自技术路线图1.0发布以来,我国汽车产业经历了由高速增长到增速放缓、行业转型调整的转变,叠加新型冠状病毒肺炎疫情(以下简称新冠疫情)影响,甚至出现了明显的负增长,但凭借稳定增长的消费需求和完善的工业体系,我国汽车产业发展韧性依然强劲。与此同时,低碳化、智能化、信息化等新趋势也将推动产生新需求、新技术、新模式,加速汽车产业转型升级。
我国节能与新能源汽车技术进步明显。汽车节能技术加快跟进发展,乘用车新车燃料消耗量接近2020年目标(5L/100km),但在产品结构、混合动力发展水平、汽车轻量化等方面距离2020年目标还有较大距离;新能源汽车技术达到国际先进水平,市场份额、整车产品关键性能指标处于世界先进水平,部分关键零部件已掌握核心技术;截至2020年7月,累计推广新能源汽车超450万辆,基本达到2020年目标,但在动力蓄电池能量密度、循环寿命等方面离2020年目标还存在不少距离;智能网联汽车整车智能化、网联化水平不断提升,传感器、计算平台、智能座舱等关键软硬件快速迭代,高精度地图与定位等基础支撑技术实现了自主突破,但在核心传感器芯片、计算芯片方面仍面临一定的挑战;从产业创新发展的支撑来看,近年来,我国汽车产业研发投入、科技人才、专利等技术创新核心要素持续增量提质,加速驱动创新能力迈上新台阶,但相关基础薄弱环节则突破缓慢。
近年来,我国节能汽车技术持续提升,整车燃料消耗量得到稳步降低,自主先进发动机热效率加快追赶国际领先水平,高效多档变速器实现了核心技术的重点突破,动力总成电气化与混合动力技术取得一定进展,各项节能技术合力并进,有效带动了整车燃料消耗量稳步降低,进一步趋近2020年燃料消耗量目标。但是,在产品结构节能方面,混合动力车型占乘用车销量8%、车辆小型化等2020年目标未能实现,产品结构节能这一路径仍具有较大潜力。
随着我国排放法规的不断加严,节能汽车发展较快,乘用车新车平均燃料消耗量逐年下降,不断向目标值靠近。根据工业和信息化部发布的2019年乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分执行情况年度报告,国内乘用车平均燃料消耗量由2016年的6.5L/100km(含新能源汽车)下降至5.56L/100km(含新能源汽车),进一步趋近2020年乘用车平均燃料消耗量5L/100km的目标。
同时,未来乘用车节能与燃料消耗量控制依然面临严峻压力。首先,受新能源汽车核算优惠影响,2015年之后我国乘用车平均燃料消耗量未能反映传统能源乘用车燃料消耗量的实际降幅,依据工业和信息化部发布的2016—2019年度“中国乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分核算情况表”,将新能源汽车燃料消耗量按0计,参考新能源汽车核算系数,可计算得到2016—2019年传统能源乘用车新车平均燃料消耗量分别为6.88L/100km、6.77L/100km、6.62L/100km及6.46L/100km,与乘用车(含新能源汽车)平均燃料消耗量的对比如图1-3-1所示。其次,由于消费升级及国内消费者对运动型多用途汽车(SUV)等中大型乘用车的偏好,乘用车整备质量不降反增,车辆小型化推行效果欠佳,原目标“紧凑型及以下车型销量占比超过55%”未能达成。
图1-3-1 2016—2019年国内乘用车燃料消耗量变化情况
注
:数据来源于根据相应年份工业和信息化部发布的“中国乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分核算情况表”核算结果。
在发动机方面,国内骨干整车企业在增压直喷新机型研究上,已大量应用高压缩比(12~13)+米勒循环+变排量附件+低摩擦技术等先进节能技术,重点整车企业通过节能技术组合,热效率接近39%,乃至靠近40%,2020年目标基本可以达成,初步实现了对国际领先水平的追赶。
在变速器方面,我国自动变速器呈爆发式增长,乘用车多档化发展迅速。自主品牌整车企业以双离合变速器(DCT)为主,多个整车企业先后实现7速双离合变速器(7DCT)量产。一级供应商主要布局自动变速器(AT)、无级变速器(CVT),6档自动变速器等已经实现规模化量产,8档自动变速器已推出系列化产品。与国外领先水平相比,我国自主变速器依然面临着提升效率与可靠性等多方面挑战。
在混合动力技术方面,我国自主开发出相关车型,但节油效果不够理想,燃料消耗量与2020年混合动力乘用车4L/100km的目标仍有不小差距。相比而言,国外企业对于混合动力车型是从整车+发动机+机电耦合装置+电机+动力蓄电池+多能源管理方面进行系统优化和升级,以实现整体燃料消耗量的改善,部分合资混合动力车型燃料消耗量接近4L/100km。此外,数据显示,2018年,国内混合动力乘用车销量为19.1万辆,占乘用车总销量的0.8%,距离“2020年占乘用车销量8%”的目标差距巨大。
在低阻力技术方面,国内轮胎企业的设计、工艺及生产技术仍处于跟随阶段,以生产为主,自主研发能力薄弱。在车身设计方面,国内乘用车风阻系数仍处于平均0.37~0.38的较低水平。
在轻量化方面,公告车型数据显示,受到我国产品结构中SUV等车型占比大幅提高和整车配置增加等因素的影响,乘用车平均整备质量降幅未达到技术路线图1.0提出的2020年乘用车整备质量减小10%的目标。
在替代燃料技术方面,我国天然气乘用车销量59万辆,在乘用车销量中的占比为2.5%,相关整车企业推出了天然气专用发动机,采用单一电子节气门控制(ECT),排放达到国六标准,热效率进一步提升。
近年来,我国商用车通过重点突破动力总成升级优化,提升了整车节油水平,但与乘用车相比,商用车节能汽车发展相对缓慢,在先进柴油机、变速器、电子电器、整车动力学等方面与国外相比仍有不小差距。
在先进动力柴油机方面,2019年市场主流重型柴油机有效热效率在46%左右,与2020年热效率50%的目标仍有一定差距,与德国、美国等新型柴油机55%的热效率相比,需要系统性挖掘节能潜力。
在变速器方面,国内手动变速器的研发逐步成熟,主要变速器企业具备自主研发能力,产品覆盖5~16档产品;自动变速器的研发也相继取得成功,但在总成电子控制、关键零部件可靠性等方面与国际先进水平存在差距。
在整车动力学方面,国内商用车轮胎的滚阻系数与国际先进水平相比略有差距,低滚阻轮胎在国内应用率较低;对客车流线型设计开展了一定的研究,相比国外专用于降低风阻的导流装置等设计应用较少;载货汽车驾驶室多采用平头,风阻系数稍高。
在混合动力技术方面,国内载货混合动力汽车产品开发和推广应用程度不如国外,但呈现出加快发展的趋势。在客车方面,由于混合动力客车不属于新能源汽车,自身的技术经济性未能完全适应市场化的竞争,因此未能获得大规模推广。
在轻量化方面,2015—2019年,国内重型货车每年减重1%~1.5%;受排放升级等政策的影响,中型货车、厢式车(VAN)类车型整备质量保持了基本稳定。
在替代燃料方面,天然气商用车已经得到规模化应用,但由于发动机研究起步较晚,天然气发动机技术相对落后,天然气发动机热效率不足38%(不及欧洲40%的天然气发动机热效率)。在政策的支持下,甲醇汽车在特定地区得到了一定程度的应用。
技术路线图1.0发布以来,我国新能源汽车在车辆平台化和模块化设计、整车批量化生产工艺、质量及成本控制、轻量化新材料应用等方面与国际领先水平差距逐渐缩小,在续驶里程、动力性、能耗等方面已处于世界领先水平。相比2016年新能源汽车销量50.7万辆,2018年以来,我国新能源汽车已迈入百万辆市场时代。截至2020年7月,累计推广新能源汽车超450万辆,占全球市场的50%以上。累计建设各类充电桩130万个,已建和在建加氢站超过100座,成为全球新能源汽车最大的市场。
当前,纯电动汽车(EV)进入到全新平台开发新阶段,逐步实现部件协同化、整车轻量化、整车架构高效化。通过代际升级,整车能耗、续驶里程、智能化应用等综合性能实现全面进步,产品竞争力显著提高。从具体性能指标来看,2019年,国产纯电动轿车平均续驶里程已从2016年的190km提升至360km,典型A级纯电动乘用车工况百公里能耗降至11~13kW·h(法规工况),典型高性能B级纯电动汽车百公里电耗达到16~17kW·h(法规工况),已达到国际领先水平。典型纯电动客车电耗为3.0~3.45kW·h/100km·t(法规工况),提前实现2020年法规工况整车电耗小于3.5kW·h /100km·t的目标。
动力蓄电池技术水平和产业规模进入世界前列,竞争优势逐渐显现。2019年,量产三元材料单体蓄电池能量密度达到275W·h/kg,系统能量密度达到170W·h/kg以上,系统成本下降到1元/W·h左右,与2016年水平相比,单体蓄电池能量密度提升35%以上,系统成本下降60%以上。目前,国产动力蓄电池与日韩等国相比,在能量密度、循环寿命等方面,技术水平基本持平,产品经济性具有竞争力,但在先进高端材料开发和应用、高端制造装备、质量控制水平及能力等方面,与国外动力蓄电池先进企业相比仍存在一定差距。
驱动电机在功率密度、系统集成度、电机最高效率和转速、绕组制造工艺、冷却散热技术等方面持续进步,与国外先进水平同步发展。2019年,我国量产驱动电机质量功率密度已达到4.0kW/kg以上,相比2016年提升30%以上。多个企业已推出自主开发出的车用沟槽栅场中止IGBT 芯片、双面冷却IGBT模块和高功率密度电机控制器,体积功率密度达到16~20kW/L,相比2016年实现了功率密度倍增,总体技术水平迅速追赶国际先进水平。我国企业还推出了碳化硅(SiC)元器件和基于碳化硅元器件的高功率密度电机控制器,并出口欧洲主机厂。同时,我国开发并量产了多款三合一纯电驱动总成和插电式机电耦合总成产品,技术水平与国际同类产品相当。但我国在车用驱动电机及其控制系统智能化、与机电耦合的深度集成、高速变速器等关键零部件设计与制造等方面仍有一定差距。
充电网络初步满足新能源汽车发展需要。截至2019年12月,全国公共充电设施已覆盖404个城市,建成了“十纵十横”高速公路快充网络,充电设施规模达122万座,充电站规模达3.5万座,换电站超过300座,均位居全球第一。公共领域充电设施车桩互操作性测评的充电一次成功率优于98%,用户充电体验明显改善。其中,超过3.5万座充换电站的建成规模,大幅领先于2020年1.2万座的目标。在充电技术进展方面,智能有序充电、大功率充电、换电技术得到不同程度的应用,无线充电技术、车网互动(V2G)等前瞻充电技术进入示范测试阶段。
插电式混合动力汽车(PHEV)能耗水平提前达标。2019年,插电式混合动力乘用车B状态燃料消耗量(不含电能转化的燃料消耗量)达到4.3L/100km(NEDC工况),相比整体燃料消耗量水平下降25.9%,提前实现2020年技术路线图1.0版提出的混合动力模式燃料消耗量相比传统车型节能25%的目标。插电式混合动力乘用车在紧凑型及以上私人乘用车领域已批量应用,私人用车与公务用车比达到4∶1。
自主研发出不同的机电耦合构型。自主品牌整车企业根据各自的技术积累和优势,推出了不同类型的新型机电耦合装置。上汽集团采用了以EDU电驱动变速器为核心,同轴布置双电机、双离合器的机电耦合构型。广汽集团采用了G-MC+阿特金森发动机的构型,吉利集团采用的是行星齿轮结构的混合动力耦合装置。
插电式混合动力汽车关键技术取得突破。目前多采用分体/简单集成,持续质量功率密度为0.8~1kW/kg,系统最高效率达到92%,已实现以矢量控制转矩为核心的整车控制技术突破。通过对单体蓄电池、模组、动力蓄电池管理系统、整车等各层级进行优化设计,整车安全性得到明显提升,NVH 性能也得到较好的改善。
自技术路线图1.0发布以来,燃料电池客车技术进步显著,氢消耗量从8.5kg/100km降低至7.0kg/100km,达到了技术路线图1.0提出的2020年7.0kg/100km的目标,在续驶里程、0—50km/h加速时间、最高车速、冷启动温度等方面,均实现或者超额完成了2020年的目标,而在寿命和整车成本方面,与2020年目标仍有一定差距。与国外相比,我国商用车采用电-电混合技术路线,在续驶里程及整车成本方面有明显优势,但耐久性等性能指标与国外差距较大。相对于商用车,我国燃料电池乘用车技术研发和产业化进展缓慢。
车用燃料电池系统的功率密度、最高效率等多项技术指标与国际先进技术水平同步。燃料电池系统的电池堆、压缩机、DC/DC变换器、氢气循环装置、控制系统和传感器等关键零部件均已实现了国产化。特别是国产化电池堆,技术水平已有大幅度提升,正逐渐接近国际先进水平,商用车用电池堆功率从原来的30~50kW提高到80kW以上,超过技术路线图1.0提出的2020年70kW的目标,电池堆体积功率密度也超过了2020年2.0kW/L的目标。但是,我国燃料电池系统寿命、可靠性、低温适应性等与国外先进水平差距仍然存在,催化剂、炭纸、质子交换膜等燃料电池关键材料和部件基础较为薄弱。
从产业发展看,智能网联汽车技术与信息与通信技术(ICT)不断深度融合,将为汽车产业创新提供积极助力,在技术发展与产业探索实践的综合推动下,我国智能网联汽车已经从概念原理、技术原型阶段逐步迈入产业化创新应用新阶段,国内主要汽车企业已经开始在量产车型上装配驾驶辅助级到部分自动驾驶(DA-PA)级系统产品,同时发布具备有条件自动驾驶级(CA)与高度自动驾驶(HA)级及C-V2X功能汽车的量产计划。计算平台、激光雷达、毫米波雷达等核心零部件纷纷取得国产化突破,但在核心传感器芯片、计算芯片方面仍与国外顶尖企业具有一定差距。在网联化方面,C-V2X产业生态体系基本形成,产业化速度加快。基础设施建设、高精度地图和高精度定位等也取得阶段性进展,支持高等级智能网联汽车规模应用能力得到了提升。
自技术路线图1.0发布以来,我国智能网联车用传感器核心芯片技术从无到有,实现技术突破,并实现量产,但与国际相比,国内相关产品刚进入前装市场,量产经验不足,关键指标与国际领先企业有一定差距,且市场占有率较低。
在智能网联汽车整车产品技术方面,车辆智能化水平进一步提升 。国内众多整车企业纷纷发布了智能网联汽车发展计划,2018年自主品牌部分自动驾驶(PA)级汽车开始陆续量产,目前已经得到大量应用。高级别自动驾驶车辆在园区、机场、矿山、码头、停车场等封闭、半封闭场景已经开始得到示范应用。在网联化方面,我国C-V2X快速发展,产业生态体系健全。2019年,上汽、一汽、东风、长安、北汽等13家整车企业共同发布C-V2X商用路标,计划于2020—2021年量产搭载C-V2X终端的汽车。总体而言,整车技术进展与技术路线图1.0提出的里程碑目标保持一致。
在环境感知技术方面,车用激光雷达、视觉传感器以及毫米波雷达等传感器以及基于传感器的感知技术水平取得突破 。车载多线束激光雷达、应用于智能驾驶功能的车载视觉芯片已实现量产,车载24GHz和77GHz毫米波雷达核心的射频收发芯片和雷达波形控制芯片已实现自主研制,车载多传感器融合环境感知算法感知的精度和可靠性有一定提升。
在智能决策技术方面,我国在智能决策策略与模型的开发及测试仿真平台和计算平台构建等方面取得突破 。我国已构建了面向可控场景的智能决策模型,具备比较典型的基于规则模型和人工智能(AI)算法的智能决策技术能力,并完成了相关测试仿真平台构建。同时,我国已经推出多款自主研发的自动驾驶计算平台,代表性产品有华为的MDC(Mobile Data Center)和地平线的Matrix平台等。与技术路线图1.0发布时相比,我国自动驾驶计算平台从无到有,实现了技术突破,与国际相比,我国在测试与验证方面缺乏有效的大规模测试验证方法,在一定程度上阻碍了决策技术的进步。
在控制执行技术方面,车辆动力学控制策略、关键执行机构开发等方面取得突破 。自动紧急制动(AEB)、自适应巡航(ACC)、车道保持辅助(LKA)等纵横向驾驶辅助控制算法已完成软件开发、实车测试验证,并已实现量产应用,同时,面向停车场、封闭场景的车辆集成控制算法的软件开发与实车测试等关键环节取得一定突破。此外,满足智能驾驶辅助功能需求的关键执行机构、转向、制动等已完成开发、测试验证,并已实现量产应用。总的来讲,我国在控制执行技术量产化方面已取得突破,但与国际相比,我国相关汽车在车辆智能化系统集成与应用方面仍然存在不足,一些自主整车企业需要在国外领先零部件供应商协助下实现系统的集成应用。
智能网联汽车信息交互技术主要包括V2X通信技术、云平台与大数据技术、信息安全技术。
在V2X通信技术方面,技术标准、V2X底层通信模块、测试示范等与国际领先水平保持一致 。我国已完成LTE-V2X相关技术标准的制定和实施;我国自主通信芯片、模组等底层通信模块已经实现小批量供货,实现了城市级车联网示范应用,同时实现了跨通信模组、跨终端、跨整车的互联互通,验证了我国V2X标准协议栈的有效性。我国在LTE-V2X相关技术标准完善性、V2X底层通信模块量产化以及测试示范能力与规模等方面都实现了提升,与国际相比,我国实现了V2X通信标准的国际引领,同时,以华为、大唐为代表的通信企业在V2X底层通信模块技术方面达到国际领先水平。
在云平台与大数据技术方面,架构及标准化、平台关键技术取得积极进展。 我国已经初步建立三层分级平台架构,形成信息交互标准,各方角色分工基本明确,并开展具有实时信息融合与共享、计算、应用编排、数据分析和信息安全等基础服务机制,为智能网联汽车及其用户、监管部门等提供车辆运行、道路基础设施、交通环境、交通管理等实时动态数据,并开展了大规模网联应用实时协同计算环境的大数据云控基础平台关键技术研究。我国在大数据云控基础平台关键技术研究方面取得积极进展,与国际相比,我国提出的大数据云控基础平台架构具有先进性。
在信息安全方面,各标准组织在汽车信息安全领域发力和布局,共同促进我国智能网联汽车信息安全标准体系的建设。 与国际相比,我国在信息安全防护体系建立方面还需要进一步加强。欧洲借助在功能安全体系方面的前瞻布局,主机厂和收购安全公司的核心零部件企业联合研发汽车信息安全技术架构和防护体系,并逐渐形成国际标准ISO 21434等。我国在该领域一直处于跟随状态,并逐渐缩小差距;在安全漏洞检测与漏洞库检测方面,信息安全公司与行业机构通力合作,针对主流车辆进行了深入且长期的安全检测,并建立了行业漏洞库,处于国际先进水平。
基础支撑技术主要包括高精度地图与定位技术、标准法规、测试评价技术及示范推广。
在高精度地图方面,先进驾驶辅助系统地图(ADAS Map)、高精地图(HAD Map)采集范围与地图制作与国际先进水平保持一致。 我国主要地图商高德和四维图新已基本完成全国高速公路的高精度地图采集和搭建,并实现高精度地图的商业化落地。但与国际相比,我国在经济型量产车高精度地图的动态更新技术方面尚与国际公司Mobileye、博世等存在一定差距。
在高精度定位方面,基于北斗卫星通信的实时动态(RTK)差分定位技术与国际先进水平保持一致。 我国在中国北斗卫星导航系统(GNSS)协同定位方面取得积极进展,具体体现在高精度定位服务可实现在开阔道路上的亚米级定位,在GNSS+惯性导航融合技术的基础之上,增加视觉定位以及地图数据的融合,实现多维数据多场景判断,可以达到亚米级定位标准,满足低级别的自动驾驶需求。我国在高精度定位精度、高精度定位的自动驾驶应用方面实现了提升,与国际相比,基于视觉等经济型传感器实现高精度定位技术的研究还有差距,相关技术处于实验室研发阶段,与国外有明显差距。
在法规标准方面,国家标准和团体标准取得突破,具体体现在完成了国家标准和团体标准两个层面标准体系构建。 在先进驾驶辅助系统(ADAS)、自动驾驶(AD)、汽车信息安全(CS)及网联功能与应用(CFA)等细分专业领域,已经启动了38项国家标准的制定工作,基本形成以驾驶辅助级、部分自动驾驶级智能化水平和网联化等级中的辅助信息网联为重点的技术及应用系列标准,基本实现技术路线图1.0提出的目标,与国际标准化进程基本同步。
在测试评价方面,低等级和高等级智能网联汽车整车与系统测试技术实现突破。 具体体现在,我国在部分自动驾驶级及以下智能网联汽车整车与系统测试方面已基本形成完善的测试方法,在有条件自动驾驶级及以上智能网联汽车虚拟仿真、场地测试等测试技术方面取得一定进展,并积极推进中国典型驾驶场景数据库建设。
在示范推广方面,正在组织开展从封闭测试到开放道路的测试示范。 2018年4月,工业和信息化部、公安部、交通运输部已联合发布《智能网联汽车道路测试管理规范(试行)》,同年8月,智能网联汽车产业创新联盟、全国汽车标准化技术委员会智能网联汽车分技术委员会联合发布《智能网联汽车自动驾驶功能测试规程(试行)》,指导智能网联汽车道路测试的开展。截至2020年6月,已建成16个国家级测试示范区,20多个城市已允许企业开展道路测试,开放道路里程超过2600km,70余家企业获得超过400余张道路测试牌照,部分城市已开展载人载物测试。
从技术路线图1.0发布至今,在持续的研发投入推动下,我国汽车产业科技人才质量与数量得到双提升,年度发明专利公开量大幅增长,产业自主创新与技术研发能力迈上新台阶。
研发投入是提升技术创新能力的最基本保障。一方面,近年来我国相关汽车企业的年度研发投入大幅增长,研发投入占营收比例达到3.5%左右,其中,上海汽车的研发投入从2015年的9.196亿欧元增长至20.291亿欧元,吉利汽车从2015年的0.885亿欧元增长至2019年的7.111亿欧元,持续增长的研发投入为自主品牌技术创新能力提升提供了重要保障,见表1-3-1。另一方面,我国汽车企业研发投入总量、研发投入占营收比例同世界主要汽车企业相比,仍存在较大差距。作为资金密集型产业,持续提升我国汽车产业技术创新能力,需要不断加大研发投入作为基础保障。
表1-3-1 2018—2019财年与2015财年国内外部分汽车集团研发投入情况对比
注 :东风汽车指DONGFENG MOTOR,不含DONGFENG AUTO MOBILE。数据来源于欧盟委员会联合研究中心《2019年欧盟工业研发投资排名》。
2016年以来,国内外源源不断的汽车人才培养与输入,促进了我国汽车科技人才数量和质量的大幅提升,我国汽车人才团队中汽车工程技术人员数量、研发人员数量及其占从业人员的比例等重要指标不断提升(表1-3-2),为我国汽车产业技术发展提供了智力支撑,这与我国汽车产业尤其是自主品牌企业的技术创新能力快速发展互为因果、互相带动。
表1-3-2 我国汽车行业工程技术与研发人员数量情况
注 :数据来源于相应年份的《中国汽车工业年鉴》。
但同时也应看到,由于工程技术与研发人才培养周期长,相比我国汽车产销量、营收、总体规模等的快速发展,自主研发尤其是乘用车自主研发大规模启动的时间相对滞后,在传统领域,汽车制造方面的人才基本满足产业的发展需求,但资深的产业科研人员和工程师数量仍然短缺;同时,当下处于汽车产业转型升级发展的关键时期,电动化、智能化、共享化融合发展,在此背景下,行业又产生了大量的新兴领域跨学科汽车科技人才需求。预计未来较长一段时间,二者叠加交汇,将加剧我国汽车产业人才的结构性问题。
专利尤其是发明专利是企业技术创新能力的关键成果之一。2019年,我国汽车产业发明专利年度公开量达到13.4万件,相比2015年的7.5万件,实现了接近翻番的增长,相比2010年3万件,实现了翻两番的增长,见表1-3-3。发明专利的快速增长,是我国汽车企业深化技术创新能力、加快实现赶超发展的重要标志,同时也为我国汽车产业持续创新能力建设提供了重要的智力资源。
表1-3-3 2010—2019年我国汽车产业发明专利年度公开量
(续)
注 :数据来源于中国汽车技术研究中心有限公司汽车技术情报研究所。
从创新主体来看,2015年以来,我国自主汽车企业的专利数量和质量不断提升。以2019年专利公开量为例(表1-3-4),比亚迪、江淮、蔚来、玉柴四家企业进入我国汽车专利公开量排名前10的申请人中,比亚迪从2018年的第五名上升到2019年的第二名,玉柴从2018年的第18名上升到2019年的第10名,实现了专利公开量的大幅增长,同时发明专利占比也较大。但与国外企业相比,仍然存在较大差距。上述四家国内申请人公开专利数占排名前10申请人公开专利数的35%,而发明专利数占比仅为24.7%,远低于国外申请人公开专利中的发明专利占比水平。
表1-3-4 2019年中国汽车专利公开量主申请人排名前10的企业
注 :数据来源于“全球汽车专利数据库服务平台”,由中国汽车技术研究中心有限公司情报所和中国汽车工程学会知识产权分会联合发布。
在政产学研各方力量的联合推动下,多部门协调联动、覆盖关联产业的汽车产业协同创新机制得到不断健全,尤其是在“十三五”期间,以企业为主体、市场为导向、产学研用相结合的技术创新体系实现了进一步完善,充分发挥重大项目的引领作用,建立了矩阵式的研发能力布局和跨产业协同平台,形成了体系化的技术创新能力。同时,当前创新体系方面仍然面临如下问题:一是基础研究重视程度和投入不够,原创性成果偏少;二是连接基础研究和产业化应用技术的新型研发机构虽已建立,但还处于能力建设初期,尚需一定时间的积累,为行业发挥更大的支撑作用;三是产业融合创新涉及不同行业、不同学科、不同专业,尚需要进一步打通。
长期以来,科技部、工业和信息化部、国家发展和改革委员会等多个部委,从前瞻规划、创新研发、产业化发展等方面进行了系统的布局,以推动我国汽车产业转型升级。尤其在“十三五”时期,相关部委部署实施了“十三五”新能源汽车重点研发专项、工业强基工程、智能制造试点示范项目、加强制造业核心竞争力三年行动计划等专项项目,有效集聚了全产业创新力量,带动了汽车产学研大规模协同攻关,有效推动我国新能源汽车关键技术研发取得重大进展,并涌现出一批标志性成果。
以深化产学研合作为导向,在相关部委的指导支持下,汽车行业先后建立了国家动力电池创新中心、国家智能网联汽车创新中心、国家新能源汽车技术创新中心等新型研发机构,推动了基础研究、应用技术、产业化技术之间的有效供给与贯通。国家动力电池创新中心在动力蓄电池协同攻关平台方面,组织实施了锂离子蓄电池升级工程,自主研发了260W·h/kg、280W·h/kg单体蓄电池和155W·h/kg动力蓄电池系统,目前正在开展350W·h/kg单体蓄电池的研发。国家智能网联汽车创新中心布局“行驶环境融合感知、智能网联决策控制、复杂系统重构设计、智能网联安全和多模式测试评价”四大共性关键技术,正在形成研发与测试能力。国家新能源汽车技术创新中心聚焦燃料电池、电子电控、车规芯片、智能网联、开源平台五大领域,积极开展技术攻关。
在相关部门的指导和行业组织的积极推动下,汽车行业围绕汽车技术链,构建创新链,配置资源链,先后组建了“汽车轻量化技术创新战略联盟”“电动汽车产业技术创新战略联盟”“智能网联汽车产业创新联盟”“汽车动力电池产业创新联盟”等一批协同创新平台,以“市场需求导向、共同投入、成果共享”的新机制为特色,开展了一大批行业关键共性技术协同攻关,并取得了一系列成果。在企业层面,面向未来前瞻技术创新、产业生态构建、投资布局等战略领域,同业联合已成为趋势,一汽、东风、长安已结成联盟并组建中汽创智公司,上汽、广汽也启动了相关领域的战略合作。
当前,我国基础软件、元器件和高端试验仪器、装备等共性技术积累不够,对产业支撑严重不足。汽车研发用CAD、CAE、CAM等软件,车规级计算芯片(CPU、GPU、DSP)、车规级功率半导体碳化硅和氮化镓(GaN)元器件、IGBT芯片、高精度传感器等基础元器件严重依赖国外。
当前,我国在汽车相关领域的关键基础材料方面存在短板,部分关键基础材料仍在探索研究中,产业化进程需要进一步加快。例如,动力蓄电池关键材料技术总体上仍落后于国外先进水平,部分高端材料还依赖进口。驱动电机用低重稀土或无稀土永磁体的开发、高品质电工钢、非晶合金铁心、新型电超导与热超导材料、耐高温耐电晕绝缘材料、车规级大电流密度功率半导体材料等与国外差距明显。
当前,我国汽车行业相关领域面临基础工艺瓶颈,正制约着汽车关键技术的工程化和产业化。例如,在驱动电机领域,我国在大电流密度IGBT芯片设计与工艺技术、高可靠封装工艺与封装材料技术方面仍与国外存在差距。在轻量化领域,受到成形工艺与装备的影响,我国汽车用冷成形高强度(如1200MPa、1500MPa)钢、薄壁化铸造铝合金、大尺寸挤压铝合金型材、先进热塑性碳纤维复合材料等在车身、底盘上难以大批量应用。
当前,在关键核心零部件领域,自主品牌有了很大发展,但总体处于价值链低端的状况仍然没有发生根本性改变,中高端市场多由外资企业占据,自主核心技术与品牌竞争力较国外存在明显差距,具体表现在自主品牌传统汽车发动机电子控制单元(ECU)市场份额不足5%,高效变速器低于25%,高压共轨系统仅占2.8%;新能源汽车动力蓄电池用高性能高镍三元材料、碳硅材料等高度依赖进口;面向未来智能化竞争的车控操作系统、车规级芯片等外资依赖度超过90%。