塑造汽车行业的趋势和技术

太阳正在内燃机 （ICE） 上落山。许多政策制定者现在正在对销售仅由 ICE 提供动力的新车实施法律限制。这些限制产生了大量围绕混合动力系统的活动，混合动力系统将 ICE 与某种形式的电力辅助相结合。在轻度混合动力汽车中，所使用的电池通常可以通过来自 ICE 的能量进行充电。这些所谓的自充电混合动力车可帮助消费者转向电动汽车，同时避免寻找电源插座为电池充电的问题。

来自电池的电量与来自 ICE 的电量之间的平衡决定了混合动力车的“温和”程度。更大的电池与更强大的电机相结合，将指针进一步推向秤的全电动端。全电池电动汽车 （BEV） 没有 ICE，完全依靠电网获取能量。还有其他与此相关的问题，例如建立支持全电动用户体验所需的公共充电基础设施。但对于纯电动汽车，除了插电之外别无选择。

正在开发其他形式的替代能源。最有前途的方法之一是在燃料电池中使用氢气，它将储存在氢气中的能量转化为电能。这种用途将导致燃料电池电动汽车 （FCEV）。虽然 BEV 和 FCEV 的能量存储方式不同，但两者都产生用于为电机供电的电能。另一项正在开发的技术涉及使用超级电容器来存储电能。超级电容器类似于电池，可以反复充电和放电，但内部差异很大。超级电容器可以快速充电和放电，这意味着它们能够提供比电池更高的功率，但存储的总能量更少。

这些技术中的每一种都有其局限性。电池充电需要时间，燃料电池释放能量缓慢，超级电容器储能能力低。但它们都发电，这是电动汽车所需的基本“燃料”。也许在不久的将来，“混合动力”一词可能会演变为描述结合所有三种技术以提供正确用户体验的车辆。

续航里程和快速充电被认为是消费者不愿意转向全电动的原因。毫无疑问，汽车行业和公共部门必须克服这种不情愿。通过将电池、燃料电池和超级电容器结合使用，每种技术都有可能在需要的时间和地点提供能量。例如，可以通过燃料电池技术与快速充电超级电容器相结合以提供良好的加速来解决里程问题。

今天没有这种潜在的新混合类别的已知例子。尽管如此，这是该行业未来可以追求的一个方向，并且以目前存在的技术为基础。

汽车无线化

储能并不是汽车行业唯一的创新领域。车辆与通用基础设施及其车载系统之间的联系越来越紧密。一般来说，车辆产生的数据量呈指数增长。无线技术避免了支持这种连接所需的布线的成比例增加。

 

电线昂贵、笨重且笨重。另一方面，无线连接实际上是无重量的，但它们确实需要精心设计，而天线是系统中最关键的方面之一。随着汽车制造商采用更多无线连接类型，从低兆赫到高千兆的频率范围内，天线设计和位置变得越来越重要。随着 5G 连接进入车辆，以提供 V2X 和自动驾驶等关键任务连接，这些设计考虑将变得更加重要。支持完全自治所需的数据基础设施将严重依赖无线技术，包括 Wi-Fi 和 5G。

无线化带来了挑战，尤其是因为车辆仍然主要使用大型压制金属面板制造。很难完全取代金属，但它正在发生。玻璃和塑料都更多地用于汽车设计和制造。大多数类型的玻璃和许多塑料对无线电波是透明的。这种透明度对于开发使用无线连接的电子系统的工程师来说是个好消息。它还允许车辆设计师探索新概念。例如，整个玻璃屋顶正变得越来越普遍。这种设计特点提供了在屋顶空间安装天线的选项，这些天线可以清楚地进入玻璃孔。

 

随着对无线连接需求的增加，它可能会推动更多地利用玻璃和塑料的设计新时代。当然，这也需要与设计更实惠、更易维护和可回收的车辆的需求相平衡。

一般来说，电动汽车在机械上比内燃机汽车更简单。这种简单性意味着它们可以设计得更持久，更容易维修和维护，并且高度可回收。然而，电动汽车中的电子系统将更加多样化，并且在自动驾驶的情况下更加复杂。功耗之间、动力和电子系统之间的平衡将发生变化，这也可能对所采用的储能系统类型产生影响。

自主思考，思考

塑造汽车设计、拥有和使用未来的另一个主要趋势是自动驾驶。所有权和自主权之间的相关性越来越强；许多人认为，第一辆全自动驾驶汽车将是出租车和拼车计划。经济学支持这一理论；自动驾驶电动汽车的购买成本高，但运行成本低，因此要获得回报，车主需要高利用率。

大多数私人拥有的车辆大部分时间都停在某个地方。这意味着每英里的成本很高。另一方面，出租车和其他服务车辆大部分时间都在运营。使用会降低每英里的成本，如果该成本有加价，就像出租车一样，它就会转化为正投资回报。

这里一个令人兴奋的研究领域是自主飞行的电动出租车。这听起来像是科幻小说，但它正在发生。它之所以有意义是有充分理由的，尤其是因为许多旅程都很短并且在拥挤的城市中。飞越城市景观将减少道路层面的拥堵。几个试点项目已经在运行，并且已经花费了数百万美元的研究资金使其成为现实。在自主运营方面，进入第三维度很有意义。即使在低空，天空中也没有道路、建筑物或行人。天空给了自动驾驶汽车很大的自由，唯一的障碍是其他飞行车辆。

进入第三维将提升对可靠无线连接的需求。默认情况下，无线技术是全向的。现代系统更具辨别力，使用相控阵天线和多输入多输出来引导射频能量并最大化可用带宽。范围也可能是一个考虑因素。城市地区的陆基收发器可能永远不会离 5G 基站或等效基站很远，但空中车辆将更加分散和分散。障碍物越少，无线信号应该传播得越远，受到的干扰和多径失真就越少。空中车辆也将影响系统的设计方式。

支持汽车创新

现在有几种基础技术支持汽车行业的这种创新水平。无线连接和天线设计是其中之一。宽带隙 （WBG） 半导体开关是另一种。这些汽车创新是碳化硅和氮化镓等技术产生真正影响的地方。

WBG 半导体通常比普通硅器件提供更高的效率。WBG 半导体的使用对电力系统的设计方式有多种影响。受影响的中央系统包括电池管理系统以及车载和非车载充电器。电源逆变器用于将来自电池（或等效物）的直流电转换为交流电以驱动电机。这些系统的效率对范围有直接影响。开发人员可以通过以更高的开关频率运行功率器件来实现更高的效率。这些频率对开关电路中使用的无源和磁性元件具有设计意义；一般来说，它们更小——无论是规模还是价值。开关设备本身也在缩小尺寸，因为它们可以在更高的温度下工作。

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      审核编辑：彭静