德国亚琛教授:电动车在未来将会有怎样的发展?

在2017年第七届中国亚琛汽车和发动机技术年会中,本刊记者有幸采访到了来自德国亚琛工业大学汽车工程研究院(ika)院长Lutz Eckstein 教授和德国亚琛工业大学内燃机研究院(VKA)院长Stefan Pischinger 教授,并与两位教授探讨了未来汽车发展、车辆电动化、内燃机技术等话题。

AI:2017年,全球汽车行业在电气化方面步伐加快,您对未来电气化进程有怎样的预测?

Lutz Eckstein先生:首先,让未来的车辆实现电气化是有良好理由的,这点是很重要的,但是,电气化程度应该根据车辆级别和使用用途予以合乎理智的决定。在许多情况下,现代化内燃机与一台或多台电气机械的组合会是最佳的解决方案。就我个人而言,我期待插电式混合动力汽车扮演主要角色,因为这种汽车除了具备高效内燃机的长距离旅行能力之外,还可提供50~100 km的电动行驶里程。当然,我们在未来还会看到不同类型和容量的电动车,这些车都将成为城市行驶的理想选择。

Stefan Pischinger先生:在2017年下半年,许多车企都有汽车电气化方面的动作,但很多结果都是“打算”和“计划”。其实购车者也会有决策性的答案给出,他们会根据对车型的喜爱程度、汽车充电的方便程度以及价格等方面的情况作出购买决定,从而也会对汽车电气化进程产生影响,所以我预计到2030年,仍然会有约70% 的在售车辆装有内燃机。

Stefan Pischinger教授(左)和Lutz Eckstein 教授(右)

AI:目前来看,混合动力汽车、纯电动汽车在技术层面还有哪些挑战和发展前景?

Lutz Eckstein先生:从第一辆电动汽车被制造出来至今,电池和充电技术始终是最大的挑战。目前,电池和充电技术仍然是至关重要的,需要重大改进,不仅仅是能源和能量密度,还有价格方面。

Stefan Pischinger先生:技术方面需要遵从市场的需求和要求。当前,主要挑战是将电动汽车的续驶里程增加到一个可以接受的范围,降低再次充电所需要的时间,建设足够覆盖行驶面积的充电站。另外一方面,电动汽车总体系统价格需要达到一个经济实惠的水平。再者,随着分享移动性的不断丰富,不断改变的移动行为将导致出现一个范围更加宽广的不同车辆平台,这个平台会有一些附加的应用,像微型汽车或快速载客系统(people mover)。为了应对这些范围宽广的品牌,车企需要足够灵活的、能适应不同情况的电动汽车平台,包括模块化电池包、高度集成化的电力驱动装置,把电动机、变速器、逆变器和智能动力控制等不同系统和装置综合起来。在政府工作方面,我们需要加快充电基础设施的大范围扩展,并转向可再生能源,并对电动交通(E-Mobility)进行智能化的鼓励。

AI:传统内燃机也将步入全面电气化的时代。一方面,48V系统、增程器等的应用,将使得整个动力总成系统展现出一种新的局面;另一方面,内燃机本身的燃油效率需要提升到40%以上,满足更高要求。内燃机的燃油效率到底还有多大提升潜力?哪些技术将会对此有帮助?

Stefan Pischinger先生:最佳内燃机技术取决于应用。用于48 V常规动力总成的最佳汽油发动机,不同于完全混合动力配置的最佳解决方案。采用先进技术,内燃机的最大热效率可以达到50%,综合采用混动化是达到这种效率的技术保证。例如,电动机可以支持内燃机提供优质低速转矩,这就开启了从涡轮增压器适应方面提高效率、获得实惠的可能性,或者与串联混合配置相结合,可以对内燃机的运行点进行控制,把重点放在效率上,从而对内燃机进行更加优化的布置。

就CO2排放数据而言,当下的柴油动力系统已经具有非常有利的真实燃油效率了,而且仍然代表着重型应用的主要动力系统。不过,采用电力牵引的局部协助,从成本效益好的48 V技术朝着更高电压的全混合设计前进,可以进一步节省燃油并进一步降低排放。再者,由于电气化程度的提高,驾驶乐趣和运行舒适性也会得到进一步精细化。

AI:模块化也许是动力总成未来的发展趋势,您如何看待这个问题?

Stefan Pischinger先生:汽车行业面临巨大压力,因为多种移动性解决方案都必须平行地发展。为了平衡所有各个方面的工作,必须应用高度集成化的模块化概念,以便能以经济实惠的方法,覆盖所有可能的动力传动系统。在汽车行业里,模块化的发展趋势并不新鲜。近年来,为了实现规模化经济及增加OEM装配工厂的灵活性,所有主要OEM都引入了模块化汽车和动力总成架构体系。

尽管第一代插电式混合动力及全电动汽车的基础,是以现有内燃机为重点的模块化机构体系,而现在原始设备生产制造企业正在引入专用车辆平台,就像大众汽车公司的MEB平台。模块化和灵活性将是进一步降低电气化动力总成成本的主要贡献者。

AI:多种ADAS是实现自动驾驶的基础,如何很好地把它们集成起来,而不是简单地叠加,并且满足最终的整车测试要求,您有什么建议?

Lutz Eckstein先生:首先我们必须区分不同水平的自动化,今天的自动驾驶辅助系统减轻了驾驶人的紧张程度,但是,驾驶责任仍然是驾驶人的。高度和完全自动化的驾驶,意味着驾驶人可以将驾驶工作和驾驶责任下放给车辆。这些系统需要对环境进行冗余和全面的理解和解释,并且要具有稳健的决策过程、路径规划以及对转向盘和制动器配备冗余执行机构等。同时,软件架构体系和执行过程必须容许更新和升级,因为未来与今天相比,会有要求完全不同的方法。

AI:当前,自动驾驶非常热门,各种关键技术正在不断突破,各种真实路况的测试也在进行中。从SAE 3级到4级、5级,将分别要跨越怎样的技术障碍?

Lutz Eckstein先生:我们需要区分不同车辆类型和应用,打个比方,与开发一款在城市行驶的自动驾驶的出租汽车相比,让商用车实现在高速公路上的自动驾驶要简单得多。对于所提到的所有自动化驾驶水平来说,确保足够安全性的方法和过程是最大的挑战。

纯电动概念车SpeedE

AI:德国亚琛工业大学的纯电动概念车SpeedE体现了哪些全新、独特的概念?

Lutz Eckstein先生:我们研发的纯电动汽车SpeedE的目的是将“E-Mobility”转换成“Pure Emotion”。因此,为了克服今天车辆的缺点,我们最终利用了电力驱动装置的优点。举个例子,当我们想朝相反方向行驶的时候,我们经常需要在车流中倒车,而且车辆的转弯半径太大。而利用汽车前方的内燃机占据的空间,我们可以将前轮转动90°,这样就容许我们一步就将汽车转过来。我们已经习惯于在操纵的时候,多次转动转向盘,而SpeedE的控制就像控制带侧置驾驶杆的现代化飞机一样,其动作行为就好像前轮转向被机械地耦合到一起。这种类似动感赛车的驾驶体验,给驾驶人的感觉就像驾驶飞机一样,在SpeedE里,还有更多的创新,不断创造出全新的架乘体验。

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