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內(nèi)燃機(jī)(ICE)正進(jìn)入衰退期。現(xiàn)在，許多政策制定者都針對(duì)銷(xiāo)售僅以ICE驅(qū)動(dòng)的新車(chē)實(shí)施法律限制。因此，業(yè)界圍繞著混合動(dòng)力系統(tǒng)展開(kāi)了大量活動(dòng)，即將ICE與某種形式的電力輔助進(jìn)行結(jié)合。在輕度混合動(dòng)力車(chē)中，所使用的電池通?？梢酝高^(guò)來(lái)自ICE的能量進(jìn)行充電。這種所謂的自充電混合動(dòng)力車(chē)可幫助消費(fèi)者轉(zhuǎn)向電動(dòng)車(chē)(EV)，同時(shí)又能避免為了充電而尋找電源插座的問(wèn)題。


來(lái)自電池的電量與來(lái)自ICE的電量之間如何取得平衡，決定了混合動(dòng)力的「輕微」程度。更大的電池與更大功率的馬達(dá)相結(jié)合，將會(huì)使指針更偏向於天平的純電動(dòng)一側(cè)。純電動(dòng)車(chē)(BEV)當(dāng)中沒(méi)有ICE，而是完全依靠電網(wǎng)獲取能量。還有其他與此相關(guān)的問(wèn)題，例如必須建立公共充電基礎(chǔ)設(shè)施而為支援純電動(dòng)車(chē)用戶體驗(yàn)提供支援。但對(duì)於純電動(dòng)車(chē)，除了插電之外別無(wú)其他選擇。


其他形式的替代能源也還在開(kāi)發(fā)中。最有前途的方法之一是在燃料電池中使用氫氣——將儲(chǔ)存在氫氣中的能量轉(zhuǎn)化為電能。這種應(yīng)用將會(huì)促進(jìn)燃料電池電動(dòng)車(chē)(FCEV)的發(fā)展。雖然能量在BEV和FCEV中的儲(chǔ)存方式不同，但二者都能產(chǎn)生用於為馬達(dá)供電的電能。另一項(xiàng)正在開(kāi)發(fā)的技術(shù)涉及使用超級(jí)電容器來(lái)儲(chǔ)存電能。超級(jí)電容器類似於電池，可以反覆充電和放電，但兩者內(nèi)部差異很大。超級(jí)電容器可以快速充電和放電，也即能夠提供比電池更高的功率，但儲(chǔ)存的總能量更少。


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這些技術(shù)中的每一種都有其局限性。電池充電需要時(shí)間，燃料電池釋放能量緩慢，超級(jí)電容器則儲(chǔ)能能力較低。但它們都能發(fā)電，這是電動(dòng)車(chē)所需的基本「燃料」。也許，在不久的將來(lái)，「混合動(dòng)力」一詞可能會(huì)演變?yōu)橛脕?lái)描述結(jié)合所有三種技術(shù)而能提供適當(dāng)用戶體驗(yàn)的車(chē)輛。


續(xù)航里程不長(zhǎng)和無(wú)法進(jìn)行快速充電被認(rèn)為是消費(fèi)者不願(yuàn)意轉(zhuǎn)向純電動(dòng)車(chē)的兩個(gè)原因。毫無(wú)疑問(wèn)地，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)和公共部門(mén)必須克服這種不情願(yuàn)性。透過(guò)將電池、燃料電池和超級(jí)電容器結(jié)合使用，每種技術(shù)就都有可能在需要的時(shí)間和地點(diǎn)提供能量。例如，可以透過(guò)將燃料電池技術(shù)與快速充電超級(jí)電容器相結(jié)合來(lái)提供良好的加速，從而解決里程問(wèn)題。


雖然今天還沒(méi)有看到這種潛在新混合類別的例子，但是這是產(chǎn)業(yè)未來(lái)可以追求的一個(gè)方向，並且能以目前存在的技術(shù)為基礎(chǔ)。


汽車(chē)無(wú)線化


儲(chǔ)能並不是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)唯一的創(chuàng)新領(lǐng)域。汽車(chē)與通用基礎(chǔ)設(shè)施及其車(chē)載系統(tǒng)之間的聯(lián)繫變得越來(lái)越密切?？偟膩?lái)說(shuō)，車(chē)輛產(chǎn)生的資料量正呈指數(shù)級(jí)成長(zhǎng)。無(wú)線技術(shù)避免了支援這種互連所需的佈線成比例增加。


電線既貴又重，而且佔(zhàn)空間。另一方面，無(wú)線連接實(shí)際上則是無(wú)重量的，但是其確實(shí)需要進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，而天線則是系統(tǒng)中最關(guān)鍵的方面之一。隨著汽車(chē)製造商在從MHz級(jí)的低頻到GHz級(jí)的高頻範(fàn)圍內(nèi)採(cǎi)用更多類型的無(wú)線連接，天線設(shè)計(jì)和位置變得越來(lái)越重要。隨著5G連接能力進(jìn)入車(chē)輛，據(jù)此提供V2X和自動(dòng)駕駛等關(guān)鍵任務(wù)連接，這些設(shè)計(jì)考慮將變得更加重要。支援全自動(dòng)駕駛所需的資料基礎(chǔ)設(shè)施將嚴(yán)重依賴於無(wú)線技術(shù)，包括Wi-Fi和5G。


無(wú)線化帶來(lái)了許多挑戰(zhàn)，尤其是因?yàn)檐?chē)輛仍然主要使用大型壓製金屬面板製造。雖然金屬很難完全被取代，但這一現(xiàn)實(shí)卻正在發(fā)生中。汽車(chē)設(shè)計(jì)和製造越來(lái)越多地使用玻璃和塑膠。大多數(shù)類型的玻璃和許多塑膠對(duì)無(wú)線電波是可穿透的。這種可穿透性對(duì)於開(kāi)發(fā)使用無(wú)線連接的電子系統(tǒng)工程師來(lái)說(shuō)是個(gè)好消息。這還可以使汽車(chē)設(shè)計(jì)人員探索新的概念。例如，全玻璃車(chē)頂變得越來(lái)越普遍，這種新穎設(shè)計(jì)提供了在車(chē)頂空間安裝天線的方案，據(jù)此得以暢通地到達(dá)玻璃孔。


隨著對(duì)無(wú)線連接需求的增加，這可能會(huì)推動(dòng)更多利用玻璃和塑膠的設(shè)計(jì)新時(shí)代。當(dāng)然，這也需要與設(shè)計(jì)更實(shí)惠、可維護(hù)、可回收車(chē)輛的需求相平衡。


一般而言，電動(dòng)車(chē)在機(jī)械上比內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)更簡(jiǎn)單。這種簡(jiǎn)單性意味著可以將其設(shè)計(jì)得更持久、更容易維修和維護(hù)，並且可實(shí)現(xiàn)高度回收。然而，電動(dòng)車(chē)中的電子系統(tǒng)將更加多樣化，並且在自動(dòng)駕駛的情況下會(huì)變得更加複雜。功率消耗、動(dòng)力和電子系統(tǒng)之間的平衡將發(fā)生變化，這也可能對(duì)所採(cǎi)用的儲(chǔ)能系統(tǒng)類型產(chǎn)生影響。
自動(dòng)駕駛所引發(fā)的思考


塑造汽車(chē)設(shè)計(jì)、所有權(quán)和利用未來(lái)的另一個(gè)主要趨勢(shì)是自動(dòng)駕駛。所有權(quán)和自動(dòng)駕駛之間的相關(guān)性變得越來(lái)越強(qiáng)，許多人認(rèn)為，第一批全自動(dòng)駕駛車(chē)將會(huì)是計(jì)程車(chē)和共乘方案。這一理論可以用經(jīng)濟(jì)學(xué)來(lái)解釋：自動(dòng)駕駛電動(dòng)車(chē)的購(gòu)買(mǎi)成本高昂，但運(yùn)行成本較低，因此要獲得回報(bào)，車(chē)主需要提高利用率。


大多數(shù)私人擁有的車(chē)輛大部份時(shí)間都停在某個(gè)地方。這意味著每英哩的成本很高。另一方面，計(jì)程車(chē)和其他服務(wù)車(chē)輛則大部份時(shí)間都在營(yíng)運(yùn)中。提高使用率可降低每英哩的成本，如果這一成本得以加成，就像計(jì)程車(chē)一樣，它就會(huì)轉(zhuǎn)化為正投資報(bào)酬率。


在此一個(gè)令人振奮的研究領(lǐng)域是自動(dòng)飛行電動(dòng)計(jì)程車(chē)。這聽(tīng)起來(lái)像是科幻小說(shuō)，但這卻正在發(fā)生中。它之所以別具意義是因?yàn)樵S多旅程都很短，而且是在擁擠的城市中。在城市上空飛越可減少道路層面的擁堵?，F(xiàn)在已經(jīng)有幾個(gè)試點(diǎn)計(jì)劃正在運(yùn)行，並且已經(jīng)花費(fèi)了數(shù)百萬(wàn)美元的研究資金以使其成為現(xiàn)實(shí)。在自動(dòng)駕駛營(yíng)運(yùn)方面，進(jìn)入第三維度很有意義。即使在低空，天空中也沒(méi)有道路、建築物或行人。天空給了自動(dòng)駕駛車(chē)很大的自由，唯一的障礙是其他飛行器。


進(jìn)入第三維度將會(huì)提升對(duì)可靠無(wú)線連接的需求。預(yù)設(shè)情況下，無(wú)線技術(shù)是全向的。現(xiàn)代系統(tǒng)更具辨識(shí)能力——可以使用相控陣天線和MIMO (多入多出)來(lái)引導(dǎo)射頻(RF)能量並盡可能提高可用頻寬。覆蓋範(fàn)圍也可能是一個(gè)考慮因素。城市地區(qū)的陸面收發(fā)器可能永遠(yuǎn)不會(huì)離5G基地臺(tái)或等效基地臺(tái)很遠(yuǎn)，但空中車(chē)輛的分佈將會(huì)更加廣泛和分散。障礙物越少，無(wú)線訊號(hào)應(yīng)能傳播得越遠(yuǎn)，其所受到的干擾和多徑失真也會(huì)越少。空中車(chē)輛也將影響系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式。


支持汽車(chē)創(chuàng)新


如今有幾種基礎(chǔ)技術(shù)對(duì)於汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新提供了支援。無(wú)線連接和天線設(shè)計(jì)是其中之一。寬能隙(WBG)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)是另一種技術(shù)。這些汽車(chē)創(chuàng)新是碳化矽(SiC)和氮化鎵(GaN)等技術(shù)所能產(chǎn)生真正影響力之處。


寬能隙半導(dǎo)體通常比普通矽元件提供更高的效率。其使用對(duì)電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式有多種影響。受影響的中央系統(tǒng)包括電池管理系統(tǒng)、車(chē)載充電器和車(chē)外充電器。電源逆變器用於將來(lái)自電池(或同類產(chǎn)品)的直流電(DC)轉(zhuǎn)換為交流電，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。這些系統(tǒng)的效率對(duì)行駛範(fàn)圍有直接影響。


開(kāi)發(fā)人員可以透過(guò)以更高的開(kāi)關(guān)頻率運(yùn)行功率元件來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的效率。提高頻率對(duì)開(kāi)關(guān)電路中所使用的被動(dòng)元件和磁性元件具有設(shè)計(jì)意義：一般來(lái)說(shuō)可以使其更小，無(wú)論是規(guī)模還是價(jià)值。開(kāi)關(guān)元件本身也在縮小尺寸，因?yàn)槠淇梢栽诟叩臏囟认鹿ぷ?。因此，就能得到整體體積更小的系統(tǒng)。


這些挑戰(zhàn)在今天都是真實(shí)存在的，為了促進(jìn)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在需要正確且有力的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，這正是像國(guó)巨集團(tuán)等供應(yīng)商能夠真正發(fā)揮積極影響力之處。