鄧偉文：綠色汽車智能化的機遇與挑戰
主持人：謝謝。接下來有請吉林大學國家“千人計劃”特聘教授鄧偉文教授為我們做綠色汽車的智能化：機遇與挑戰的報告。
鄧偉文：謝謝余教授，各位同仁下午好。這兩天我們大多談論了汽車節能和減排的課題，綠色汽車是我們汽車工業的主旋律。我想借著剛才杜院長的話題往下走，就是綠色汽車帶給我們智能化的問題，它的機遇與挑戰。
毋庸置疑，節能與減排是當今汽車工業發展的主旋律，綠色汽車是人類綠色經濟當中的一個重要的組成部分。因為綠色汽車不僅可以減少甚至消除排放，往往對節能有積極意義。但是我想談的是僅僅的綠色是不夠的，然后我要談一談綠色和智能化其實是相輔相成的，是一對和諧的組合。接下來我想介紹一下汽車智能化的關鍵技術，和汽車智能化面臨的其他問題和挑戰。
綠色汽車是一個十分廣泛的概念，但主要是以低排放或者是零排放為標志。這里我要談的是以電驅動為主，比如說混合動力和電動車。為什么僅僅綠色是不夠的呢？我們知道汽車工業就像其他工業一樣，它的主體是產品和消費者，市場經濟的決定因素是產品的供求關系和性價比，我們可以從這么幾個方面來看，第一個汽車消費者不大可能購買一部車，僅僅因為它是低排放或者零排放。也不大可能購買一部車，因為它省了油，但是它并不省錢。第二，因為付出更多，消費者有理由對這個汽車有更多的期望，比如更好的性能、更多的功能、更安全、舒適。第三，功能減排固然是我們全社會的責任，但是最終市場經濟決定了產品的供求關系和性價比是決定因素。
汽車安全像節能減排一樣重要，特別是像我們這樣的汽車保有量近幾年突飛猛進，而且事故高發的國家里面。今年2月，美國Introduction公司作出的調查，得出的結論是消費者期望綠色汽車帶來的不僅僅是減排和節能。這個是他的調查部分的結果，從這里可以看到，只有極少數的消費者計劃在未來兩年購買電動車。另外消費者報告雜志也指出，除了節油之外，還有許多的因素決定了汽車的購買行為，比如說汽車安全就是其中之一。汽車的安全技術已經越來越多的從早期的碰撞保護到主動規避，而這也越來越取決于汽車的智能化程度。
今天大量的電子穩定系統，在提升汽車性能、安全保障等方面正扮演者越來越重要的角色。根據美國保險研究所2008年的一份研究報告指出，如果進一步使用一些目前已經成熟的自然安全技術，比如說碰撞警示和車道偏離警示系統。什么是汽車智能化呢？就是這個車知道我在哪，知道周邊的駕駛環境，知道我的巡航路[FS:PAGE]線，能夠安全、舒適的把我帶到目的地。智能化就是減少并最終能夠把人從日常的駕駛操作當中解放出來，因為我們知道人往往是駕駛環節當中最薄弱的一環。研究表明，超過90%以上的事故是人為的因素，而汽車智能化的目標就是要實現無碰撞，但是同時是人性化、個性化的駕駛經歷。
接下來我要談的是綠色和智能化其實是相輔相成的，是一對和諧的組合。像我前面說的，綠色汽車以零排放和低排放為標志，往往直接或間接以電為能量，結果就是汽車電氣化。汽車電氣化進程從上世紀的70年代電子點火系統的普及，到今天已經迅速進入了汽車的各個系統，隨著混合動力和電動車的出現，這個趨勢將毫無疑問會進一步加快。或許今天我們正處在這樣一個歷史的拐點上，汽車電氣化將會帶來汽車工業革命性的變化，這既是機遇也是挑戰。人類走過漫長的從馬力到機械的過程，而電動時代的到來為汽車智能化的發展奠定了必要的基礎。
從上個世紀末期，以內燃機為動力的馬車出現到今天，100多年來汽車工業經歷了一次次革命性的發展。我們可以預期的也最為激動人心的是，恐怕在未來十幾年或者幾十年內，半自主或者是全自主的操作汽車的出現，具有個性化、高度智能化的自主操作汽車將有助于解決人類面臨的交通堵塞和擁擠問題，特別是從根本上解決汽車安全的問題。雖然這將是一個漫長的過程，但其中充滿了巨大的機遇，當然也存在著巨大的挑戰。
電驅動線控執行器和電子控制是汽車智能化的關鍵，他可以替代傳統的液壓系統。電控電機系統的慣量小，反應準確和迅速，相比傳統的機械液壓系統有更好的可控性、靈活性、集成性，而這些都是汽車智能化必要的前提，由此我們可以看出，汽車的電氣化和智能化是一對和諧的組合。
接下來我想談一談汽車智能化的幾項關鍵的技術，汽車智能化其實就是電氣化的汽車四個輪子加一個計算機，一個高度智能化的機電一體化系統。包括傳感、執行、控制、數據、通訊以及動力供應等等。其中它的幾個核心技術，包括線控執行機構，包括確定性的高速大容量的通訊網絡，以及具有輪措功能的電子電氣架構。
汽車電子電氣架構是智能化和電氣化的核心框架，以確保在低成本下有效的使用系統的資源，比如說傳感、動力系統、通訊和網絡結點等等。確切的說，電子電氣架構包括武力和功能性的分解，動力的分配和產品、數據和信號的通訊診斷、輪措電池消融性等等。電子電氣架構在早期是沒有的，在大概七十年代，電氣系統占整個車的比重大概不到1%，現在實際[FS:PAGE]上已經超過了1/4以上，這個趨勢還在迅速的往前走。
這是一份示意圖，顯示不同的數據通訊網絡和他的應用范圍，包括線控系統等在不同領域的應用，比如底盤和動力總成控制，線控系統里，以及多媒體和導航系統等等。但是要確保線控系統的實時、準確、可靠，這就顯得十分重要。而已有的幾十間數據通訊系統都面臨著帶寬的瓶頸。
車載的以太網以他廣泛的使用基礎，經濟、可靠、大容量和高速數據傳輸的特點，以及他基于單一IP網絡而使得汽車進入互聯網，進入萬維網成為可能。這些優勢很可能使以太網成為未來車載數據通訊里面的主流。
另一方面，隨著對汽車節能減排、舒適便利和安全性的要求越來越高，汽車的電子電氣化系統也變得越來越復雜，他所承受的電載荷也越來越大。預計在將來不久將會超過3千到4千瓦，這個已經超過了我們目前有的限制范圍，我們目前最高的時速就是1千到2千瓦的范圍。因此車載的電力系統遲早將會進入并替代目前14伏的電力系統，這當中面臨著很多機遇和挑戰，這個我就不詳細講了。
車載傳感技術是汽車智能化的另外一項十分關鍵的技術，也正是因為車載傳感技術的日益成熟和成本下降，汽車智能化才有可能。車載傳感器的功能是為了汽車探測和發現目標，確定距離方位和俯仰，識別和確定目標的屬性，一維和多維成像，以及動態和連續跟蹤等等。車載傳感器的種類很多，常用的比如說微波雷達、激光雷達、超聲波照相等等。然而每一種傳感技術都有它的局限性和它的優勢，比如說激光雷達的優點是結構簡單，具有多方向性，車輛精度比較高，探測距離比較遠，價格相對比較便宜，但是它的車輛性能往往容易受環境的干擾。同時，它一般只能夠測量相對的距離信息，這些是它的問題。
相反，毫米波或者是微波雷達探測距離比較遠，夜行可靠，可以測量相對速度，甚至可以測量相對方位角和速度等等。它的測量性能受天氣的影響比較小，而且可以直接獲得阻車和目標車的距離信息，但是價格目前比較貴，特別是長城雷達。因此傳感技術的關鍵是多模態的融合，既發揮各自的優勢，同時提供互補功能，在功能上面互補，同時在實效上提供互補。
這個表格列出了智能化汽車對車載傳感和執行系統的基本技術要求，對于車載傳感系統，我們要求他反應快捷、精確，能夠可靠的探測出行駛過程當中的各種物體和障礙物，各種道路、交通和路面狀況，特別是在惡劣天氣和能見度低的情況下。對于執行系統，我們希望他能夠反應迅速、精確、平滑和可靠，而電子控[FS:PAGE]制底下的線控執行機構恰恰可以滿足這些要求
隨著汽車電子控制系統的越來越復雜，汽車控制集成就變得十分的重要。所以我想最后重點談談汽車的集成控制技術，它的架構和它的方法。
在談我們汽車集成控制技術之前，談談我們傳統的汽車控制系統是怎么做的。這個系統基本上是從下往上的設計理念，這是一個典型的傳統控制架構，它的最下面一層是執行機構，再上面一層是執行機構的控制器。其中有一個個子系統，比如說ABS、TCS和電子自動分配系統等等。然后人們在這個系統的基礎上進一步開發了電子穩定控制系統，像ESC，以及最后不斷往上加上去的主動安全控制系統等等。比如說巡航系統，碰撞規避控制系統和道路狀況系統等等。每一個系統由不同的部門開發出來，往往是孤立的或者是自成一體的，包括對駕駛員思路的理解、傳感的思路、控制的目標以及輸出等等，當若干個系統同時作用的時候，系統之間不可避免的會出現矛盾和沖突。同時執行機構之間在輪胎與地面附著力的約束下會出現相互制約。
傳統的汽車控制系統往往采取兩種方法解決這個問題，第一個在下層，就是我們剛才講的執行機構控制器的地方做協調和仲裁，第二個是加入監管控制器，這個控制器就是在所有一個個單獨的控制器的基礎之上建造的控制系統，來協調平衡，甚至妥協各個控制要求。早期的汽車控制系統相對比較簡單，沒有總線，因而每個系統之間稍有關聯，也沒有數據信號的共享，往往獨立運作，甚至由不同的供應商分別開發，分別提供。
下面是下一代汽車集成控制系統，這上面一個是駕駛員的思路，一個是環境傳感的思路，這兩個思路經過轉移和集成形成了一個統一的對車輛動力學的控制命令，也就是我們講的對車體的受力控制命令，這種控制力立即被進一步的優化和分配到車的四個角。通過執行機構的集成控制器，用于協調單個角落，還有多個執行機構的時候進行協調控制。
不僅考慮了駕駛員的思路，也考慮了越來越多的非駕駛員的思路，比如對環境傳感的思路，以及協調環境優化的界面。他不僅范圍擴大，而且具有輪措功能，由于它比較少的依附硬件，大大增強了控制系統的靈活性可擴展性，以及可重復適用性。
這圖顯示了輪胎和地面附著力在不同狀況下的跡線和相互約束，輪胎力的跡線和相互約束還受到了地面摩擦的影響，新一代的集成控制系統變得十分的重要。這是一個簡單的車體和汽車四個角受力示意圖，新的汽車集成控制系統的關鍵是要以最小的控制思路在輪胎受力的跡線范圍內找到[FS:PAGE]分配，以滿足汽車動力學的要求。這是汽車車體和輪胎受力的描繪，上面我們知道有四個角的受力，有輪胎車體的受力，由集成系統命令，把環境檢測出來，比較兩個路的路差，設計出成本函數。這個成本函數考慮了三個主要的內容，一個是極小化我的控制思路，同時保證我的車也理解他的跡線狀態。這個優化函數的解析的存在，對在線實時數字計算十分重要，這個是在線優化進行汽車集成控制里面的關鍵部分。
但是這種方法也面臨著一些挑戰，一個是汽車電氣化，特別是線控執行機構，包括電驅動、電自動合電轉向系統，使得快速、精確且最優的數據分配在理論上變得可行，在實際應用上也成為了可能。這是因為電力系統直接對電機進行控制，反應快、反應準確。往往汽車集成控制系統面臨著許多的挑戰，比如對包括懸掛系統在內的復雜的車輛動力學的控制，以及在諸多執行機構和能量管理約束底下的實施優化控制等等。另外新的機構移植和兼容已有的傳統控制架構下的控制算法，特別是對相互矛盾的目標進行實時優化，這些都是不小的挑戰。
下面我給兩個例子，進一步說明一下下一代汽車集成控制系統的設計理念。這是一個雙行線，系統控制帶有傳統的ABS電控自動系統，上面是軌跡的跟蹤，有控制和無控制，中間是目標。下面是車輪的汽車轉速和四個輪子的轉速，因為是電機自動系統，所以波動比較小。
然后我們再看看在新的汽車集成控制系統底下，沒有傳統的ABS，自頂向下的優化控制器在數據分配的時候，已經將路況考慮在內，避免輪胎出現打滑等狀況。所以ABS實際上在設計當中已經包括進去了。
另一個例子就是輪措功能，正常情況第下，四個輪子各自起作用，這是正常的情況下，當汽車的一個角，比如左前方的執行機構失效的情況下，LF這個地方沒有了，控制系統能夠自動的對其他三個角重新進行動態分配，確保下面這個對目標橫排轉機的跟蹤。這個是輪錯控制里面角的失效的情況，如果出現兩個角失效，控制系統能夠自動的對錯移的兩個角進行分配。當然輪錯功能的代價就是價格加大。
除了技術之外，汽車智能化面臨的一些其他的問題，汽車智能化的核心是部分的和最終的全部將人從日常的駕駛任務當中脫離出去。汽車的巡航系統只是汽車智能化的開始，也是我們終極目標里面的開始。在這個過程當中，人機界面和人機交互就顯得非常重要，以確保舒適、安全、易快和個性化的駕駛經歷，這是汽車智能化面臨的重大的挑戰。
另一個，界定駕駛責任是一個十分敏感同時又必須面[FS:PAGE]對的問題，就是究竟責任出在駕駛員還是出在汽車制造商上。另外，我們知道聯合國陸路交通明文規定，在任何情況下，駕駛員都應該掌握駕駛權。隨著我國不是成員國，但是它的影響不可避免。
總之，綠色汽車為智能化創造了必要的條件，業帶來了巨大的機遇，但是汽車的智能化顯而易見是任重而道遠的。謝謝各位！
主持人：謝謝鄧教授，最后一個題目也是講到可再生能源，實際上也是從節能以及創造新的能源結構去講的。最后的報告實際上應該來講不管是對傳統的汽車也好，還是對我們現在的新能源汽車也好，都是一個非常非常重要的節能技術。我們有請來自中國石油潤滑油公司蘭州研究院的周亞彬斌院長給我們帶來精彩的報告，他的報告是“低碳經濟時代的潤滑改進路線圖”，有請周院長！