“后汽车时代”的发展历程及未来展望

摘要 本文从技术发展的角度讲述了电动车成为大趋势的原因。行文上，先从对“汽车”一词的正本清源切入，分析了当前汽车行业的形势及所面对的挑战。此后，按发展先后顺序，依次梳理了后汽车时代的发展阶段及主要代表形式——油电混合动力汽车，插电式混合动力汽车、增程式汽车，纯电动汽车的历程、优势及未来趋势等，并对比纯电动车在造型设计上区别于传统燃油汽车的特质。最后，对汽车行业的发展进行了一定的合理展望。

关键词 汽车；新能源车；电动车；造型设计

中图分类号：U461

The Development History and Future Prospects of the "Post Automotive Era"

Abstract: This article discusses the reasons why electric vehicles have become a major trend from the perspective of technological development. In terms of writing, starting with a thorough understanding of the term "automobile", this article analyzes the current situation and challenges faced by the automotive industry. Afterwards, according to the order of development, the development stages and main representative forms of the post automotive era were sorted out in order - the history, advantages, and future trends of hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, extended range vehicles, and battery electric vehicles. The characteristics that distinguish a BEV from traditional fuel vehicles in terms of design were compared. Finally, a reasonable outlook was made for the development of the automotive industry.

Keywords：automobile; new energy vehicles; electric vehicles; styling design

【作者简介】

王奥（1996-）男，吉林吉林人，吉林大学汽车工程学院硕士研究生，研究方向：汽车造型与空气动力学，wangao23@mails.jlu.edu.cn

1.引言

1900年，费迪南德•保时捷设计制造了世界上第一辆油电混合动力汽车，这辆名为Lohner-Porsche的原型车还实现了人类历史上诸多首次：首辆四轮/全轮驱动汽车、首次采用轮毂电机、首次实现驱动系统模块化。其Lohner-Porsche System从原理上算是串联/增程式混合动力的鼻祖。即便在一百多年后的今天，其对应的轮毂/轮边电机独立驱动单元、滑板底盘等概念也是相当新潮。 当今一些消费者抨击电动汽车的离经叛道，殊不知自1886年汽车被发明后，从内卡尔河畔走向全世界的二十多年里，电驱动汽车凭借对烧着本生灯油的竞争者的优势，一度成为主流并受到追捧，还曾经打破过汽车极速纪录！

图1 Lohner-Porsche原型车

图片来源：汽车之家

计算机和互联网引领了信息革命，“物质、能量、信息”三驾马车中的另两者也并未停滞不前。三电技术和软件的发展速度远超传统汽车用内燃机和替代燃料。电动汽车对传统汽车市场看似的“入侵”，实则是必然的趋势；除去弯道超车及能源安全等考量外，电动化单从历史和技术的角度看，也都可谓正本清源。

2.“汽车”一词的起源

要说汽车发展，还得从“汽车”这个词本身说起。

中文的“汽车”可以对应英文中的许多词：car、motor vehicle、automobile……国内许多院校的“汽车工程”、“车辆工程”专业对应的英译是“vehicle engineering”，但论哪个词最准确、最官方，不妨参考各国汽车工程学会的缩写“SAE”，A代表automotive——相当中性的词汇，直译成中文是“自动运动”。

由此不难看出，“汽车”中的“汽”，更有可能是当年翻译者的臆断。相较而言，日文中的“自动车”显得准确而更有远见些；而在汽车的故乡德国，目前使用比较多的词汇是Wagen/Wagon和Fahrzeug, 前者原意是火车车厢，后者直译为“驾驶工具”。至于我国法律条文中“机动车”这一用词，就较为讨巧了。如果给“汽车”这个词一个相对准确的定义应为：通过化学能转化为热能（主要是燃烧）的方式，使气体膨胀对机械做功，并直接用于驱动的车辆。只是一百多年来，原本不甚准确的翻译，已成为一种约定俗成，进而演化成一类由特定动力装置驱动或牵引、在道路上行驶的轮式车辆的通俗总称了。

3.当前汽车行业的新形势及所面对的挑战

在十年前，几乎所有人都会将“机动车”和“燃油车”等同起来。但随着环境保护诉求的日益迫切，各国出台了越来越严格的汽车尾气排放标准，仅凭借纯燃油发动机驱动车辆并满足环保标准在工程上变得愈发艰难。随着时代的进步，电池和电驱电控技术的发展，以电动汽车为首的新能源汽车越来越多地出现在我们的生活中。

据悉，我国目前首份停售时间表是2030年，届时海南岛全岛全面禁止销售燃油汽车。并且除特殊用途外,全省公共服务领域、社会运营领域车辆全面实现清洁能源化,私人用车领域新增和更换新能源汽车占比达100%。海南省也就成为国内首个宣布未来将停售燃油车的省份[1]。此外，我国早在2009年出台的《汽车产业调整和振兴规划》便明确提出推广使用节能和新能源汽车，启动国家节能和新能源汽车示范工程，由中央财政安排资金给予补贴，支持大中城市示范推广混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车等节能和新能源汽车。县级以上城市人民政府要制订规划，优先在城市公交、出租、公务、环卫、邮政、机场等领域推广使用新能源汽车；建立电动汽车快速充电网络，加快停车场等公共场所公用充电设施建设[2]。并且，我国曾在较长时间内、特别是2013-2022年间，对纯电动汽车的推广力度相当之大。

中国汽车工程学会每年都会举办的大学生方程式系列赛事，是培养未来我国汽车工程师的平台，各大理工类高等院校都会组织学生参加。但自2018赛季起，清华大学和北京理工大学两所汽车专业的顶尖院校均更加关注电动方程式和无人驾驶方程式组别。此外，高校在课程、专业、研究方向上也开始发生了一些变化。以笔者所在的吉林大学汽车工程学院为例，近年来相继增设了动力电池热管理、自动驾驶等新的研究方向。由此可见汽车行业的这种变化，已经反映在高等院校对于人才的培养上。

传统燃油车的逐渐消亡，几乎是不可逆转的趋势。如果按照狭义的“汽车”定义，我们正在步入“后汽车时代”。

4.新能源汽车的发展历程

接下来依照先后顺序，盘点一下新能源汽车的发展历程、各种形式的优势及发展趋势。

4.1 “后汽车时代”的第一阶段——以油电混合动力汽车为代表

各类早期新能源汽车（尤其是油电混合动力汽车，HEV）的出现和发展是“后汽车时代”的第一阶段。1900年代那些靠电驱动的老爷车显然是不属于这一阶段的。这一阶段的开始，应该以1997年第一代丰田普锐斯为标志，丰田普锐斯可以说是世界上第一款实用化且广为消费者接受的油电混合动力车。混合动力汽车有双份动力源，可以充分发挥内燃机和电动机各自优势，根据不同工况自动匹配最高效的工作模式。由于动力电池容量较小（通常在2度电以内），依靠发动机及制动能量回收足以满足发电而不需要外接电源补能。经过了十余年的发展，混合动力汽车逐渐走向成熟。故大约在2015年，也就是大众排放门这个标志性事件发生后，国内外的油电混合动力车市场迎来快速增长——仅靠改进传统内燃机技术以适应越来越严苛的排放标准将变得非常困难，大众如此，其他厂商亦然。

图2 第一代丰田普锐斯

图片来源：汽车之家

混合动力汽车不需要过大过重的电池，无需忧续航里程之虞，与传统动力车型共享大部分设计，成本和品质易于控制，这对于厂商和用户都是好事。更为重要的是在各国纯电动汽车的配套设施建设相对不完善的情况下（充电桩标准和规格尚且未全球统一，目前仅在各大市场如中美欧盟内部实现，更不必说路面充电等新兴技术）。于是此类在一定工况下效率和环保表现接近纯电动车，又可以在当前环境下便利使用的混合动力汽车便广受欢迎（氢燃料电池汽车也进行了实用化推广，但目前全世界应用范围非常有限，故在此不做讨论）。

4.2 “后汽车时代”的第二阶段——以插电式混合动力和增程式汽车为代表

插电式混合动力汽车及增程式汽车的商业化推广应用是“后汽车时代”的第二阶段，这一阶段距今不过十数年。随着动力电池技术的不断进步和排放法规的日益严苛，加之此时九十年代注册的混合动力关键专利相继到期，继丰田普锐斯之后，越来越多的厂商相继加入到探索、研发、制造新能源汽车的行列中，其品类也逐渐增多，插电式混合动力汽车（PHEV）就是其中的主要代表。比亚迪2008年发布了全球第一款量产插电混动技术车型——F3DM；紧接着美国通用汽车公司2009年发布了全球首款量产增程式汽车雪佛兰Volt，至此这种动力形式也受到了越来越多的关注。世界各大汽车消费市场的产品也反映出不同的特点和消费者喜好，例如欧洲特色的柴油混合动力。

图3 比亚迪F3 DM（左） 图4：雪佛兰 volt（右）

图片来源：汽车之家

这一阶段的新能源汽车电驱动比例加大，可视为从油电混动到纯电动的过渡阶段。虽是过渡，却可能存在十数年乃至更久，故对其进行研究也有相当的必要性。插电式混合动力汽车可以视为油电混动的一次进化，以尽可能地延续传统汽/柴油发动机在汽车市场上的存在时间。它增设了慢充和快充接口，改用了大容量动力电池，使得纯电续航里程可以达到数十公里起乃至更远，综合燃油经济性更佳。目前市场上的最新型插电式混合动力汽车产品采用插混专用发动机及变速箱，效率也相应变得更高。而增程式可以视为在目前世界各国配套基础设施建设滞后加之电池技术有待进一步发展大背景下的权宜之计，既可以解决中短途的纯电运行，又可在长途出行匮电时发动机充当增程器，从而在全周期内获得媲美燃油车的便利性。

值得注意的是，目前无论是插电式混合动力汽车还是增程式电动汽车，都有动力电池容量不断加大，纯电续航持续增加的趋势。这些车型因其在当下具有更好的综合能耗表现，同时又可以充分利用动力电池进行外放电扩展用车场景，因而近年来成为意欲体验新能源汽车又有续航顾虑用户的首选。

4.3 “后汽车时代”的第三阶段——以纯电动汽车为代表

纯电动汽车的推广和全面普及是“后汽车时代”的第三阶段。2013年出现的特斯拉MODEL S可视为当年纯电动汽车综合性能的巅峰之作。十年来，纯电动汽车的发展日新月异，续航里程不断增加，制造成本不断降低，充电效率不断提高。目前已能够做到和同级别燃油车价格接近的前提下，拥有优于燃油车的性能和不亚于燃油车的续航里程。

图5 特斯拉model s

图片来源：特斯拉官网

纯电动汽车的补能方案也存在一定分歧，目前主要是800V及以上为代表的超充模式与换电模式之争。

超充模式相比目前更为普遍采用的400V电压充电效率大幅提高（配合4C、5C电池尤甚）、同样横截面积线路发热量更低、行驶中能耗更低、基础设施所需投入相对较小，故在2022年碳化硅价格大幅度降低的背景下越发受到各主机厂的青睐。其缺点在于出于综合考量，超充技术只能在一定区间实现快速补能，这样便大大增加了充满的总时长。此外超充站的建设需要更大功率容量的支持，以建设一个8×800V超充桩为例，至少需要申请2000KVA的电容量，而事实上很多地方的充电桩群只能上报630KVA的容量，倘若大面积推广，目前看对波峰期电厂及电网也是个严峻挑战。

图6小鹏超充站

图片来源：汽车之家

现阶段部分厂商出于减轻用户里程焦虑及立足于现有技术实现快速补能的考虑，区域性或全国性地建设了换电站。不可否认换电模式在当下有其不可替代的优势，如：换电时间与加油相当，比充电快很多；换电站电力容量的利用率是充电站的 2-3倍以上；换电站优化了电池充电电流，降低充电损耗，延长了电池寿命；换电站是最佳的储能应用，晚上低谷时充好电，白天再换给用户，节省大量电费；换电站能参与电网调节，削峰填谷，调频调峰，帮助电网消纳更多风电光伏等清洁能源[3]，可谓一举多得。

图7 蔚来换电站

图片来源：蔚来官网

然而即使在超充技术不断发展推广的大背景下，换电模式在未来相当一段时期或许并不会完全退出历史舞台。但在电池尺寸、协议这些问题没有统一标准的情况下，没有一家车企有足够的资金和精力独自完成高密度的换电站铺设工作。当下将换电模式和超充技术结合起来以扩大优势不失为一种选择——既可超充应急，又可在有换电条件时免下车便得以实现更快速补能。

未来随着超充技术的普及和优化及固态电池技术的突破、制造成本的降低，补能效率和续航里程这电动汽车最后的短板也将被补齐。在配套设施继续建立、逐步完善充电网络之后，单从工具的角度来讲，燃油车已经没有存在的意义和必要。

5.自动驾驶领域的发展

车辆本身的电动化也促进了无人驾驶技术的高速发展。最早由美国SAE International于2014年1月制定的J3016自动驾驶分级标准设想正一步步变为现实。即使在传统燃油车上，转向和制动助力器等设备的电动化也为至少L2级别的辅助驾驶提供了控制和操纵层面的硬件基础。各类电机的应用将取代很大一部分机械传动结构，电机在系统控制与调节、反馈与响应速度、准确度和稳定性方面相比内燃机及其附属的液/气压设备都具有优势，这为无人驾驶技术的发展、应用与推广提供了良好的条件和优渥的土壤。加之信息技术的不断发展和芯片算力的不断提升，如今（2024）技术层面实现完全无人驾驶已几无障碍。

图8 自动驾驶分级表

图片来源：汽车之家

6.“后汽车时代”的汽车造型变化

最后，在“后汽车时代”，纯电动汽车外观和内饰造型设计也出现了一些不同于传统燃油车的变化。

首先是前脸造型方面，由于取消了内燃机，不再需要庞大的进气口，前脸会产生明显变化。这种变化发端于十年前的特斯拉产品。目前主要有两个设计方向：传统汽车品牌因家族化设计传承的考量，往往倾向于以抽象化形象保留进气口位置造型，内部封闭或辅以灯语；而新势力品牌如特斯拉、蔚来等因未参与过燃油车时代的市场，故没有传统品牌的思想包袱，目前绝大多数更倾向于采用取消进气口位置设计，转而采用全封闭结构的思路，使得造型更加简洁、一体。

其次是车身、轮毂造型方面，变得更加接近理想的空气动力学造型、外表面更加圆润饱满封闭以减小风阻。气动阻力与车速的平方成正比，即随着车速的升高，气动阻力所消耗的能量占总消耗的比例会越来越大[4]。当车辆在80km/h的速度行驶，就要有60％的动力输出用来克服风阻，随着车速的增加，这个比例还会快速上升。对于电动汽车，实验数据表明，汽车风阻系数每减少0.01，续航大致可增加7公里，高速工况下尤甚。故新能源车在动力电池技术一定的情况下，目前均在竭力通过各种具体手段降低风阻以增加续航。

此外是由于电动机尺寸相比内燃机小得多，从而底盘布局变得更加灵活，给设计师留下了更大的造型发挥空间，可以实现四轮四角的设计以获得极致的空间利用率，亦或是燃油车时代工程上难以实现的某些天马行空的构想。

再就是车辆仪表板造型设计，由于电气化、技术进步、功能增多、科技感营造及时代审美变化，采用触控大屏来集成各种功能控制成为了新风尚、新趋势。

最后是CMF方面，材质、色彩搭配上力求简约、舒适，更加注重细节，追求一种洗去浮华的自然之美，也是对繁忙的现代社会的一种心理补偿，用技术软性的一面去平衡硬性的一面。从近年各大国际车展发布的新车来看，内饰造型设计趋势是追求简约风格，同时注重多种材质的应用和搭配。因此如何使汽车内饰变得更加富有科技感并使整个内饰更加简约，是汽车内饰设计面临的一个首要问题[5]。

7.“后汽车时代”的未来发展

汽车完全实现电动化以后如何发展？

这个问题看似有些遥远。众所周知，目前汽车正朝向智能化、网联化、电动化、共享化方向发展。基于这一行业变迁大背景，笔者做出如下展望：

1.更高阶辅助驾驶、最终实现完全自动驾驶（L5）将成为发展趋势。未来的自动驾驶技术通过集成传感器、雷达和摄像头，自动驾驶汽车可以感知周围环境，识别行人和车辆，做出判断和决策，实现真正的无人驾驶。自动驾驶可以减少交通事故，提高出行效率；

2.交通工具与人居系统的界限也将因此变得模糊，得益于自动驾驶的普及，车内不再有驾驶员，每个人都是乘客，这将引发车辆内部设计革命，或许汽车将成为一个移动的休息空间，也可以成为个人乃至家庭最大的一件电器产品；

3.未来汽车市场的趋势将更加多元化。除了品质、科技和绿色出行方式，越来越多的消费者希望能够根据自己的喜好和需求来定制汽车，从车身颜色到配置选项乃至造型都能够个性化选择。得益于增材制造技术的不断进步和生产效率的不断提高，“柔性化生产”+“滑板底盘”使得个性化定制在“后汽车时代”成为可能。这种定制化的需求不仅满足了消费者的个性化追求，也提供了汽车制造商更多的销售机会；

4.交通工具的财产属性将被淡化。例如，可在空闲时间用于载客，既有经济效益又在一定程度上缓解了交通拥堵和停车难问题；

5.从技术进步和人的需求两方面综合来看，“泛交通工具”会是一个重要发展方向。这即是说，汽车和其他交通工具之间的界限将被打破而成为交通系统的一个子模块。在万物互联的加持下，交通工具将会非常多元化，不再囿于现有的某一种形式。

8.结束语

人类运用真正意义上的汽车的历史不过一百多年，从电动汽车与内燃机车并举，到内燃机车成为主流而电动汽车在市场份额上暂时近乎退出历史舞台，再到现如今电动化时代的卷土重来，每一次变革都可视为基于当时历史条件下的技术路线选择。汽车作为具有实用意义的工业产品，造型的发展既是时代审美持续演变的结果，又是科学技术不断进步下的产物。汽车造型的形式要服从于工程结构和使用功能，这便是电动汽车造型上会区别于以往燃油车的底层逻辑，而人们审美观念的转变往往是渐进式的，这就使得多数人接受全新的形式需要一个过程。时至今日，汽车的概念变得模糊的同时，却更加贴近“automotive”的本意。

或许，这才是真正意义上的后汽车时代。

参考文献

[1]海南省人民政府官网.[EB/OL].[2023-8-9]. https://www.hainan.gov.cn/hainan/5309/202308/a1c1c3ae48974ef1939423aaa819e665.shtml

[2]国务院.汽车产业调整和振兴规划.[EB/OL].[2009-3-20]. https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2009-03/20/content_8121.htm?ivk_sa=1023197a

[3]沈斐.换电的12大优势.[EB/OL].[2023-5-16]. https://mp.weixin.qq.com/s/LO0bXa7ig1ZmN-v7IBGGMA

[4] 张英朝，薛学栋，丁伟，等. 某两厢车气动外形减阻自动优化设计[J]. 同济大学学报(自然科学版). 2016,44(11):1771-1775，1795.

[5]顾伟康，尹欢. 隐藏式的设计方法在汽车内饰上的KANO模型研究［J］．包装工程，2020，41（24）：104-109．