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智能新能源汽车背后关键助推力量!上海车展10大亮点技术

2021年04月25日 12:11:06
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来源:车东西

作者 | 克克

编辑 | 晓寒

就在本周,2021上海车展正式拉开帷幕。

中外各大汽车品牌、零部件供应商和出行科技公司们使出浑身解数,集体亮出了自己的王牌产品,全新一代的电动汽车、高级自动驾驶系统、激光雷达、车路协同方案等技术产品都有展出。

正是这些产品与技术一道,真正推动了智能电动汽车时代的到来。

车展期间车东西团队进行了多日暴走,找出了本届车展上最值得关注的十大黑科技(排名不分先后),下面就来一起看看吧。

1、华为ADS:城市级L2自动驾驶系统

作为本次车展上最引人瞩目的国产车型之一,极狐阿尔法S HI版本搭载了华为ADS系统,这种系统拥有点对点的L2级自动驾驶能力,除了常规的自适应巡航、车道保持、刹车预警的功能,还拥有完成并线、掉头、无保护路口左转、十字路口会车和躲避加塞车辆的能力,适用场景涵盖城区和高速公路。

华为ADS自动驾驶系统的正式名称叫做高阶自动驾驶全栈解决方案,硬件配置上包括华为自主研发的毫米波雷达以及96线中长距激光雷达,其中激光雷达的视场角为120°x25°,帧率为25Hz,能够准确探测到城区路况下100m外的十字路口和150m外的行人。

ECU方面,ADS方案使用的ECU为超级中央超算ADCSC,起步算力为400TOPS,高阶能到800TOPS算力,属于业界顶尖水平。

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▲华为ADS自动驾驶全栈解决方案架构图

软件方面,华为在人工智能领域深耕了将近10年,在自动驾驶算法领域颇有建树。此次推出的ADS全栈解决方案中,涉及到算法与应用的感知、融合、控制、地图与定位、故障管理等系统均为华为自研。

其中地图与定位系统尤其受到了华为的重视,华为甚至为此组建了拥有甲级地图测绘资质的路测团队,这个团队已在上海进行了多年的路测,获得了相当可观的数据量。这些数据会被交给ADS组件中的视觉神经网络和激光雷达神经网络,二者具有很强的特征表达能力和自主学习能力,能够充分利用收集来的数据,不断提升系统对于环境判断的速度和准确性。

强大的硬件基础和优秀的软件调教让华为ADS系统拥有了出众的自动驾驶能力,可以在城区、高速路场景下自主完成对外界目标的识别和对车辆的操控。搭载这种系统的极狐阿尔法S拥有自适应巡航、车道保持、自动变道、无保护路口左转、自动躲避障碍物、自动减速躲避加塞车等能力,甚至还包括自动泊车能力。

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▲极狐阿尔法S自动变道绕开占路车辆

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▲极狐阿尔法S自动减速避让加塞车辆

值得一提的是,华为ADS高阶自动驾驶全栈解决方案已经获得了德国莱茵TÜV集团颁发的《ISO 26262:2018功能安全认证设计阶段确认函》,这是业界首个通过ASIL-D功能安全评估的高阶自动驾驶全栈系统,而ASIL-D是这项安全性评估中的最高等级。

2、百度ANP:自动驾驶不必使用激光雷达

在本次上海车展上,百度Apollo首次作为展商参展,重点展示了百度在L2级自动驾驶领域的产品领航辅助驾驶系统ANP。

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▲搭载百度ANP系统的威马X6测试车

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▲威马W6自动减速变道,成功躲避大货车并绕开障碍物

ANP自动驾驶领航系统是Apollo智能化解决方案中性能最强的领航辅助驾驶产品,它采用纯视觉方案,不搭载激光雷达,仅通过摄像头、毫米波雷达和超声波雷达对环境进行探测,依靠算法和人工智能学习对物体进行鉴别与追踪。

百度表示,Apollo自动驾驶系统的累积测试里程数突破1000万公里,足以让人工智能系统学会如何对环境做出准确判断并引导车辆安全行驶。

而且,百度从这1000万公里测试中获取的都是由自动驾驶汽车收集来的高价值数据。一般车辆可能并不具备和自动驾驶车辆完全相同的数据收集装置,收集来数据可能精度不是很高,又不太方便人工智能系统学习,所以这些数据往往只能为百度地图部门服务。

而由自动驾驶汽车收集到的数据,恰好就是人工智能系统需要的数据。另外,百度收集到的数据都来源于国内,而国内的路况有时会比较随机或者无序,从更复杂的路况中收集到的数据含金量更高,更加有利于人工智能系统学习和自我成长。

在经过大量优质的数据喂养之后,仅依靠视觉信息的ANP系统对环境的探测能力恐怕也不逊激光雷达几分。除了一般的L2级自动驾驶功能外,ANP系统还具有很强的车道识别能力,在路面划线反光、不清晰时,ANP也可以通过对车道其他特征的观察,找到合适的车道并操控车辆行驶。

据悉,百度已经和包括威马、广汽埃安、北汽在内的多家主机厂展开了合作,未来可能会有来自更多家车企的更多种车型搭载百度ANP自动驾驶系统。

3、大疆车载自动驾驶方案:覆盖多种场景

无人机行业领军品牌大疆旗下的智能驾驶业务品牌——大疆车载在2021上海车展中带来了大疆智能驾驶D80/D80+、大疆智能驾驶D130/D130+、大疆智能泊车等驾驶场景下的智能解决方案。

顾名思义,大疆D80系统可覆盖0至80km/h速度区间,适用于城市快速路等场景。它的硬件配置包括1套2M前视双目摄像头、1个长距毫米波前雷达、4个短距毫米波角雷达、12个超声波雷达、1套GNSS接收机和1个惯性测量单元IMU。软件方面,大疆表示其车载智能驾驶解决方案可以凭借强大的双目立体视觉技术应对各类复杂路况,对GNSS、高精度地图及V2X的依赖度非常低。

而强大的软硬件赋予了大疆D80系统多样的功能,比如应对近距离突然加塞的能力,可实时感知周围车流状态,实现智能减速避让及跟车启停。而高级车道保持功能让车辆处于新旧车道线共存或无车道线的场景下,也能准确无误地行驶在车道中央。大疆D80系统系统还可以通过立体视觉准确计算出道路的曲率并实时拟合弯道曲线,再基于弯道曲率的变化自动控制车速。

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▲大疆高级车道保持功能演示

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▲大疆智能驾驶方案具备智能弯道减速能力

D80+系统在D80系统上加装了1套激光雷达、1个驾驶行为识别预警摄像头和4个鱼眼摄像头(以上硬件在D80系统上均为选装),对环境的感知更加快速精确。

而相比D80/D80+,D130/D130+加装了1个2M单目后视摄像头,前视摄像头改为了8M 双目摄像头,中央域控制器的性能也得到了升级。经过硬件升级,后两者可以覆盖0至130km/h 速度区间,能实现自动超车、动态导航自动换路、拨杆变道和紧急靠边停车等功能,适用于高速路与城市快速路等场景。

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▲大疆智能驾驶旗舰方案D130+的探测装置图

智能泊车系统方面,大疆车载推出了三种不同的方案。三种方案的设计运行区域均包括室内、室外、露天和地下停车场,车速控制范围为0至30km/h。其中,大疆智能泊车P5方案为辅助泊车系统,P100方案为记忆泊车系统,最高级的P1000方案为自主泊车系统。通过对全车智能驾驶软硬件的调用,P5方案能够实现常规智能泊车系统拥有的3D全景影像、碰撞预警、紧急刹车等功能。

在向下兼容P5方案的功能之外,P100方案还能够在中距离上实现全自主召唤与全自主泊车。P1000方案则在P100方案的基础上将全自主召唤与全自主泊车的适用范围扩展到了远距离上,系统会会自己寻找车位并操控车辆停入车位。

4、地平线自动驾驶方案:芯片公司做算法也很强

地平线在开创性地提出车内外联动方案之外,基于芯片效能的不断提升,进一步迭代智能驾驶产品技术,可提供全系列自动驾驶解决方案,包括Horizon Matrix Mono辅助驾驶解决方案、Horizon Matrix Pilot领航驾驶解决方案、Horizon Matrix FSD全自动驾驶解决方案。

其中,Horizon Matrix Mono辅助驾驶解决方案具有L2级自动驾驶能力,它基于征程3芯片开发,支持120度水平视场角、800万超高像素前视摄像头,确保了对更大范围及更高精度的视觉感知能力。

同时征程3前视感知产品集成了视觉高精度建图定位算法,在无须高精度定位盒子的情况下,实现车道级的定位精度。视觉感知性能的提升让Matrix Mono系统能够处理更复杂的场景和功能,包括匝道汇入汇出点、施工区避让、车道与交通标识的识别等。

本次车展期间,地平线正式推出了面向L2+级别的Horizon Matrix Pilot领航驾驶解决方案,可以通过6路高分辨率摄像头(最高达到800万像素)实现覆盖360度、最远达250米的感知范围。再加上毫米波雷组成感知冗余系统,结合视觉融合定位,高精地图等关键技术,Matrix Pilot系统可以全方位无死角地感知环境。

此外,Matrix Pilot针对中国路况做了专门的训练数据挑选和算法调优,在安全性和驾驶体验方面对自动变道与超车、隧道通行、大曲率弯道通行、匝道汇入、匝道汇出、城区道路通行等复杂路况有更好的支持。

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▲隧道中,搭载Matrix Pilot的测试车在自动调整转向角度

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▲测试车成功汇入匝道

随着自动驾驶系统的发展,系统对于芯片性能的要求也越来越高。为了满足更高等级自动驾驶系统对于高性能芯片的需求,地平线最早或于今年发布旗舰级的征程5芯片,以及基于征程5开发的Horizon Matrix FSD全自动驾驶解决方案。这种解决方案将支持12路摄像头方案,可选用激光雷达,帮助车辆实现点到点无接管自动驾驶、城区泊车和自动唤车。

该方案还将采用升级过的新算法,新算法将允许神经网络直接输出全要素场景感知结果,实现多摄像头之间的感知、融合、环境建模和轨迹预测;通过端上实时环境感知建图,实现遮挡补全,全面提升如十字路口、弯道、环岛等复杂路况的感知能力,实现城区繁忙路况的自动驾驶,加速L3/L4级别自动驾驶的规模化落地。

5、黑芝麻 A1000 Pro:国产最强自动驾驶芯片

2021上海车展上,黑芝麻智能在发布了最新型高性能车规级自动驾驶芯片华山二号 A1000 Pro 和车路协同路侧感知计算平台FAD Edge。

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▲华山二号A1000 Pro发布会

华山二号A1000 Pro基于车规级图像处理器NeuralIQ ISP以及DynamAI NN车规级低功耗神经网络加速引擎打造,采用了异构多核架构,CPU采用的是16nm工艺的16核Arm v8,典型功耗仅为25w,支持16路高清摄像头输入,内置ASIL-D级别安全岛,芯片整体满足ASIL-B级别功能安全性要求。

得益于较高水平的硬件基础和DynamAI NN大算力架构,华山二号A1000 Pro支持INT8稀疏加速,INT8算力为 106 TOPS,INT4的算力更是达到了可观的196TOPS。黑芝麻智能表示,它是目前国内算力最高的自动驾驶计算芯片,能支持大部分智能驾驶功能从城区到高速公路再到泊车的无缝衔接。

据悉,黑芝麻将于今年第三季度开始为用户提供华山二代A1000 Pro芯片的工程样片,从第四季度开始提供开发平台。另外,黑芝麻的下一代自动驾驶新芯片A2000已经进入研发阶段了,这种芯片将采用7nm工艺的12核CPU架构,满足ASIL-B级别功能安全性要求,算力至少为200TOPS,满足L4级甚至是L5级自动驾驶系统对算力的需求。

另外,黑芝麻智能还针对车路协同场景应用发布了车路协同路侧感知计算平台FAD Edge。该平台基于华山二号A1000系列自动驾驶芯片打造,可以将云端的计算下沉到边缘层,在边缘计算节点完成绝大部分计算,满足车路协同超低延时需求。

依靠强大的实时计算芯片、高效精准的感知算法,以及多场景图像处理能力,FAD Edge是一套可以充分赋能智慧公路和智慧城市的解决方案。

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▲车路协同路侧计算平台FAD Edge

至此,黑芝麻智能拥有了完善的车路协同配套方案,这套方案包括核心感知算法、芯片和控制器,可全套打包投入使用,助力车路协同快速落地,提升交通行业的安全与效率。

另外,黑芝麻表示,当华山二代A1000 Pro芯片大批量投产后,他们将对FAD Edge所用处理器进行升级换代,再度提升算力,为行业提供更大算力的路侧感知平台。

6、芯驰四款汽车芯:智能座舱自动驾驶都胜任

此次上海车展中,芯驰科技带来了四款车规级处理器,分别对应智能座舱、自动驾驶,智能网联和跨领域融合,为“软件定义汽车”提供了坚实的车规级硬件基础。

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▲芯驰科技新推出的四款车规级芯片

X9系列处理器是专为新一代汽车电子座舱设计的车规级汽车芯片,集成了最新的高性能CPU,GPU,AI加速器,以及视频处理器,能够满足新一代汽车电子座舱应用对强大的计算能力、丰富的多媒体性能等日益增长的需求。

此外,X9系列处理器还集成了PCIe3.0, USB3.0,千兆以太网,CAN-FD,能够以较小造价无缝衔接应用于车载系统。该款处理器还采用了包含Cotex-R5双核锁步模式的安全岛,能应用于对安全性能要求严苛的场景。

全新X9U处理器是X9系列的旗舰型号,它的CPU总算力达到100KDMIPs,GPU性能达到300Gflops,AI计算性能达到1.2TOPs,一颗X9U处理器的性能可同时支持10个车载显示屏运行,除了仪表板、中控屏和抬头显示之外,还包括安装在第二、第三排座椅后方的多个屏幕,且多屏之间可以无缝衔接或互动。

为了让人们能够直观感受到这款处理器带来的优质体验,芯驰科技专门设立了搭载X9U处理器的透明座舱模型。

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▲芯驰科技展台上的透明座舱模型

而V9系列处理器则是专为ADAS系统设计的芯片,它集成了最新的高性能CPU、GPU、CV引擎,能够满足新一代智能驾驶辅助系统应用对强大的计算能力日益增长的需求。

为了能让车企以相对较低的成本实现芯片与车机的无缝衔接,V9系列处理器集成了千兆以太网,CAN-FD。该款处理器还支持MIPI-CSI和并口CSI,能够支持摄像头输入,包括360°环视影像系统、前视摄像、后视摄像和车内摄像系统。

V9T是V9系列中的最新型号,采用了两组完全独立的四核Cortex-A55应用处理器集群,既可以独立运行来提供更高的性能,也可以互为冗余备份来提升安全性。

与此同时,V9T配置了4组双核锁步的高可靠Cortex-R5作为安全处理器,主频都达到了800MHz,用于自动驾驶决策控制等需要高实时性和高功能安全等级的软件。

在处理器内核之外,V9T上还集成了AI运算加速单元、视觉运算加速单元以及图形加速单元,这些单元能够对不同类型的算法进行加速,进一步提升自动驾驶系统的性能。

G9系列处理器是专为新一代车内核心网关设计的高性能车规级汽车芯片,采用双内核异构设计,包含高性能Cortex-A55 CPU内核及双核锁步的高可靠Cortex-R5内核,在承载未来网关丰富的应用同时,也能满足高功能安全级别和高可靠性的要求。

此外,G9内置了HSM,包含真随机数发生器和高性能加解密引擎,支持AES,RSA,ECC,等多种国密算法,满足安全启动、OTA、V2X等多种未来车载安全应用的需求。

G9Q是G9系列处理器中的最新型的网关处理器,相比2020年推出的G9X处理器采用的单核CPU,G9Q采用了了四核CPU,能够提供更加充沛的计算能力,承载更多的应用软件运行。在CPU内核升级的同时,G9Q还特别增加了SMMU来支持虚拟化。

而G9V则是G9系列处理器中最新型的跨领域融合处理器,在G9Q的基础上,G9V增加了高清视频输入和显示输出,并配备了高性能3D GPU。域控制器可以通过G9V处理器将核心网关和3D仪表的融合在一起,进一步提高系统的集成度和效率。

7、极氪001自动门:车门也要智能化

此次车展上亮相的新装备中有不少技术可以在生活中的细节上给人们带来良好的体验,极氪001搭载自动车门就是典型的例子。

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▲极氪001

这种自动车门使用起来非常方便,驾驶者只需用手指轻触嵌入式门把手(门把手不会弹出),车门就会自动开启。随后,驾驶者无需伸手去抓车门,只要轻轻踩下刹车踏板,车门就会自动关闭。整个过程非常迅速又轻柔,不会有恼人的噪音,而零部件碰撞造成的振动也会被电吸门装置缓冲到几乎无法感知。如果驾驶者想要下车,只需轻轻拉一下门把手,车门便又会自动开启,开门的过程也如关门那样顺滑。

自动车门不仅可以让人们上下车姿态更优雅从容,有时还能避免事故的发生。想象一下,当驾驶者要开门时有摩托车突然穿过,这种情景若发生在传统汽车上,摩托车驾驶者恐怕会身受重伤,很可能连带着汽车驾驶者和周围无辜行人也遭受无妄之灾,而车辆自己也会受到相当程度的损害。

再想象一下另一种情况,当人们已经下了车准备关门时,其实小孩子或者宠物也想要下车并且已经移动到车门位置了。但是由于视线被阻隔的原因,人们并没有留意到便随手将门关上,有些人甚至会习惯性地“摔门”。这种情景若发生传统汽车上,不知道小孩子或者宠物会受到什么样的伤害。

有了自动车门之后,极氪001的车门上装有两个雷达,雷达会对门的内外两侧进行感知。如果门的两侧出现了障碍物,系统会自动停止车门的运动。只有在门内外都没有障碍物,且都留好了足够的安全空间后,系统才会允许车门继续完成开关动作。

8、宁德时代“掺硅补锂电芯”电池:电量高,不缩水

智己汽车是由上汽、张江高科和阿里巴巴共同出资成立,创始轮融资达100亿元。而智己L7是其第一款电动轿车,定位于高端纯电动汽车市场。

智己表示,这款车搭载了上汽与宁德时代共同研发的“掺硅补锂电芯”电池,这种电池单体能量密度比当下业界主流水平高30%到40%,可达300Wh/kg。而智己L7车型上搭载的容量为93kWh的这种电池,可给这辆长5098mm、宽1960mm的大型轿车带来新国标CLTC工况下655km的续航里程。

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▲智己L7

尽管硅材料在锂离子嵌入或脱出过程中体积膨胀率可以达到300%,容易造成材料表面破损、脱离极片导电网络等问题,然而它在提升电池能量密度方面有着很大潜力。硅基负极的理论比容量最高可达4200mAh/g,远胜过目前业界主流方案中石墨基负极的372mAh/g。而且,硅元素相对来说储量丰富、开采难度不太高,所以不少厂商一直在努力提高负极材料中硅元素的含量,这就是所谓的“掺硅”。

另外,在电池首次充放电过程中,电极材料与电解液会在固液交汇面上发生反应,形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。这种钝化层被称为固体电解质界面膜(Solid Electrolyte Interface,以下简称SEI膜),是电子绝缘体但却是Li+ 的优良导体,Li+ 可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出。

SEI膜不会凭空产生,它的生成是需要消耗一部分能量和物质的。一般来说,SEI膜的化学成分包括ROLi、ROCO2Li等有机物与Li2O、Li2CO3等无机物。可见,形成SEI膜的化学反应是需要消耗掉一部分电池自带的锂离子的,也就是说SEI膜的形成将不可避免地降低电池容量。尤其是对于膨胀率大的硅材料而言,其表面会出现面积更大的SEI膜,消耗掉更多锂离子。

为了克服这点,宁德时代选择了锂带补锂的方式为负极进行“补锂”,这种方式相当于给负极极耳穿上了一层由锂箔制成的“衣服”,这身“衣服”会将形成SEI膜的时候消耗掉的锂离子补回来,尽可能让电池容量不缩水。

9、华为DirveONE电驱系统:三合一,已量产

本次车展中,赛力斯带来了其与华为合作研发的SF5车型,这种车型采用了名为驼峰的智能增程系统,系统包括一台1.5L四缸发动机和华为DriveONE三合一电驱系统。华为DriveONE电驱系统采用一体化设计,集成了电机控制器(MCU)、电机和减速器,包括最大功率为150kW、220kW(此型号采用异步电机)和270kW三种版本。

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▲赛力斯SF5

该系统的亮点之一就是轻量化,150kW版本重量不超过78kg,而220kW版本和动力最强的270kW版本重量也这是不到88kg。尤其是270kW版本,它的功率密度达到了3kW/kg,华为称其重量比业界主流水平低10%。

另一个亮点是效率高。华为表示,在NEDC测试工况下,DriveONE三合一电驱系统的最终效率可达到88%,比业界主流水平高4%。效率表现最亮眼的是270kW版本,它在测试中的峰值效率达到了可观的94.5%。而150kW和220kW版本也不遑多让,二者的峰值效率分别为93.5%和90%。

这套系统还有一个亮点就是静谧性高。华为表示,研发人员使用了AI声辐射拓扑优化和高精度仿真手段,将这套系统的噪音水平控制在了78dB,比业界主流水平低5dB。

值得一提的是,三种版本均满足ISO 26262标准下车辆安全完整性等级ASIL-C级的要求,是仅次于最高等级ASIL-D级的水平。

10、博世氢燃料电池电堆:乘用车商用车通用

本次车展中,博世带来了其最新的氢燃料电池堆。电堆是燃料电池发动机的核心,是氢气和氧气结合并发生化学反应产生电能的场所。目前博世展出的电堆最大功率为81kW,经过电芯数量的堆砌,这套系统的最大功率可达到单堆150kW。

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▲博世燃料电池电堆(后)、电子空压机(右)和空压机电控模块(左)

为了给电堆提供氢气,博世还专门设计了一套集成式的配气装置。它包含了氢气喷射阀、被动引射单元、内嵌式氢气循环泵、排水排气阀和加热模组,高度集成式的设计大大降低了系统的复杂程度,减少了部件之间的连接环节,也就降低了泄露的风险。同时,这套配气装置的功耗非常低,只有1kW左右,属于业界领先水平。

在燃料电池电堆的阴极侧,博世设计了一款高效的电子空气压缩机,它的叶片转轴采用空气轴承,不需要润滑油就能很大程度上降低摩擦,让叶片的最高转速可以较为轻松地达到每分钟12万转,快速为燃料电池提供充沛的空气。此外,博世还为电子空压机设计了专门的电控模块,这种电控模块通过了ASIL-B功能安全评估。

博世不仅带来了氢燃料电池模块,还有与之匹配的独立电机、碳化硅逆变器及动力总成控制单元等。这些关键部件构成了灵活、高效的车辆电气化动力总成解决方案,这些解决方案具有高经济性、低能耗、低噪音的有点,可应用于中重型商用车上。

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▲博世商用车燃料电池动力总成

在轻型商用车上,博世也推出了基于乘用车平台开发的、能够灵活集成到不同动力总成拓扑结构的电动化解决方案,目前这些方案的先导项目已交付部分本土客户使用。

结语:汽车行业电气化智能化进程即将加速

此次车展中大家可以看到,汽车行业电气化、智能化领域是新技术最集中的领域,国内外新老企业均在这两个领域给出了丰硕的成果。其中,中国本土品牌的表现十分亮眼,不管是电池、电驱还是车规级芯片、自动驾驶解决方案上都有本土产品亮相,体现了本土品牌强大的创新力与执行力。

中国有着潜力最大的汽车市场、利好汽车行业发展的政策和雄厚的人才储备,可以预见,中国将继续坚定走自主研发的道路,并加深与多方伙伴的合作,努力建设绿色交通、智能出行的新景象。

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