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节能汽车技术路线图官方解读

2016/11/21

当前我国正处于从汽车大国向汽车强国的战略转型期,识别支撑我国汽车产业未来十五年可持续发展的关键技术和共性技术联合研发需求,制定整体的技术路线图,对于引领我国汽车产业的技术创新和进一步推动创新资源的优化配置均具有重要意义。

在此背景下,为进一步推动汽车行业贯彻和落实《中国制造2025》,受工信部委托、中国汽车工程学会组织开展了《节能与新能源汽车技术路线图》重大课题研究工作。本项课题分为一项总体研究及七项子课题研究,其中,中国汽车工程研究院组织行业28家单位119名研究人员开展、完成了《节能汽车技术路线图》课题研究工作。

大力发展节能汽车的战略意义

大力发展节能汽车,是有力保障国家能源战略安全的重要举措。2015年我国石油净进口量高达3.28亿吨,石油对外依存度突破60%大关,国家能源战略安全问题日益严峻。在未来5-15年我国汽车工业仍将以传统汽车为主的格局下,推动传统汽车节能化发展可大幅减缓成品油消费增速,从而有力保障国家能源战略安全。

大力发展节能汽车,是有效减轻国家环境保护压力的必然手段。近年来,我国城市大气污染日趋严重,雾霾现象频频出现,引发政府和民众重点关注。为此,我国在巴黎气候大会中庄严承诺:“二氧化碳排放2030年左右达到峰值并争取尽早达峰,2030年单位GDP二氧化碳排放相比2005年下降60%-65%”。在此背景下,汽车工业节能减排已成必然,而传统汽车基数大、减排空间也较大,因此仍将是汽车工业支撑2030年巴黎气候大会承诺目标达成的“排头兵”。

大力发展节能汽车,是实施“中国制造2025”、支撑我国建设成为制造强国的重要途径。节能与新能源汽车是《中国制造2025》重点发展的十大领域之一,是汽车产业未来发展的主攻方向,因此必须大力推进传统汽车节能化发展,谋求核心技术重点突破,加快基础理论、产品技术、装备制造等各个环节的提升,促进自主创新能力比肩国际先进水平,从而鼎力支撑《中国制造2025》强国战略的顺利执行。

节能汽车发展面临的主要问题与制约因素

(一)产品能耗水平落后,核心技术受制于人。

整车层面,当前我国乘用车单车平均油耗高出欧洲、日本同类车型20%以上,商用车单车油耗水平普遍高于欧美同等车型10-15%。核心零部件层面,发动机电控系统、涡轮增压器、EGR阀、液力变矩器、高压共轨喷射系统等关键技术严重依赖外资品牌,长期缺乏自主话语权。

(二)基础研究不受重视,跨产业协同创新体系尚未建立。

基础研究投入大、周期长、见效慢等诸多因素导致我国自主品牌普遍对发动机燃烧理论等基础领域不够重视,进一步制约了发动机热效率等技术水平的大幅提升。而相较于国外建立的官-产-学-研协同创新体系,国内针对基础研究领域的跨产业协同创新体系仍处于起步阶段,无法充分集中优势资源,取得重点突破。

(三)自主研发能力薄弱,前瞻性技术研究相对空白。

由于我国自主品牌起步晚、历时短、规模小,导致技术积累尚显薄弱,无法实现大规模、持续性的研发投入,因此在HCCI稀薄燃烧、超高/可变压缩比、车辆队列、道路预见性系统等前瞻性技术方面及时开展充分的研究,进度明显滞后于国外。

(四)产业生态环境不利于商用车节能技术正常发育。

我国商用车节能的政策法规体系滞后于乘用车,当前产业生态也不利于商用车节能减排技术应用。“超载”等行业乱象屡见不鲜、愈演愈烈并形成“压价-超载-再压价-再超载”的恶性循环,整车在开发阶段被迫预留超载能力,整车轻量化等技术发育受到阻碍,水平难以提升。

推动节能汽车产业发展的战略目标 

1、产品能耗水平显著优化。

到2020年,当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至5.0L/100km,相比2015年载货汽车平均油耗降低15-20%,客车平均油耗降低25-30%;到2025年,当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至4.0L/100km,相比2015年载货汽车平均油耗降低30-35%,客车平均油耗降低35-40%;到2030年,当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至3.2L/100km,相比2015年载货汽车平均油耗降低35-45%,客车平均油耗降低40-50%,同步国际领先水平。

2、关键技术陆续突破。

到2020年,掌握混合动力、先进内燃机、高效变速器、汽车电子和轻量化材料等汽车节能关键核心技术;到2025年,提升动力电池、驱动电机、高效内燃机、先进变速器、轻量化材料、商用车混合动力技术等核心技术的工程化和产业化能力;到2030年,重点开展新型燃烧技术、先进排放技术、先进热力循环技术、智能驾驶辅助技术等前沿性节能技术的研究和逐步应用。

3、核心零部件配套能力大幅增强。

到2020年,对涡轮增压器、液力变矩器、高精度电磁阀、高性能电池及电机、48V系统、混合动力专用发动机、天然气专用发动机、高可靠性高压共轨系统等核心零部件开展重点攻关并取得突破。在2020年后,相关核心零部件实现大规模产业化并不断提升市场占有率,形成从关键零部件到整车的完整工业体系和配套体系。

4、形成具有中国特色的产业新生态。

从严整治公路“超载”、排放超标等违法现象,鼓励企业加快下一代动力总成、轻量化材料、先进结构工艺、替代燃料等新产品新技术的应用,逐步形成具有中国特色、可持续健康发展的产业发展新生态。

2015年,我国汽车产销量双双突破2400万辆,创全球历史新高,连续七年蝉联世界第一。但同时,我国汽车产业长期扎堆产业链的低端,技术密集程度不够高,研究资源无法有效集中,综合造成了我国汽车产业大而不强的局面。

推动节能汽车产业发展的重点领域

节能汽车是指以内燃机为主要动力系统,综合工况燃料消耗量优于下一阶段目标值的汽车。主要涵盖先进汽柴油汽车、替代燃料汽车、混合动力汽车等。围绕节能汽车,将主要在以下重点领域开展工作:

1、先进动力总成技术开发与优化。

在乘用车领域,逐步开展并掌握发动机高效燃烧的机理及基础控制理论,并在此基础上优化发动机结构;重点掌握发动机电控逻辑开发能力,实现自主设计、自主匹配、自主标定,从而提高发动机节能水平;同步发展VVT及VVL技术,研发出电动气门技术、全可变配气机构技术;不断提高发动机压缩比,将发动机压缩比提升至17:1-18:1,同时避免爆震;发展SCR、中冷EGR、GPF等技术,有效降低整车排放水平,满足各阶段的排放法规要求;同时逐步开发出9档及以上AT、8-9档DCT、350牛米的CVT等高效变速器技术,并基于中国道路的载荷谱研究和更新,不断改善发动机与变速器的匹配。在商用车领域,重点发展高压共轨、低速高扭的重型柴油机,结合电控附件优化改善发动机工作环境,在长途商用车中侧重发展小后桥速比;在中后期实现可变燃油喷射规律,并将喷射压力提高至2500bar以上,同步普及多档位自动变速器;后期重点突破朗肯循环技术。此外,应结合燃烧优化,同步发展SCR、EGR、ASR、DPF等后处理技术,满足各阶段排放法规要求。

2、高性能、高自主知识产权的混合动力技术。

持续优化现有混合动力系统结构,并不断开发出具备先进水平的构型;重点开发出阿特金森/米勒循环等专用发动机,并改善其燃烧水平;开发出行星齿轮、一体化专用变速器等,并持续提升专用动力耦合机构的传动效率。开发出具备完全自主知识产权的电机产品,到2020年,驱动电机功率密度达到4.0kW/kg,电机控制器功率密度达到17kW/L;到2025年,电机功率密度达到4.5kW/kg,控制器功率密度达到25kW/L;到2030年电机功率密度达到5.0kW/kg,控制器功率密度达到35kW/L;

到2020年,将功率型电池功率密度提高至180Wh/kg以上,电池寿命达到10年,电池成本降低10%,到2025年,电池成本降低20%,到2030年,电池成本降低30%。在2020年左右完全掌握包括发动机、电机、电池等在内的动力系统电控逻辑自主开发及优化能力。

3、具备国际先进水平的汽车电子电器技术。

在乘用车领域,掌握48V系统架构设计及集成技术,具备DCDC(直流转直流)、电池等关键零部件的研制能力;在中期重点研发出具备完全自主知识产权的制动能量回收系统,并持续提升回收效率;加快开展第三代智能启停技术的研发,实现在2020年左右的成熟应用;掌握外控变排量电动空调技术,有效降低空调能耗。同时,在2025年前陆续掌握智能发电机技术、掌握电源管理系统设计开发能力、实现EPS完全自主化生产、研发出稀土永磁微电机、具备自动充气的胎压监测系统设计制造能力,陆续掌握换挡提示、油耗改进助手、智能玻璃等循环外技术并实现批量化应用。在商用车领域,基于车联网基础,在2025年左右逐步研发并应用道路预见性系统、降低空载、智能调度、司机改善助手、车辆队列等技术,大幅提升车辆运行效率,降低车辆能耗损失。

4、系统、全面的低摩擦技术。

在低内阻方面,持续开展曲柄连杆系统的优化设计,同步实现曲柄连杆系统的轻量化,从而降低发动机运转过程中的摩擦损失;

在低粘度机油方面,近期重点开发出0W-20粘度级别的油品,开发GF-6节能汽油机油,后期实现规模化应用5W/0W-20低粘度GF-6机油。

在低滚阻方面,在近期重点研发出低滚阻轮胎,中期重点掌握低滚阻轮胎胎面结构及尺寸的优化设计能力,后期自主研发出高性能的轮胎橡胶材料;

在低风阻方面,逐步掌握整车低风阻外形设计及优化能力,持续降低车辆风阻系数,至2030年实现同等车型整车风阻系数平均降低10%以上。

5、替代燃料技术。

乘用车领域,在近期重点开发替代燃料专用发动机,同时应建立整套的替代燃料热力学开发体系,形成成熟的仿真技术、热力学试验能力;中后期与先进增压/直喷/进排气、米勒循环等结合,并实现高压缩比。同时针对替代燃料特性,重点发展精细化燃烧策略及标定技术。

商用车领域,应以发展天然气特别是LNG燃料为主,在中后期条件成熟的情况下,因地制宜发展二甲醚、生物燃油、甲醇/柴油等技术。

推动节能汽车产业发展的主要路径

(一)乘用车应坚持产品结构调整和技术优化并行发展。

应逐步推动混合动力、替代燃料等车型的规模化发展,至2030年将混合动力车型销量占比提升至25%,替代燃料车型销量占比提升至8%,紧凑型及以下乘用车销量占比达到70%左右。同时,采取动力总成升级优化、电子电器、低摩擦、轻量化等节能发展路径,将传统动力、混合动力、替代燃料车型的单车油耗分别降低至2030年的4.8L/100km、3.3L/100km、4.3L/100km,从而实现既定战略目标。

(二)商用车应在改善产业生态环境基础上,稳步实现既定节能减排目标。

通过加强联合执法、提高“超载”高速公路收费标准、严格后端运营监管等一系列动作,从严整治公路“超载”、排放超标等违法现象,有效改善产业生态环境。在此基础上,商用车重点开展动力总成升级优化、逐步发展混合动力、利用智能网联技术提升运行效率、优化空气动力学等实现各阶段节能减排目标。

(三)、发挥产业协同创新作用,实现关键核心技术研发突破。

加强统筹协调,以国家为主导,推动行业建立共性技术研究平台,发挥产业协同创新作用,集中优势资源,对燃烧基础理论、高效动力总成及其关键零部件、先进混合动力系统及其关键零部件、先进汽车电子电器技术及其关键设备、电控系统开发与测试等开展研究和攻关,并实现重点突破和创新引领。 

(四)完善政策法规、积极引导节能汽车发展。

建议通过延续小排量购置税减半、提高大型车税费等措施抑制大型车快速增长势头;通过出台油耗核算减免等政策适度引导混合动力、替代燃料等车型的同步发展;延续并逐年提高节能惠民补贴车型的入围门槛,鼓励各类车型持续开展技术升级。(转自汽车节能技术)