新能源汽车工程专业导论 课件 第1章 绪论

第一章绪论1.1新能源汽车发展历史1.2我国新能源汽车发展概况1.3新能源汽车工程专业课堂主线：历史规律—产业演进—专业认知本章内容学习目标与重点难点了解：新能源汽车和智能驾驶的主要发展节点。理解：技术、市场、产业链、基础设施与政策如何共同推动产业演进。认识：新能源汽车工程专业的属性、研究对象和学习要求。重点：建立全球—中国—专业三层知识框架。难点：从历史事件中提炼规律，避免只记年份和企业名单。1.“第一辆电动车”为什么存在多种说法？2.早期电动车一度受欢迎，为什么后来让位于燃油车？3.中国新能源汽车为什么能形成规模优势？4.新能源汽车工程专业究竟要解决哪些工程问题？导入：1.1

新能源汽车发展历史本节不要求机械背诵所有年份。请关注三条线索：技术线：电机—储能—功率电子—控制与软件。产业线：样机—产品—规模制造—全球供应链。规则线：封闭场景—道路测试—产品准入—责任边界。1.1新能源汽车发展历史电驱动先从模型验证开始1828年，匈牙利发明家阿纽什·耶德利克把早期电磁旋转装置安装在模型车上，证明“电可以驱动车轮”。应准确理解：这是一台模型装置，不是可供乘坐和道路使用的汽车。历史意义在于验证电驱原理；工程局限在于电源、材料和制造条件尚不成熟。1828年耶德利克电驱模型1.1新能源汽车发展历史可充电电池使电动车走向可乘用1881年，古斯塔夫·特鲁夫在巴黎公开展示由可充电铅酸电池和直流电机驱动的三轮车。它是早期可乘用纯电动车的重要里程碑。系统组合由“电源—电机—车辆”构成，已经具备现代电动车动力系统的基本逻辑。1881年特鲁夫电动三轮车1.1新能源汽车发展历史实用化探索暴露了储能瓶颈19世纪80年代，托马斯·帕克、安德烈亚斯·弗洛肯等开展了可充电电池车辆实践，推动电动车由模型走向可乘用和可道路运行。当时铅酸电池质量大、能量密度低、成本高，车辆续航和载荷受到明显限制。启示：一个先进概念只有在核心部件、制造能力和使用条件同时成熟时，才可能成为规模化产品。19世纪80年代的早期电动车实践1.1新能源汽车发展历史对比维度早期电动车表现工程含义启动与操纵起步平顺、操作相对简便适合城市短途使用噪声与排放本地低噪、无尾气人口密集区体验较好储能系统铅酸电池笨重、续航有限核心技术瓶颈补能条件充电慢、设施不足使用边界明显成本车辆和电池价格较高难以快速普及结论单车体验有优势产业化还需系统配套（早期电动车体验友好，但系统条件尚不成熟）为什么燃油汽车后来占据主导？液体燃料能量密度高，补能速度快。内燃机、变速器和道路燃料供应体系持续成熟。流水线生产降低了整车成本，规模效应不断扩大。技术竞争不是单一部件比较，而是车辆、能源、基础设施和商业体系的竞争。1.1新能源汽车发展历史（20世纪的电动车并未消失）1901年前后：开始探索内燃机与电机组合的混合动力思路。20世纪中后期：电子技术、新材料和环境问题推动电动车研究恢复。1960—1970年代：再生制动、新型电池等技术进入试验车辆。1996年：通用EV1验证专用电动平台，但仍受到电池、成本、油价和市场条件限制。

历史规律：每次复兴都由新的核心部件或外部约束推动。案例：EV1为何未能持续普及技术：电池续航、寿命和成本尚未形成综合优势。市场：低油价削弱了消费者转换动力。设施：充电网络和维修服务没有同步形成。产品：单一车型难以独立改变产业生态。案例结论：样车成功、产品成功和产业成功是三个不同层次。1.1新能源汽车发展历史锂离子电池与系统集成带来现代转折21世纪初，锂离子电池的比能量、寿命和规模制造能力持续改善。2008年，TeslaRoadster展示了纯电动车的续航与性能潜力，使市场重新认识电动车。同一时期，比亚迪F3DM、E6等车型展示了插电式混合动力和纯电动两条路线。真正的转折并非来自某一辆车，而是电池、功率电子、控制、充电设施和规模制造同步进步。比亚迪E6：早期量产纯电动车型示例1.1新能源汽车发展历史概念系统承担的任务驾驶员或系统责任L1—L2辅助驾驶持续辅助纵向或横向；L2可同时辅助驾驶员全程负责并监控L3有条件自动驾驶条件满足时执行动态驾驶任务接管请求出现时需响应L4高度自动驾驶限定运行设计域内独立完成超出范围应进入最小风险状态L5完全自动驾驶全部道路和环境概念上的全域自动化课堂判断量产“高阶智驾”不等于无人驾驶必须看功能边界和说明书安全底线不用营销名称替代技术分级按系统能力和责任边界使用（辅助驾驶与自动驾驶不能混为一谈)1.1新能源汽车发展历史限定场景比开放道路更早落地1997年，ParkShuttle在荷兰史基浦机场特定区域开展自动接驳。车辆依赖固定路线和明确的运行环境，实现无方向盘、无踏板的自动运输。它的价值不在于“替代所有驾驶员”，而在于把道路、速度、交通参与者和任务范围限制在可验证边界内。ParkShuttle：限定区域自动接驳1.1新能源汽车发展历史道路测试推动自动驾驶系统集成2005年DARPA挑战赛及其后续团队积累，推动自动驾驶由单项算法走向系统集成。2009年谷歌启动项目，在改装车辆上验证激光雷达、摄像头、雷达、定位和计算平台的融合。2010年前后，欧洲高校和研究机构开展公共道路演示。技术进步同时提出新的问题：测试许可如何发放？事故责任如何划分？系统能力如何向用户准确说明？谷歌早期自动驾驶测试车2012年，美国内华达州向自动驾驶测试车辆发放道路测试许可，表明技术研发开始进入制度化测试阶段。2015年前后，L2级辅助驾驶功能逐步进入量产乘用车，自适应巡航、车道保持等功能扩大了公众认知。必须强调：L2仍是驾驶辅助。驾驶员不能脱离驾驶任务，功能名称和营销表述不能替代技术等级与责任边界。1.1新能源汽车发展历史自动驾驶上路必须明确安全责任主体必须回答的问题系统能做什么，何时退出驾驶员是否持续监控并接管企业是否准确说明能力边界1.1新能源汽车发展历史区域2024年电动汽车销量市场特征全球超过1700万辆新车销量占比超过20%中国超过1100万辆接近全球销量的2/3欧洲新车销量占比约20%补贴调整后增长趋缓美国约160万辆新车销量占比超过10%其他市场约130万辆同比增长接近40%统计口径BEV+PHEV乘用车来源：IEA2025(2024年全球电动汽车市场呈现“一强、多极、扩散”)1.1新能源汽车发展历史产业集群来自系统协同全球新能源汽车生产向少数区域和城市群集中，原因是产业条件能够相互强化。形成产业集群的五个条件:(任何单项条件都难以长期支撑竞争力，关键在于整车、部件、人才和市场协同。)规模化市场和稳定需求整车企业牵引动力电池、电驱、芯片等供应链充换电、物流和测试设施工程人才、研发平台、标准与政策环境1.1新能源汽车发展历史全球生产分布：区域产业条件中国：规模市场与完整产业链协同

中国新能源汽车产品示例

2024年，中国电动汽车销量超过1100万辆，接近全球销量的三分之二。大市场、整车制造、动力电池、电驱和充电设施相互促进，使产品迭代和规模制造速度加快。产业空间上，长三角、珠三角及中西部若干城市形成集聚。观察重点不在背诵城市排名，而在理解整车、核心部件、研发、物流和市场如何协同。规模领先以后，更要把优势转化为质量、安全、标准和品牌能力。1.1新能源汽车发展历史全球生产分布：区域产业条件欧洲：传统汽车工业加速电动化德国、法国等拥有成熟的整车制造、零部件和品牌体系，电动化主要通过平台更新、工厂改造和供应链调整推进。2024年欧洲电动汽车销量占新车销量约五分之一，部分国家在补贴调整后增速放缓。欧洲的优势是工程制造、法规体系和品牌积累；面临的挑战包括成本、需求波动、电池供应链和转型节奏。1.1新能源汽车发展历史全球生产分布：区域产业条件美国：创新企业与传统车企并行美国形成了创新企业、传统车企、软件与芯片生态并行的格局。特斯拉通过整车、软件和制造方式创新扩大市场影响，传统企业也在建设电动平台和电池供应链。2024年美国电动汽车销量约160万辆，新车销量占比超过10%。产业发展同时受到税收政策、供应链本地化和市场需求变化影响。特斯拉Model31.1新能源汽车发展历史区域产业特征主要形成条件中国规模化生产与完整供应链大市场、产业链、基础设施欧洲传统工业体系电动化制造基础、法规、品牌转型美国创新企业与传统车企并行资本、软件生态、政策新兴市场生产和消费加快增长成本、市场增长、国际布局共同规律生产向产业集群集中整车—部件—人才协同判断标准产量不等于全部竞争力还要看技术、质量与品牌区域路径不同，但竞争都指向系统能力1.2我国新能源汽车发展概况学习本节要回答四个问题：我国从哪些早期样车和科研项目起步？政策、技术、市场、产业链和基础设施怎样共同作用？整车企业、核心供应商和科技企业分别承担什么角色？评价产业现状时，怎样避免混用不同统计口径？1.2我国新能源汽车发展概况早期探索首先解决“能不能做出来”样车验证与国家科研布局（20世纪90年代—2012年）20世纪90年代，“远望号”纯电动客车等项目开展样车验证。样车下线代表工程探索取得阶段成果，但不能等同于成熟产品和规模产业。2001年，国家电动汽车重大专项形成“三纵三横”研发布局；随后逐步建立准入管理、示范推广和产业规划。工程启示：国家战略要通过共性技术攻关、测试验证、标准和产业分工转化为产品能力。“远望号”纯电动客车1.2我国新能源汽车发展概况从样车探索走向面向消费者的产品2006年前后，比亚迪F3E等纯电动车探索受到电池成本、续航和充电条件制约。2008年，F3DM实现插电式混合动力产品上市，成为我国早期面向私人消费市场的重要实践。插电式混合动力在当时的工程价值，是利用外接充电和燃油补能的组合降低续航焦虑。评价一条技术路线，应结合用户场景、能源条件、成本和排放，而不能只比较动力形式名称。比亚迪F3DM（书稿图1-7）1.2我国新能源汽车发展概况自动驾驶由样车研究走向道路验证20世纪90年代，ATB-1等自动驾驶试验样车开展了早期自主行驶研究。2011年前后，红旗HQ3平台车辆完成长距离高速公路测试，验证感知、决策与控制的系统协同。这些项目可称为我国自动驾驶发展的早期里程碑，不宜简单包装为没有争议的“第一辆”。技术路径：实验室算法—样车集成—封闭测试—开放道路验证。红旗HQ3自动驾驶测试车辆（书稿图1-8）1.2我国新能源汽车发展概况示范演示必须进一步转化为规范验证宇通智能驾驶电动客车2015年，宇通客车开展开放道路自动驾驶测试。2016年，国家智能网联汽车（上海）试点示范区投入运营，测试开始向场景化、规范化发展。工程验证不能只看车辆“跑起来”，还要明确测试场景、评价指标、安全员、故障处置和数据记录。测试场建设的意义，是让不同系统在可重复条件下比较和改进。1.2我国新能源汽车发展概况商业化应用必须明确运行设计域阿波龙：限定区域自动驾驶巴士

2018年，百度与金龙合作的“阿波龙”在园区等限定区域开展自动驾驶接驳，是特定场景应用的重要探索。限定区域内的L4能力不能外推为任意道路上的完全自动驾驶。此后，L2级辅助驾驶在国内新能源乘用车上加快普及，带动传感器、计算平台和软件供应链发展。产业进步不代表责任消失：产品必须清楚说明系统边界，驾驶员必须按功能等级使用。1.2我国新能源汽车发展概况阶段时间主要特征技术探索20世纪80年代末—2000年科研项目与样车验证国家布局2001—2012年“三纵三横”、示范与准入市场培育2013—2020年销量增长、企业和供应链成长市场驱动2021—2024年渗透率提升、产品快速迭代高质量发展当前安全、效率、出海与标准能力观察方法贯穿各阶段同时看技术、产业链和规则我国新能源汽车由科研布局走向市场驱动1.2我国新能源汽车发展概况我国新能源汽车工业的发展历程阶段一：战略布局与技术探索（2001—2012年）这一阶段的中心任务是建立技术体系和产业规则。“三纵”：燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车。“三横”：多能源动力总成、驱动电机、动力电池。随后逐步形成生产准入、示范推广和中长期规划。阶段特征：政策和科研项目牵引，市场仍处于培育期。1.2我国新能源汽车发展概况我国新能源汽车工业的发展历程阶段二：市场培育与产业成长（2013—2020年）示范推广和消费政策扩大市场规模，新能源汽车销量持续增长。传统车企加快转型，造车新势力进入市场，产品形态和商业模式更加多样。动力电池、电驱、电控等核心供应链快速成长，规模制造能力逐步形成。阶段特征：政策仍发挥重要作用，市场竞争和产业链能力开始成为主要推动力量。1.2我国新能源汽车发展概况我国新能源汽车工业的发展历程阶段三：市场驱动与高质量发新能源汽车新车销量占比快速提升，产品由“能用”转向安全、效率、智能化和体验竞争。纯电、插电式混合动力和增程式等路线并行发展，用户场景更加细分。产业关注点由规模增长扩展到质量可靠性、补能效率、数据安全、回收利用和全球化经营。阶段特征：市场成为主要驱动力，标准、品牌和系统能力决定长期竞争力。1.2我国新能源汽车发展概况用一致口径读取2024年产业数据2024年我国汽车与新能源汽车关键指标指标2024年数值同比变化教学解读汽车产量3128.2万辆+3.7%行业总体保持增长汽车销量3143.6万辆+4.5%市场规模稳定新能源汽车产量1288.8万辆+34.4%电动化转型加快新能源汽车销量1286.6万辆+35.5%产销基本匹配新能源新车销量占比40.9%+9.3个百分点由增量进入主流市场中国品牌乘用车份额65.2%+9.2个百分点品牌竞争力提升全球电动汽车销量超过1700万辆超过+25%全球市场继续增长中国电动乘用车销量超过1100万辆接近+40%IEA乘用车口径口径提醒中汽协“新能源汽车”含国内行业统计不可与IEA直接相加结论规模优势明显增速较快继续关注质量与安全1.2我国新能源汽车发展概况产业增长由五股力量共同推动销量增长是结果，背后是技术、市场、产业链、基础设施和规则体系共同作用。五类驱动因素：(分析产业时要建立因果关系，不能把所有变化简单归因于补贴或某一家企业。)电池、电驱、控制和制造技术进步消费者需求与产品供给扩大完整供应链和规模制造能力充换电与服务网络改善产业规划、准入、标准和绿色发展目标1.2我国新能源汽车发展概况产业竞争转向生态协同新能源汽车产品背后包含多类主体：整车企业负责产品定义与系统集成；动力电池、电驱、电控和传感器企业提供核心系统；软件与通信企业参与智能化；充换电、维修和回收企业保障全生命周期运行。判断产业能力，应同时看质量、成本、开发效率、软件迭代、服务网络和合规能力，而不是只比较品牌数量。1.2我国新能源汽车发展概况产业主体核心资源观察重点传统汽车集团制造、质量、供应链和渠道转型速度与系统整合新能源整车企业产品定义、软件和用户运营持续投入、质量与安全科技与平台企业通信、芯片、云和算法与整车企业的责任边界核心零部件企业电池、电驱、电控和传感器性能、一致性和工程验证基础设施与服务企业充换电、维修、回收和运营覆盖、标准和全生命周期结论产业生态协同不以企业名单代替分析不同企业依靠的核心资源并不相同1.2我国新能源汽车发展概况产业链环节安徽布局观察对学生的启示整车制造合肥、芜湖等形成整车集聚系统集成与制造基础重要电池与核心部件合肥、蚌埠及县域零部件集群需要机械、电气和材料协同智能网联合肥、芜湖推进“双智”建设软件、数据与安全同样重要测试与服务研发、检测、售后和回收协同重视验证、质量和标准区域协作“合肥—芜湖”双核、多点支撑建立产业链和团队视角学习任务选择一家本地企业识别其链条位置与能力需求安徽产业集群让专业学习具有现实坐标增长越快，工程师越要守住底线安全底线：高压、电池热安全和驾驶辅助不能以试错代替验证。质量责任：问题必须可追溯、可复现、可闭环。数据与伦理：尊重隐私，准确说明系统能力，不夸大宣传。绿色责任：同时考虑能耗、材料、回收和全生命周期影响。专业认同不只是产业自豪感，更是对公众安全和社会利益负责。1.3新能源汽车工程专业新能源汽车工程是面向电动化、智能化和绿色交通需求设置的新工科专业，研究新能源汽车及其关键系统的设计、制造、测试、控制和应用。在本科专业体系中，它属于工学门类、机械类，专业代码为080216T。专业的核心不是学习某一种车型，而是运用多学科知识解决整车与关键系统的复杂工程问题。1.3新能源汽车工程专业层级代码或内容含义本专业位置学科门类08工学用工程方法解决实际问题所属门类专业类0802机械类机械系统设计、制造与控制直接所属本科专业080216T新能源汽车工程本专业T标识特设专业面向产业和国家新需求不代表“临时专业”相邻专业080207车辆工程覆盖更广的车辆工程共享机械基础相邻专业080214T智能车辆工程侧重智能与网联存在交叉数理基础数学、物理、力学描述与分析规律大一—大二工程基础机械、电工电子、控制、编程形成工程工具大二—大三专业核心电池、电驱、电控、整车集成解决专业问题大三综合实践设计、测试、仿真、项目形成能力证据大三—大四价值要求安全、伦理、可持续发展工程师责任贯穿全过程专业代码不是标签，而是一张知识与能力地图1.3新能源汽车工程专业专业能力来自多学科协同一项整车问题往往同时跨越机械、电气、材料、控制和软件边界。五类知识各自解决什么问题？(学生不必一开始成为所有方向的专家，但必须理解系统接口、约束条件和验证证据。)1.机械与力学：结构、载荷、振动和制造2.电气与电子：能量变换、高低压系统3.材料与热科学：电池材料、热管理与安全4.控制与软件：状态估计、协调控制、智能化5.标准与工程管理：质量、法规、成本与项目协同1.3新能源汽车工程专业研究对象典型工程问题需要的工程证据整车架构能量、动力、空间怎样分配系统方案与仿真结果动力电池系统安全、热、续航和寿命如何平衡试验数据与使用边界电驱系统效率、功率密度和控制如何协调效率图与台架结果整车控制多能源和执行器如何协同控制逻辑与验证记录智能网联系统感知、通信和人机边界如何设计场景测试与安全分析工程应用质量、成本、法规如何闭环标准、报告与问题闭环本专业研究的是整车系统及其关键接口1.3新能源汽车工程专业电动化改变车辆的能量来源和动力系统，智能化改变感知、决策、控制和人机责任边界。传统单一学科难以覆盖整车架构、电池、电驱、电控、软件、测试与安全的全部接口。因此，新能源汽车工程专业强调多学科基础、系统集成、工程验证和持续学习。设置专业的目标不是追逐热点，而是培养能够对复杂工程问题负责的人才。产业变化对应的系统工程问题电动化能量管理与高压安全智能化感知、决策与人机责任软件化功能迭代、网络与数据安全低碳化能耗、材料与全生命周期产业变革提出新的系统工程问题新中国汽车工业建设需要车辆设计、制造和运