动力汽车和替代燃料汽车研发,突破整车轻量化、混合动力、高效内燃机、先进变速器、怠速启停、先进电子电器、空气动力学优化、尾气处理装置等关键技术。不断提高汽车燃料消耗量、环保达标要求,加强对中重型商用车节能减排的市场监管。”紧接着在其:“专栏5 先进节能环保汽车技术提升工程”中提出:“依托现有资金渠道,按规定建立联合攻关平台,重点攻克……高压共轨喷射系统、高性价比混合动力总成、高效尾气处理装置等商用车节能环保技术。”

◇2019年9月14日,中共中央、国务院印发的《交通强国建设纲要》在“七、绿色发展节约集约、低碳环保”之“(二)强化节能减排和污染防治”中提出:“促进公路货运节能减排。”“打好柴油货车污染治理攻坚战,统筹油、路、车治理,有效防治公路运输大气污染。严格执行国家和地方污染物控制标准及船舶排放区要求。”

◇2021年7月26日,在工信部装备工业二司指导下,中国内燃机工业协会组织编制和发布的《内燃机产业高质量发展规划(2021-2035)》在“三、规划目标”之“3.提高绿色发展质量”中提出:“2025年全行业内燃机热效率和有害排放达到国际先进水平,力争2028年前内燃机产业实现碳达峰,2030年内燃机有效热效率与2020年相比提升10%~30%,内燃机动力系统能耗或碳排放降低30%~50%,有害污染物相对国Ⅵ(b)降低50%~90%,实现近零污染物排放;2035年碳中和燃料规模化应用,内燃机产业碳排放较碳峰值降低 20%以上,2050年内燃机产业实现碳中和。”

图2-2 《汽车产业中长期发展规划(2017—2025)》在“专栏5 先进节能环保汽车技术提升工程”中提出:“依托现有资金渠道,按规定建立联合攻关平台,重点攻克……高压共轨喷射系统、高性价比混合动力总成、高效尾气处理装置等商用车节能环保技术

该《规划》在“四、重点任务”之“(一)加强基础理论研究和共性技术研究,实施内燃动力创新工程”之“3、产业链协同,突破关键核心技术”中提出:“……,开展以突破关键技术为目标的创新研究,突破新一代内燃机高强化、均匀化燃烧和变革性燃烧技术、碳中和内燃机技术、燃料与发动机协同技术、新型可变热力循环技术、轻量化技术、高强度结构和整机NVH、新型材料与新工艺、低磨擦与电气化新技术、排气热管理与余热能利用技术、高可靠性技术、测试诊断和传感技术、智能控制技术以及RDE污染物排放控制技术和OBD技术、智能制造技术等关键核心技术,加强创新成果转化,显著提升我国内燃机自主创新能力和产品的国际竞争力。”

该《规划》在“四、重点任务”之“(二)构建高质量发展关键零部件体系”中提出:“部分高性能关键零部件对国外技术的依赖是制约我国内燃机产业强国的瓶颈问题,面对突发的疫情对全球政治、经济和产业结构可能造成的影响,内燃机产业关键零部件对国外的依赖的局面必须改变。要进一步夯实关键零部件技术基础,……,研发高性能关键部件和关键零部件,提高自主关键零部件竞争力。”包括:“

1)先进电控燃料喷射系统:

(1)柴油机电控超高压喷射共轨燃油系统。重点突破共轨系统核心关键零部件制造技术;开发可变喷油速率控制、高速高动态响应喷油控制、多次喷射“近零”间隔控制技术等先进系统集成与智能化控制技术;……,实现高压喷射共轨燃油系统设计、生产和制造技术自主化和产业 化。2025年 喷 射压力达到 250 MPa;2030年达到300 MPa,具有高响应、高精度、低循环油量变动、多次喷射等先进工作性能。

(2)汽油机缸内燃油直喷系统。……,建立高压喷射供油系统关键组件和控制系统自主开发能力;开发与先进燃烧技术适应的高喷射压力、可变多次喷射策略高性能燃油喷射系统,……。2025 年喷射压力突破60 MPa;2030年突破100 MPa。

(3)多种燃料喷射系统。……。重点突破天然气、氢和甲醇燃料喷射系统关键零部件的设计、制造、测试及控制技术,实现设计、生产、标定和制造核心技术自主化和产业化。A.开发满足天然气扩散燃烧的具有高压力、高响应、高精度及高替代率的天然气高压喷射系统,2025年喷射压力突破30 MPa、2030年突破 50 MPa;B.开发满足氢气预混及稀薄燃烧的具有大流量、高响应、高可靠的氢气缸内喷射系统,2025年喷射压力突破3 MPa、2030年突破30 MPa;C.开发满足当量燃烧和稀薄燃烧的具有高压力、大流量、高响应、高可靠、适应低温启动的甲醇缸内喷射系统,2025 年喷射压力突破 60 MPa、2030 年突破100 MPa。

2)自主智能控制器:

加强内燃机电子器件的建设,包括微处理器、逻辑模块等专业集成芯片,开发各类先进传感器,包括燃烧反馈控制传感器、气体组份传感器等各类新型高灵敏度传等器,夯实内燃机智能控制器硬件基础。……。2025年,自主智能控制器达到国际先进;2030年达到国际领先;2035年,内燃动力控制实现高度智能化,软硬件整体水平达到国际领先。

3)先进涡轮增压系统:

发展高性能涡轮增压技术,重点是组织开展增压器先进气动与结构设计、多级可调增压、机电复合涡轮增压、先进测量与智能控制等关键技术攻关。

(1)柴油机增压技术。2025年,突破压比≥4.5、最高效率≥55%的两级可调增压、可变几何增压、双通道涡轮等关键技术,大幅提高涡轮增压器性能与可靠性。……。2030年,突破超高压离心压气机、高效低惯量混流涡轮等关键部件技术,实现机电复合增压、高性能动力涡轮、废气能量回收与内燃机空气管理技术的应用。2035 年,突破涡轮增压与柴油机空气管理系统与智能控制技术,支撑柴油机实现60%以上热效率目标。

(2)汽油机增压技术。2025 年,完成电动增压、两级增压关键技术开发,推动汽油机增压技术快速发展。开发面向混合动力的涡轮增压关键技术,满足发动机更严格排放与经济性要求。2030年,突破高可靠性超高转速空气轴承、精密铸造等关键共性技术,形成先进增压技术关重件与系统完全自主研发能力。2035年,完成涡轮增压与汽油机空气管理系统监测与智能控制技术,支撑汽油机实现55%以上热效率目标。

4)高效、低成本、长寿命的后处理系统:

加快研发高效后处理系统,包括柴油机微粒过滤器(DPF)、汽油机微粒过滤器(GPF)、选择性催化还原NOx后处理(SCR)、稀燃吸附式NOx后处理(LNT)、低温被动NOx吸附后处理(PNA)和高效三效催化后处理(TWC)。

加强对后处理系统载体的研发与生产,研制高效、长寿命的新型催化剂技术、低温高效催化剂、贵金属替代新型催化剂技术;开展催化剂制备工艺与涂覆工艺,排气高均匀性催化器封装等关键技术研究;开展高精度、高可靠性后处理系统集成控制技术研究,形成载体、催化剂、封装、消声、控制、匹配等自主核心技术与工艺,突破发动机与后处理系统耦合匹配等短板,形成自主核心技术。2025 年实现自主可控,2030年实现完全自主开发,达到国际先进水平,2035年达到国际领先水平。”

◇2021年10月24日,国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》在“行动之一:能源绿色低碳转型行动”提出:“合理调控油气消费。……,提升终端燃油产品能效。……。”

◇2021年10月29日,交 通 运 输部印发的《绿色交通“十四五”发展规划》在“二、总体要求”之“(三)发展目标”中提出:“到2025年,营运车辆单位运输周转量CO2排放较2020年下降率5%。”在“三、主要任务”之“(四)坚持标本兼治,推进交通污染深度治理”中提出:“深入推进在用车辆污染治理。推动全面实施汽车排放检验与维护制度(I/M制度),加快建立超标排放汽车闭环管理联防联控机制,强化在用汽车排放检验与维修治理。”在“三、主要任务”之“(五)坚持创新驱动,强化绿色交通科技支撑”中提出:“在污染防治方面,配合制修订港口、营运车船、服务区、汽车维修等设施设备污水、废气排放限值等标准;……。”

◇2021年11月2日,交通运输部印发的《综合运输服务“十四五”发展规划》在主要任务之六“(六)打造清洁低碳的绿色运输服务体系”之“大力发展清洁化运输装备”中提出:“打好柴油货车污染治理攻坚战,鼓励各地采取经济补偿、限制使用、加强监管执法等措施,推进高排放营运车辆更新淘汰。”

◇2021年11月2日,中共 中 央、国务院《关于深入打好污染防治攻坚战的意见》(2021年11月7日公布)在“三、深入打好蓝天保卫战”之“(十三)持续打好柴油货车污染治理攻坚战”中提出:“持续打好柴油货车污染治理攻坚战。深入实施清洁柴油车(机)行动,全国基本淘汰≤国Ⅲ排放标准汽车,……。”“实施更加严格的车用汽油质量标准。”

◇2022年1月24日,国务院印发的《“十四五”节能减排综合工作方案》在“三、实施节能减排重点工程”之“(四)交通物流节能减排工程。”中再次重申:“全面实施汽车国Ⅵ排放标准和非道路移动柴油机械国Ⅳ排放标准,基本淘汰国Ⅲ及以下排放标准汽车。”“深入实施清洁柴油机行动,鼓励重型柴油货车更新替代。实施汽车排放检验与维护制度,加强机动车排放召回管理。”

◇2022年6月24日公开的交通运输部等5部门《贯彻落实〈中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见〉的实施意见》在“四、推广节能低碳型交通工具”之“(八)提高燃油车船能效标准”中提出:“制修订适应碳达峰碳中和要求的营运车辆能耗限值准入标准,健全营运车辆能效标识,……,引导行业选择和使用高能效车船。加快老旧运输工具更新改造,提升交通运输装备能源利用水平。”

图2-3 《内燃机产业高质量发展规划(2021-2035)》提出:“2030年,柴油机新产品……,达到近零污染物排放要求”,这是一个非常鼓舞人心的目标。于此,我国还没取得明显进展;而欧美商用车及发动机企业早些年即开始探究内燃机“零排放”技术路线。其中,康明斯作为领先企业之一,自2015年以来不断介绍和展示其“准零排放”(Near Zero)天然气发动机技术和产品。图为2021年3月8日,康明斯与康明斯西港宣布推出的接近零排放的6缸ISX12N天然气发动机,该发动机额定功率400 PS、转矩1 966 Nm,可以100%使用CNG、LNG或RNG(可再生天然气);与目前的EPA标准相比,可使NOx排放量减少90%(至0.02 g/bhp-hr);当使用RNG时该系统碳指数为中性至负值,即温室气体净排放量≤0

2.3 开发高效、低碳和“近零排放”的新一代车用柴/汽油机,2035年普遍应用

◇2021年7月26日,在工信部装备工业二司指导下,中国内燃机工业协会组织编制和发布的《内燃机产业高质量发展规划(2021-2035)》在“四、重点任务”之“(三)高效、低碳和近零排放新一代柴油机”中提出:“针对不同应用领域,……,以企业为主体,通过技术链和产业链创新联盟,通过政产学研研发新一代高效、低碳和清洁柴油机新产品。”紧接着在“1.车用柴油机”中提出:“

(1)2025年,开发的柴油机产品按排量有效热效率分别达到50%~55%,商用车油耗满足第4阶段油耗法规,有害排放满足国Ⅵb要求,B10寿命达到180万km。关键技术得到突破,整机爆发压力达到25 MPa以上,自主高压共轨燃油系统、高效涡轮增压和后处理系统得到应用。重点完成新一代高性能基础机型换代产品开发,开发满足排放法规的高智能柴油机,发展新型复合循环发动机、新型混合动力发动机等先进柴油机动力系统。

(2)2030年,柴油机新产品有效热效率达到55%~57%,商用车整车能源利用率较2020年提高30%~50%,有害排放满足更加严格排放法规的要求,达到近零污染物排放要求。在整机和关键核心零部件、新型复合循环发动机、新型混合动力发动机、智能内燃机系统形成系统性创新,产品技术水平达到国际领先水平。自主智能高压共轨燃油系统、先进涡轮增压器和高效后处理等关键零部件、关键技术取得突破得到成熟应用。商用车智能柴油机产品和高效混合动力系统广泛应用。

(3)2035年,颠覆性技术获得重大大突破,开发的新产品有效热效率进一步提高,综合有效热效率达到60%以以上,柴油机技术和产品达到国际引领水平。高效、低碳和超近零有害排方放发动机普遍应用,低碳和碳中和燃料在柴油机规模化推广应用,商用车柴油机碳排放大幅度降低。”

该《规划》在“四、重点任务”之“(四)高效、低碳和近零排放新一代汽油机及动力系统”之“1、新一代高效近零排放车用汽油机动力系统”中提出:

“以不断提升发动机和整车的能源利用效率、满足不断严格的油耗和CO2法规以及“近零排放”为目标,以“三纵”(汽油动力、混动动力、增程动力),“四横”(创新燃烧技术、智能发动机、关键零部件、燃料与润滑油革命)为战略,以低碳化、电气化、智能化和清洁化为手段,开展新一代汽油及其动力系统开发和创新研究,……,使我国车用汽油动力系统达到国际领先水平,实现跨越式发展。

聚焦汽油动力燃烧方式创新,在超稀薄燃烧技术、新型点火技术、高压缩比技术、均质压燃(HCCI)技术等取得突破,开发新一代高效、低碳、清洁汽油发动机。发展基于汽车智能化、网联化的新一代汽油动力的先进智能控制技术,实现发动机的实时优化控制和运行;汽油动力系统运行与大数据、智能网联、无人驾驶、高精地图、智慧大交通节能等相匹配,实现新一代汽油动力系统的智能化,进一步提高动力系统效率。

2025年,新一代汽油动力/汽油混动/汽油增程的有效热效率为45%~47%,整车油耗达到4 L/100 km,有害排放满足国Ⅵb(RDE)标准;……。发动机整机及其动力系统技术接近国际先进水平;……。

2030年,新一代汽油动力/汽油混动/汽油增程的有效热效率为50%~52%,整车油耗达到3.2 L/100 km,有害排放满足更加严格排放法规的要求;……;发动机整机及其动力系统技术达到国际先进水平。

2035年,新一代汽油动力/汽油混动/汽油增程中应用具有我国自主的原创性颠覆性创新技术的知识产权,有效热效率为55%~57%;……;发动机整机及其动力系统技术达到国际先进水平。”

笔者简析1:节能与减排是一对孪生兄弟,既相互关联又各不相同,在政策法规上既经常一起提出,又分别提出相应要求。从国家政策及规划的重点来看,汽车工业未来发展的着重点仍是减排和提高能效,实现能源的清洁化、电动化(新能源化),以及整车的轻量化、智能化等趋势,且都是主要围绕这2大主题。

通过上述政策和规划,我们也可以看出,传统汽车工业(即内燃机汽车工业)尽管受到新能源汽车工业的严峻挑战,但不会轻易退出历史舞台,而会通过持续顽强的努力——实现“清洁化”和“近零排放”,不仅维护自己的传统优势——在长途、重载、非道路等领域,而且还会向新能源汽车主动发起挑战。

笔者简析2:上述《规划》提出:“2030年,柴油机新产品……,达到近零污染物排放要求。”这一目标是一件非常鼓舞人心的事情,也是上述规划的最大的亮点之一。

2015年康明斯西港宣布其ISLG天然气发动机的NOx排放已经有能力接近零排放标准,且已得到美国环境保护署和加州空气资源委员会的认证,便给以燃烧燃气/柴油/汽油/的内燃机工业带来了“续命”和“重生”的希望。之后,2016年康明斯又在中国展示了其新一代“准零排放”(Near Zero)天然气发动机技术(ISL G Near Zero),该机型可以满足加州最严苛的排放法规。2021年3月8日,康明斯与康明斯西港又推出由接近零排放的ISX12N天然气发动机(如图)+伊顿康明斯生产的赢动Endurant HD N 12挡自动变速器组成的一体化产品。据介绍,与Endurant HD N搭配使用时,6缸ISX12N天然气发动机额定功率400 PS、转矩1 966 Nm,可以100%使用CNG、LNG或RNG(可再生天然气);与目前的EPA标准相比,可使NOx排放量减少90%(至0.02 g/bhp-hr);当使用RNG时该系统碳指数为中性至负值,即温室气体净排放量≤0。

从我国汽车产业近几个阶段主要污染物的减排进程,也可以看出我国内燃机汽车工业的“被逼梁山”和发愤图强。(1)国Ⅴ相比国Ⅳ:NOx排放,轻型汽车降低25%,重型汽车降低43%。(2)国Ⅵ相比国Ⅴ:轻型汽油车主要污染物(CO、碳氢、非甲烷总烃和NOx)排放降低50%左右,颗粒物降低40%左右;重型柴油车NOx和颗粒物降低60%以上;(3)国Ⅶ比国Ⅵ:按照之前进度(每提高一级,单车总污染物减少30%~50%),还会大幅降低,会降到国Ⅰ标准的百分之几,“近零排放”内燃机指日可待!(注:此处的轻、重型是以汽车总质量3.5 t为界。)

笔者简析3:作为内燃机工业的革命性成果和保留内燃机的新能源汽车,可以实现污染“零排放”的氢气内燃机已开始崭露头角、有望走上历史舞台,给全球内燃机汽车工业“重现光明”带来更大希望。

首先,从国外来看,据报道,福特汽车早在1997年就启动了氢内燃机开发工作,并于2006年量产V-10氢内燃机。2005年宝马发布了12缸6 L氢气-汽油双燃料内燃机,并于2007年推出接近量产的Hydrogen 7氢气内燃机汽车。2021年6月,达夫(DAF)推出H2 innovation卡车。2021年12月,丰田发布搭载1.6 L氢发动机的GR Yaris H2汽车并拟2025年量产。另悉,目前欧洲几乎所有的主流商用车主机厂都在关注或者已经开始了氢气内燃机的可行性研究,并成立了包括主机厂、关键零部件等22家企业的氢气发动机联盟。

其次,从国内来看,据悉,我国氢内燃机研究始于20世纪80年代。近期不到1年内即有多家商用车及发动机企业“集中”推出氢气内燃机及其重卡产品。例如:(1)2021年12月21日,玉柴机器在北京理工大学正式发布玉柴首台商用车氢内燃机YCK05;(2)2022年5月9日,康明斯在加利福尼亚举办的ACT Expo展会上展示了其最新的15 L氢内燃机;(3)2022年6月8日,一汽解放自主研发的国内首款重型商用车缸内直喷氢气发动机(13 L,运转功率超500 PS,指示热效率突破55%)成功点火并稳定运行;(4)2022年6月15日,中国重汽、潍柴动力联合发布全国首台商业化氢内燃机重卡,该车型为中国重汽全新黄河品牌,可商业化应用于港口、城市、电厂、钢厂、工业园区等特殊运输工作场景,该车型搭载潍柴动力自主开发的13 L氢内燃机,据悉潍柴动力自2018年起开始布局氢内燃机技术;(5)2022年3月28日,东风商用车和清华大学联合开发的车用重型氨柴发动机成功点火(混合燃料,笔者注),该机型依托东风13 L龙擎动力总成平台。专家认为,氨(NH3)可视作氢能载体;同氢相比,其储存和运输更加方便、安全且更经济。

然而从已经出台的涉及未来5年、8年甚至更长时期产业发展的国家政策及规划来看,极少涉及到氢气内燃机和氢气内燃机汽车发展的研发应用,这实在是一种不足,其前瞻性显得有些不足。例如,只有:(1)2021年7月26日发布的《内燃机产业高质量发展规划(2021-2035)》在“(3)多种燃料喷射系统”中提到:“重点突破天然气、氢和甲醇燃料喷射系统关键零部件的设计、制造、测试及控制技术,实现设计、生产、标定和制造核心技术自主化和产业化。”“开发满足氢气预混及稀薄燃烧的具有大流量、高响应、高可靠的氢气缸内喷射系统,2025年喷射压力突破3 MPa、2030年突破30 MPa。”(2)2021年10月29日印发的《绿色交通“十四五”发展规划》在“三、主要任务”之“(五)坚持创新驱动,强化绿色交通科技支撑”中提出:“支持新能源运输装备和设施设备、氢燃料动力车辆及船舶、LNG和生物质燃料船舶等应用研究。”(注:此处的“氢燃料动力车辆”,不妨理解为:即包括氢燃料电池,也包括氢气内燃机。——笔者)

而国家出台的《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,仅寄望氢燃料电池汽车成为新能源汽车发展的最佳路径之一。因为,该《规划》在“(一)有序推进交通领域示范应用”中,仅提到了“氢燃料电池”和“燃料电池电动汽车”的开发应用,而没有涉及目前初见端倪的“氢气内燃机”和“氢气内燃机汽车”(零排放)的开发利用。

总之,不论是未来有希望实现“近零排放”的柴油内燃机、汽油内燃机、燃气内燃机、甲醇内燃机,还是已经实现“零排放”的氢气内燃机,两者均具有一定的产业发展基础;两者叠加在一起,内燃机工业和传统汽车工业完全可以直接面对新能源汽车(含纯电、氢燃料电池及混动)的挑战和竞争,也必将再次重塑全球汽车工业——这个时代或许在2030—2035年。届时,在推广应用中,国家也就没必要再从环保、能效角度“厚此薄彼”了,而应完全交给市场选择。

图3-1 《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》提出:“以动力电池与管理系统、驱动电机与电力电子、网联化与智能化技术为‘三横’,构建关键零部件技术供给体系。”

3 新能源汽车动力总成之关键零部件:掌握驱动电机及控制系统、机电耦合装置、增程式发动机等关键技术,支持动力电池、燃料电池全产业链技术攻关

新能源汽车(主要包括纯电、氢电、混动)是我国近10年来汽车工业发展的重点方向,是汽车行业最热门的话题。我国近年出台的涉及未来汽车行业、道路运输行业及部分特殊应用领域未来发展的政策和规划,仍大都涉及到了新能源汽车、新能源技术路线及关键零部件的开发和应用,而且不断向纵深领域拓展和“加码”。除了上面谈到的宏观政策,有关新能源汽车动力总成之关键零部件发展的政策及规划主要有:

◇2017年4月6日,工信部、发改委、科技部联合印发的《汽车产业中长期发展规划(2017—2025年)》在“三、重点任务”之“(二)强化基础能力,贯通产业链条体系”一节中的“专栏2 关键零部件重点突破工程”中提出:“针对产业短板,支持优势企业开展政产学研用联合攻关,重点突破动力电池、车用传感器、车载芯片、电控系统、轻量化材料等工程化、产业化瓶颈,鼓励发展模块化供货等先进模式以及高附加值、知识密集型等高端零部件。”

该《规划》在“三、重点任务”之“(三)突破重点领域,引领产业转型升级”之“1.新能源汽车”中提出:“加快新能源汽车技术研发及产业化。利用企业投入、……统筹组织企业、……等协同攻关,重点围绕动力电池与电池管理系统、电机驱动与电力电子总成、电动汽车智能化技术、燃料电池动力系统、插电/增程式混合动力系统和纯电动力系统等6个创新链进行任务部署。”“实施动力电池升级工程。充分发挥动力电池创新中心和动力电池产业创新联盟等平台作用,开展动力电池关键材料、单体电池、电池管理系统等技术联合攻关,加快实现动力电池革命性突破。”

紧接着在其“专栏3 新能源汽车研发和推广应用工程”中提出:“掌握驱动电机及控制系统、机电耦合装置、增程式发动机等关键技术,支持动力电池、燃料电池全产业链技术攻关,实现革命性突破,大幅提升新能源汽车整车集成控制水平和正向开发能力,……。建设便利、高效、适度超前的充电网络体系,……。到2020年,……动力电池单体比能量达到300 Wh/kg以上,力争实现350 Wh/kg,系统比能量力争达到260 Wh/kg、成本降至1元/Wh时以下。到2025年,……动力电池系统比能量达到350 Wh/kg。”

◇2020年10月20日,国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》在“第三章 提高技术创新能力”之“第一节深化“三纵三横”研发布局”之“强化整车集成技术创新”中提出:“以纯电动汽车、插电式混合动力(含增程式)汽车、燃料电池汽车为‘三纵’,布局整车技术创新链。研发新一代模块化高性能整车平台,攻关纯电动汽车底盘一体化设计、多能源动力系统集成技术,突破整车智能能量管理控制、轻量化、低摩阻等共性节能技术,提升电池管理、充电连接、结构设计等安全技术水平,提高新能源汽车整车综合性能。”在“提升产业基础能力”中提出:“以动力电池与管理系统、驱动电机与电力电子、网联化与智能化技术为‘三横’,构建关键零部件技术供给体系。开展先进模块化动力电池与燃料电池系统技术攻关,探索新一代车用电机驱动系统解决方案,加强智能网联汽车关键零部件及系统开发,突破计算和控制基础平台技术、氢燃料电池汽车应用支撑技术等瓶颈,提升基础关键技术、先进基础工艺、基础核心零部件、关键基础材料等研发能力。”紧接着在“专栏1新能源汽车核心技术攻关工程”中提出:“实施电池技术突破行动。……。”“实施智能网联技术创新工程。……。”“实施新能源汽车基础技术提升工程。突破车规级芯片、车用操作系统、新型电子电气架构、高效高密度驱动电机系统等关键技术和产品,攻克氢能储运、加氢站、车载储氢等氢燃料电池汽车应用支撑技术。……。”

◇2022年3月23日,国家发改委、国家能源局联合印发的《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》在“(一)持续提升关键核心技术水平”提出:“加快推进质子交换膜燃料电池技术创新,开发关键材料,提高主要性能指标和批量化生产能力,持续提升燃料电池可靠性、稳定性、耐久性。支持新型燃料电池等技术发展。着力推进核心零部件以及关键装备研发制造。”

笔者简析1:2009年至今13年来,我国新能源汽车包括电动汽车、燃料电池汽车、混动汽车在内,在国家政策的强力推动下,“由小到大”,获得了持续、深入发展;随着总体产销量及应用规模、应用范围的持续扩大,其整体技术、性能和质量水平也在明显提升,并可以基本满足特定行业(短途乘用车、短途商用车)、特定地域(城镇、局地)的需要(主要是纯电、氢电);但我国新能源汽车工业的基础毕竟薄弱,核心技术部件对性能和扩大应用的支撑还存在许多不足,甚至许多共性和个性的核心技术部件还有赖于国外。因此,未来我国新能源汽车工业发展,要达到当今传统汽车工业的质量与性能水平,真正实现“赶超”世界先进水平之预期,还有很多工作要做,其关键零部件及整车集成控制水平是为重要突破口。

图3-2 《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》提出:“支持新型燃料电池等技术发展。着力推进核心零部件以及关键装备研发制造”

笔者简析2:作为国家政策定义的新能源汽车3大技术路线之一,近些年混合动力汽车的发展好像进入比较尴尬的境地,已不像2009年开始的那些年 “热”了。不论是乘用车企业还是商用车企业推出的新能源汽车,近些年较少有推出混合动力车型的,推出的大都是纯电动车型或氢燃料电池车型,即使有推出的也大都作为一种储备或仅应用于少数场合。

从近些年发布的3个与其最相关的政策及规划——《汽车产业中长期发展规划(2017—2025年)》、《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》、《内燃机产业高质量发展规划(2021-2035)》也可以看出,它们提到“混合动力”(包括增程式等)的地方很少。

混合动力汽车怎么了?我国发展新能源汽车之初,由于很多路线都是在“摸着石头过河”,并可以用“百花齐放、百家争鸣”来形容;甚至有人提出把混合动力当作纯电动汽车的过渡车型,也有人把混合动力汽车作为延续内燃机生命的一个战略方向。但几年下来,纯电动汽车、燃料电池汽车逐渐处于上风,混合动力汽车则有被边缘化的趋势。

混合动力汽车(HEV,主要是油(气/甲醇)-电混合),作为内燃机汽车和纯电动汽车的嫁接产物,拥有两者各自的优势。混合动力汽车按照动力驱动车辆的路径,可分为串联式和并联式,而且每种还可以细分。其中,有一种被称为增程式的串联式混合动力汽车(下简称:“增程式”)被认为是最有发展空间的一种。

“增程式”相比纯电动汽车多了一套“内燃机+发电机系统”(增程器),而且都依靠电机驱动车辆行驶;其“增程式”也是相对纯电动汽车而言的。

“增程式”还可以分为2种:一种是纯自充电式,一种是外充电式(Plug-in Hybrid,可在晚上利用充电桩充电)+自充电式(内燃机给动力电池充电),其中后者又被认为最具有推广价值并已在部分公交、物流领域及部分乘用车上得到应用。

增程式串联混合动力汽车相比纯电动汽车,具有续驶里程大大增加的作用,相比内燃机汽车,可以实现减排(可利用外部充电,在行驶区域且内燃机不工作时)和降低噪声(当内燃机不工作时),但相比纯电动汽车和内燃机汽车的结构略微复杂一些,而且在内燃机热能→电能→机械能过程中存在更多的能耗损失。但,增程式混合动力汽车不仅可以短途行驶,而且可以像传统汽车一样进行长途行驶,这是目前的纯电动汽车和燃料电池汽车,都是无法与其攀比的。

图3-3 《汽车产业中长期发展规划(2017—2025年)》在“专栏3 新能源汽车研发和推广应用工程”中提出:“掌握驱动电机及控制系统、机电耦合装置、增程式发动机等关键技术。上图A为吉利商用车的甲醇增程动力链——由13 L甲醇发动机+高效增程器+电驱桥组成,下图B为中国重汽开发的串联式“油-电”混合动力总成

4 智能网联汽车之关键零部件:加快高级辅助驾驶技术、自动驾驶技术在营运车辆上推广使用;重点攻克环境感知、智能决策、协同控制等核心关键技术,促进传感器、车载终端、操作系统等研发与产业化应用

近年出台的涉及未来汽车行业、道路运输业以及部分特殊行业发展的政策和规划,在不同程度上提到了汽车智能化、车联网以及辅助驾驶系统、自动驾驶汽车及关键部件的开发和应用。涉及分量较多的有以下几个规划和政策:

◇2017年4月6日,工信部、发改委、科技部联合印发的《汽车产业中长期发展规划(2017—2025)》在“三、重点任务”之“(一)完善创新体系,增强自主发展动力”之“2.加强核心技术攻关”中提出:“引导创新主体协同攻关整车及零部件系统集成、动力总成、轻量化、先进汽车电子、自动驾驶系统、关键零部件模块化开发制造、核心芯片及车载操作系统等关键核心技术,增加基础、共性技术的有效供给。”

该《规划》在“三、重点任务”之“(三)突破重点领域,引领产业转型升级”之“2.智能网联汽车”中作出专门部署:“加大智能网联汽车关键技术攻关。充分发挥智能网联汽车联盟、汽车产业联合基金等作用,不断完善跨产业协同创新机制,重点攻克环境感知、智能决策、协同控制等核心关键技术,促进传感器、车载终端、操作系统等研发与产业化应用。研究确定我国智能网联汽车通信频率,出台相关协议标准,规范车辆与平台之间的数据交互格式与协议,制定车载智能设备与车辆间的接口、车辆网络安全等相关技术标准。促进智能汽车与周围环境和设施的泛在互联,……。”紧接着在其“专栏4 智能网联汽车推进工程”中提出:“推进智能网联汽车技术创新,着力推动关键零部件研发,重点支持传感器、控制芯片、北斗高精度定位、车载终端、操作系统等核心技术研发及产业化。”“到2020年,汽车DA(驾驶辅助)、PA(部分自动驾驶)、CA(有条件自动驾驶)系统新车装配率超过50%,网联式驾驶辅助系统装配率达到10%,满足智慧交通城市建设需求。到2025年,汽车DA、PA、CA新车装配率达80%,其中PA、CA级新车装配率达25%,高度和完全自动驾驶汽车开始进入市场。”(注:该《规划》没有给出“智能网联汽车”的定义。)

◇2019年9月14日,中共中央、国务院印发的《交通强国建设纲要》在“三、交通装备先进适用、完备可控”之“(一)加强新型载运工具研发”中提出:“加强智能网联汽车(智能汽车、自动驾驶、车路协同)研发,形成自主可控完整的产业链。”在“四、运输服务便捷舒适、经济高效”之“(三)加速新业态新模式发展”中提出:“积极发展无人机(车)物流递送、城市地下物流配送等。”在“五、科技创新富有活力、智慧引领”之“(一)强化前沿关键科技研发”中提出:“瞄准新一代信息技术、人工智能、智能制造、新材料、新能源等世界科技前沿,加强对可能引发交通产业变革的前瞻性、颠覆性技术研究。”

◇2020年2月10日,国家发改委等11部门发布的《智能汽车创新发展战略(2020—2025)》在““二、总体要求”之“(三)战略愿景”中提出:“到 2025 年,……实现有条件自动驾驶的智能汽车达到规模化生产,实现高度自动驾驶的智能汽 车在特定环境下市场化应用。”(注:该《规划》给出的“智能汽车”定义为:“是指通过搭载先进传感器等装置,运用人工智能等新 技术,具有自动驾驶功能,逐步成为智能移动空间和应用终端的新 一代汽车。智能汽车通常又称为智能网联汽车、自动驾驶汽车等。”)

该《规划》在“二、总体要求”之“(二)构建跨界融合的智能汽车产业生态体系”之“4.增强产业核心竞争力”中提出:“推进车载高精度传感器、车规级芯片、智能操作系统、车载智能终端、智能计算平台等产品研发与产业化,建设智能汽车关键零部件产业集群。”

◇2021年11月2日,交通运输部印发的《综合运输服务“十四五”发展规划》在主要任务“(四)构建集约高效的货运与物流服务系统”之“推动专业化物流创新发展”中提出:“推动无人机(车)投递、智能配送、无接触寄递、即时直递等新模式发展。”

图4-1 《汽车产业中长期发展规划(2017—2025)》提出:加大智能网联汽车关键技术攻关;重点攻克环境感知、智能决策、协同控制等核心关键技术,促进传感器、车载终端、操作系统等研发与产业化应用

图4-2 2021年11月印发的《综合运输服务“十四五”发展规划》提出:“加快高级辅助驾驶技术、自动驾驶技术在营运车辆上推广使用,提升车辆主动安全性能。” 近年来,包括CWS、AEB、ACC、LDW、ESC、HSA等辅助驾驶系统(相当于L2级),已经在国产高端重卡以及高端大型客车上得到逐步应用和推广,自动驾驶商用车也在局部领域得到(试)应用。例如,上图A为中国重汽前几年实现量产的高级辅助驾驶公路半挂牵引车(相当于L2级),图B为近年在天津港投入试运行的中国重汽无人驾驶电动集装箱码头牵引车(相当于L4级),图C为近年在郑州市郑东新区公交1号线上试运行的宇通纯电动自动驾驶城市客车(公交车)

该《规划》在主要任务“(七)打造数字智能的智慧运输服务体系”之“提升数字监管服务水平”中提出:“以全国道路运政管理信息系统为基础,强化重点营运车辆联网联控、危险货物道路运输安全监管等信息系统的数据共享融合与质量提升。加快北斗系统在运输服务领域推广应用,修订道路运输车辆动态监督管理部门规章,推动技术升级改造。”

该《规划》在主要任务“(八)打造保障有力的安全应急服务体系”之“夯实安全生产基础”中提出:“研究构建车路协同安全体系,加强路网、车辆运行安全监测预警和出行引导。加快高级辅助驾驶技术、自动驾驶技术在营运车辆上推广使用,提升车辆主动安全性能。”

◇2022年1月24日,交 通 运 输部、科技部发布的《交通领域科技创新中长期发展规划纲要(2021—2035年)》在“四、主要任务”之“(三)推进运输服务与组织智能高效发展”之“加快智慧物流技术研发应用”中提出:“壮大供应链服务、冷链快递、高铁快运、双层集装箱运输、即时直递、无人机(车)物流递送等新业态新模式。”在“(三)推进运输服务与组织智能高效发展”之“加速新一代信息技术与交通运输融合”中提出:“促进道路自动驾驶技术研发与应用,突破融合感知、车路信息交互、高精度时空服务、智能计算平台、感知—决策—控制功能在线进化等技术,推动自动驾驶、辅助驾驶在道路货运、城市配送、城市公交的推广应用。”在“(五)推进一体化协同化的平安交通建设”之“加快路网风险智能协同管控技术研究”提出:“推动自动驾驶与非自动驾驶车辆混行系统安全智能管控技术研究,研制适应自动驾驶的交通安全设施。”

◇2022年7月21日,国务院安委办印发的《“十四五”全国道路交通安全规划》在“六、强化车辆本质安全和运行安全”之“(二)进一步提升重点车辆安全性能”中提出(选摘相关条款):推动客运车辆安装乘员不系安全带报警装置;推动重型货车严格按照相关标准装备车道偏离预警系统和车辆前向碰撞预警系统;推动在用重型货车安装右侧盲区消除预警装置等安全装置;客货运车辆推广应用智能视频监控报警技术;探索驾驶行为动态监测装置等辅助安全装置应用;研究在“两客一危”、货车等重点车型安装应用酒精锁。(注:该《规划》之“(二)进一步提升重点车辆安全性能”条款详见本文“商用车之安全系统”。)

图4-3 作为智能网联的典型案例,国内企业利用人工智能(AI)、大数据、高清视频和车联网等最新技术手段,对商用车进行智能化升级与改造,帮助行业用户解决普遍存在的安全隐患和低效率问题,已在国内公交、“两客一危”、出租&网约、渣土&环卫等领域成功大量应用。图为锐明技术基于人工智能视觉分析的渣土运输车车载终端解决方案(旗舰版)

笔者简析1:上述2个规划分别提到了“智能网联汽车”和“智能汽车”。从内涵来看,两者有区别、有联系,但前者的内涵更容易理解——包括了装备辅助驾驶系统的汽车和自动驾驶汽车2个级别。所以,我们不妨在此统称为“智能网联汽车”。

《汽车产业中长期发展规划(2017—2025)》提出了2020、2025年汽车DA(驾驶辅助)、PA(部分自动驾驶)、CA(有条件自动驾驶)系统新车装配率,以提升汽车的行驶安全性能。并提出“到2025年,高度和完全自动驾驶汽车开始进入市场。”这是很具体的目标。

近年来,包括前撞预警系统(CWS)、自动紧急制动系统(AEB)、自适应巡航控制系统(ACC)、车道偏离预警系统(LDW)、车身稳定性控制系统(ESC)、坡道起步辅助系统(HSA)等辅助驾驶系统(相当于L2级),已经在国产高端重卡(以公路牵引车为代表)乃至高端客车等大型营运车辆上逐步得到较多应用和推广;但国外重卡装备上述辅助驾驶系统的时间更早更普及,甚至早已成为标配。而自动驾驶汽车近年已经在国内部分港口(码头牵引列车)、矿区(矿用汽车)、公共交通(自动驾驶城市客车)等相对封闭领域得到少量应用。

而作为安装(智能)辅助驾驶系统的我国政策法规要求,近年重点体现在2022年7月21日国务院安委办印发的《“十四五”全国道路交通安全规划》上,这也算是我国政策法规在此方面的一大突破。

笔者简析2:汽车智能化、网联化的目的是什么?主要是为了提高便捷性、舒适性、安全性、运行效率,以及降低能耗和排放,例如发动机电控系统(智能)、自动变速器(智能)、许多L2级辅助驾驶系统(智能)、驾驶行为监控与警示系统(网联)等都是广受欢迎的历史性突破;但新增的智能、网联功能,绝不能存在损害行车安全的隐患,这是一条“红线”!目前来看,行业推广的绝大部分智能、网联功能,是有利于安全或者不影响安全的,但有的则存在安全风险,或者很不实用、成为鸡肋。

例如,近年来率先在部分乘用车上掀起的一股智能、网联热,在给车主带来部分功能提升的同时,也带来新的困扰,存在绝大多数用户不喜欢、不需要的过度智能、网联现象。例如:对于发动机自动启停系统,大量车主启动发动机后第一件事就是关掉这个功能,认为它就是个鸡肋,也不见得省油和减排(只是为了应付检测),而且对舒适性和发动机寿命存在不利影响;对于自适应巡航系统,作为辅助驾驶系统,大量车主反映在城市基本用不到,在公路上使用又存在易麻痹(对于侧方车辆)现象;对于融合大量娱乐与网联功能的超大智能LED显示器,许多车主反映许多功能难得一用,在夜间开启因亮度等问题对驾驶也存在安全风险;等等。所以,商用车作为生产资料和移动的家,生产企业和管理部门,对于各类智能、网联功能的开发应用,一定要做好充分的调查研究,不要生搬硬套,尤其在即将作为车辆标配及形成政策法规之前。

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