中重卡新技术发展特点分析

姚哲皓 张小婷 张少华

Firstly, this paper reviews the development of MDT & HDT on Chinese market from Era Ⅰand II to Era III.Then, based on the current commercial vehicle market environment and competitive landscape, it analyzes the characteristics of downstream customers at different stages, the development trend of upstream technologies,and the planning in new energy vehicle, intelligent & connected vehicle and machinery by mainstream European commercial vehicle OEMs. Therefore, a series of technical development characteristics and core technology trends of MDT & HDT Era III are drawn.

0 引言

我国商用车市场总体表现稳步前进，在基建投资回升、国Ⅲ货车淘汰、新能源专用及物流运输车快速发展、治超加严等利好因素促进下，近几年市场整体上升趋势明显。回顾商用车近些年的发展历程，中重卡Ⅰ时代是在市场激发下形成的，2009 年前国家提出“4 万亿”刺激计划、汽车下乡政策、城镇化的快速提升战略等一系列举措，中国经济快速发展；2010 年后随着物流结构调整，市场退坡及新商流模式如电商模式的涌现，物流组织方式朝高效模式调整，快递、快运等组织化的物流形态快速发展，中重卡Ⅱ时代来临；由于治理超载驱动形式发生改变、排放升级、大马力发动机应用及智能网联发展，产品结构发生调整，2018 年产品和模式逐步开始升级，整个行业在经济持续增长下维持百万级别销量，国内整车企业加速对标欧洲卡车，新能源领域技术实现突破，重卡、 物流及科技共生的新运营模式将得到快速发展，行业迅速向中重卡Ⅲ时代迈进。

随着本土企业间竞争的白热化，国外知名商用车企业也陆续开始在华布局，推动中国卡车市场的进一步高端化，同时也正在改变商用车企业的竞争格局。未来新技术领域的竞争，不仅依靠制造端的优势，更需要与用户的应用场景深度绑定，抢占商品化先机；同时商用车企业需要构建零部件合资合作生态，对前瞻技术的核心环节实现合理的把控，最终实现产品的差异化和领先性。由此可看出，只有从下游客户端和上游技术端都做到统筹考虑，有效承接，商用车企业才能在中重卡Ⅲ时代具备卓越的竞争力。

1 下游客户的特点

商用车是用于生产资料运输的工具，大部分以经营和营利为使用目的。通过对国内外商用车市场大量调研可以看出，商用车客户正逐步从个体散户转变为集团大客户，商用车企业之间也逐步从成本、售价及配置的竞争，过渡到品牌与服务的竞争。

在第一阶段，客户关注的核心要素可归纳为低购车成本和良好的个人驾驶体验。从承运端的角度看，车货匹配平台发展迅速，如2020 年中国数字货运GTV 约2 715 亿元，2020 年公路运输费用约5.85 万亿元，运费占比大约占交易量的5%；从车队端的角度看，中小车队及散户为主的运输力结构占比达到90%以上，货品售价加运费价格透明化后，运费成本的竞争加剧；从驾驶员端的角度看，根据对某货运平台进行的调研，驾驶员平均年龄为35 岁，40 岁以下货车驾驶员占70%。对比发现，80 后和90 后驾驶员占比持续增长，驾驶员更加注重个人驾驶体验，对车辆智能化和舒适性提出更高的要求。

在第二阶段，客户关注的核心要素可归纳为高效的全生命周期服务。从承运端的角度看，专业的3PL 承运人占比将进一步扩大，并通过对货源把控，进一步渗透对运力的管理；从车队端的角度看，大车队掌控或对接更多运力，车队的成本管理难度随之加大，进而推动全生命周期服务增值机会出现，同时头部大车队也会加速转型为3PL 承运；从驾驶员端的角度看，自本阶段起，数字化智能卡车已成为驾驶员群体对于卡车的基础认知，他们将逐步适应各类辅助驾驶功能。

在第三阶段，客户关注的核心要素可归纳为平台化及供应链打通。从承运端的角度看，具备商流能力的供应链型企业逐步增加，车辆除了赋能运力之外还能参与到供应链的优化之中；从车队端的角度看，受到降本增效的底层需求的推动，运输力往更集约化的方向发展，大车队借助科技的管理手段，规模进一步加大，运营效率进一步提高；从驾驶员端的角度看，数字化智能卡车已大规模应用，驾驶员将熟练应用各类辅助驾驶功能。

2 上游技术发展趋势

从商用车十三五发展总结和十四五发展规划来看，高效机械技术提升、机电一体化发展和算法驱动是未来主要的趋势。参照下游客户的不同阶段划分，上游技术同样可以划分为3 个阶段。

在第一阶段，技术发展的核心要素是高效的机械技术。从新能源领域的角度看，目前新能源商用车尚处于示范阶段，技术成熟度还不足，客户价值TCO上与柴油商用车相比无优势；从智能网联领域的角度看，随着安全法规要求的进一步提升，EBS 及ESC 的国产化进度加快，同时底盘线控技术也逐步加速应用；从机械领域的角度看，机械传动效率仍然在迭代阶段，AMT 应用加速普及，与此同时，卡脖子的问题也开始凸显，如：发动机ECU、高压共轨技术、AMT 电控和换挡执行机构等。

在第二阶段，技术发展的核心要素是机电一体化。从新能源领域的角度看，纯电动路线将进一步走向成熟，如：电机、EMT 和电驱动桥等开始成熟应用，特别是在重卡中的渗透率预计将达到3%~5%，同时氢燃料电池整车开始进入快速的降本周期；从智能网联领域的角度看，一方面ADAS 已成熟应用，L1和L2 辅助驾驶在重卡上的渗透率预计将达到30%，另一方面车联网应用将大面积普及，前装比例预计将达到80%；从机械领域的角度看，将通过域控制器和线控底盘技术实现底盘各系统的一体化控制，依靠电控推动经济性和效率的稳步提升。

在第三阶段，技术发展的核心要素是依靠算法驱动。从新能源领域的角度看，“双碳”政策加速新能源重卡推广应用，占比将达到10%~15%，其中氢燃料电池整车占比将达到40%，液氢技术在长途干线牵引车上的商业化速度也将加快；从智能网联领域的角度看，一方面，高级别无人驾驶技术将加速商业化，L4及L5 智能驾驶渗透率预计将达到5%，另一方面，数据沉淀将呈现指数级增长，AI 算法将发挥重要作用，实现更大价值。

2.1 新能源

2.1.1 宏观趋势分析

受国家的减碳政策影响，钢铁、建材、交通等能源消费部门将进行大规模的电动化和氢能化改造，新能源汽车迎来重大发展机遇。但从短期看，新能源还难以挑战柴油机占主导的市场结构，新能源中重卡的用户需求核心痛点在电池，整车厂需要围绕电池开展降本、自主研发、提供整体解决方案。随着三电、氢燃料技术进步，成本下降，基础设施不断完善，政府政策影响逐渐减弱，商业价值将驱动新能源中重卡市场快速增长。

纯电动中重卡主要应用于市政专用、城市渣土、短途牵引，如：短倒和港口、城市至城郊物流等场景，未来将和换电模式融合；混动中重卡被认为是在高油耗，特别是在自卸、搅拌等场景下应对四阶段油耗法规的过渡技术，也能在局部综合工况场景下应用，长期来看将转向氢燃料电池整车；针对中长途货运市场，纯电动路线的能量密度无法满足需求，同时混动路线的经济效益不突出，氢燃料电池的路线适配中长途运输，预计到2030 年才能大规模应用。

2.1.2 欧洲车企新能源布局

欧洲商用车企业技术领先，产品布局复杂，因此仅对奔驰、沃尔沃及斯堪尼亚3 家欧洲主流商用车企业2020 年至2040 年的产品规划进行分析。可以看出，重载分拨配送和城市专用车为当前欧洲纯电动化的重点，而长途牵引车则需要在2025 年前后逐步成熟，同时主流商用车车企都制订了2040 年前后的纯电动化目标。

图1 新能源中重卡布局预测

欧洲主流车企产品都是基于自身技术优势和战略打造新能源差异化卖点。奔驰的新能源产品凭借能量回收、电驱动桥、电池模组和底盘结合，实现大于400 km 的单次续航；沃尔沃的产品凭借三电机搭载I-Shift 变速器实现490 kW的高功率，变速器能达到2 万8 000 Nm 的大转矩，并支持44 t 载重；斯堪尼亚的产品以纯电动路线配合快充技术为长期方案，能支持驾驶员在45 min 的法定强制休息时间内完成快速充电。

目前氢燃料重卡在欧洲并无大范围应用，但领先企业均规划布局了液氢技术路线，以实现对于纯电动整车长途需求的补充。奔驰与沃尔沃合资成立重卡燃料电池公司Cellcentric，聚焦燃料电池重卡及非车用氢燃料电池系统开发。该公司开发的燃料电池系统，单电堆输出功率150 kW，空间设计参考传统燃油发动机布置，单车可安装双电堆，实现300 kW 的系统功率。

奔驰 GenH2重卡使用能量密度更高的液氢燃料驱动，可在GCW 达44 t 的情况下实现1 000 km 以上的最大续航里程，目前该产品已经完成初期试车场测试，即将投入大规模的道路试验。更高功率的电堆和更长续航的储氢系统，要求底盘空间再优化；更高传动效率所需要的集成电驱动桥改变了柴油车原有的车桥和传动系统，需要重新设计。电池系统也可能成为整车结构和强度设计的一部分以实现轻量化，如：特斯拉将把电池组作为车身结构的一部分进行设计，从而减少PACK，降低重量。

奔驰和沃尔沃联合其他商用车企业呼吁2025/2030 年在欧洲分别设立300/1 000 座加氢站,以满足氢燃料重卡的能源需求，助力氢能源重卡的大规模推广。

2.1.3 新能源场景化应用

从欧美市场的中短期发展来看，纯电动路线配合高压充电技术，实现单次里程上限400~500 km，可满足实际使用场景需求，但需充电网络等基础设施支撑；液氢燃料电池重卡与自动驾驶技术结合，可实现长距离自动驾驶需求。

图2 欧洲主流车企电动化产品布局

图3 欧洲主流车企纯电动产品对比

图4 奔驰GenH2 氢燃料重卡概念车

国内市场的发展主要受政策和补贴驱动，产品与场景相结合，如低价的氢源地区和短驳的纯电动应用，实现更佳的TCO 优势。

2.1.4 核心技术发展趋势

图5 国内外场景应用对比

目前各大主流商用车企业都致力于新能源大三电核心总成自主研发或掌控。动力电池将逐步从单体、模组和pack 三层结构发展成去模组化，国内的宁德时代和比亚迪分别推出的CTP 和刀片电池(GCTP)，均采用去模组化设计，突破了成组效率和能量密度提升瓶颈；电驱动系统将逐步从中央直驱布置发展成集成电驱桥，国外的ZF 和国内的东风德纳等推出将电机、减速箱和逆变器与车桥相结合的集成电驱动桥产品，提升传动效率，释放布置空间；电机将逐步从圆线电机发展到扁线发卡电机，如：博格华纳推出的高压发卡电机，采用矩形线和多层“发卡”，实现更高效率和更高功率密度，同时博格华纳开发出了用于混合动力、纯电动商用车的额定电压800 V 电机， 实现更高的功率密度并降低热能损耗；控制器将逐步从硅IGBT 发展为碳化硅MOSFET，比亚迪正在开发碳化硅控制器，计划2022 年后量产，该方案可实现约5%的电控系统损耗减少和6%的整车续航提升。

燃 料电池整车的开发上，丰田第二代Mirai 汽车采用第二代氢燃料电池系统，电堆体积功率密度达5.4 kW/L；福瑞电气已推出多合一燃料电池PCU，集成DC/DC 升压变换器、空压机控制器等，可节省空间、提高功率密度；奔驰GenH2氢燃料重卡采用了液氢技术路线，配置2 个容量为40 kg 的液氢储罐，最高续航突破1 000 km。

2.2 自动驾驶

2.2.1 宏观趋势分析

随着技术的不断研发，自动驾驶极有可能率先在商用车运输领域得到快速发展。高强度、长距离和长时间驾驶使得驾驶员处在高压的工作环境下，驾驶者的风险意识、注意力、驾驶技能以及对环境的感知会同步降低，进而威胁到卡车驾驶员以及运输货物的安全。而自动驾驶技术的普及，会在行车过程中成为卡车驾驶员的得力助手：识别周围环境，保持车道规则行驶，在探测到潜在威胁时能够对驾驶者进行及时的声光提示或者进行相应的操作干预。

L0 自动驾驶包括盲点监测提醒、碰撞和车道偏离预警、驾驶员监测系统和交通信号灯识别等，在“1178 法规”出台和整车需求升级后，L0 的安全提醒功能逐渐成为标配；L1 自动驾驶包括AEBS、ACC 和预见性驾驶；L2 自动驾驶包括车道保持，随着技术成熟，国产化带来的成本下降及整车需求的升级，L2 将逐步成为产品的新竞争力；L3 自动驾驶如卡车队列行驶，是基于车端和路端实现连接，未来将主要在牵引车中大规模应用；L4 自动驾驶包括3 种场景，封闭场景、专用道路点到点和开放道路点到点，预测在2025 年之前难以实现道路的L4，仅在封闭场景能开展应用；L5 完全自动驾驶要在2030 年以后才能实现。

2.2.2 欧洲车企自动驾驶布局

通过市场调研，选取了奔驰、沃尔沃及斯堪尼亚3 家欧洲主流车企为研究对象，归纳了3 家企业从2016 年至2021 年的自动驾驶商业化进程，从中可以看出，中短期内封闭区域的短途运输场景仍会是未来主流，长期来看，高速路点到点L4 将成为下一步商业化的热点。

图6 新能源核心技术发展趋势

图7 自动驾驶发展趋势

图8 欧洲主流车企自动驾驶商业化进程

2.2.3 核心技术发展趋势

自动驾驶核心技术中的关键难点在于感知和决策算法，零部件主要面临的挑战则是成本下降。

在硬件开发上，雷达将从机械式发展为固态激光雷达，如Luminar 开发的激光雷达采用MEMS 技术路线，发布的固态激光雷达产品I r i s 单价约为1 000 美元，目前Luminar 正在积极寻求原材料和尺寸优化以降低成本，预期未来产品单价可降至100 美元以内；域控制器的算力也将大幅度提升，如赢彻于2020 年发布的自研车载计算平台的算力达245TOPS，未来通过OTA 升级可支持L4 级自动驾驶，英伟达于2020年发布的自动驾驶超级计算平台Drive AGS Pegasus 的算力达320TOPS，可支持L4-L5 级自动驾驶。

在软件开发上，感知融合算法将从后融合发展为前融合，特斯拉收购的创业公司DeepScale 研发前融合算法，利用原始数据而非目标数据进行感知融合，降低极端场景的事故概率达到2 个数量级；决策算法将从基于规则的基础算法发展成基于深度学习的人工智能算法，如：智加科技基于深度学习助力高级别自动驾驶卡车完成复杂任务，精确侦测分析物体和道路结构、预判卡车和周边车辆行为等，图森未来专注于L4 级无人驾驶卡车，其深度学习算法可实现卡车在干线物流和半封闭枢纽场景的无人驾驶。

图9 自动驾驶核心技术发展趋势

2.3 机械领域发展趋势

在传统机械领域，欧洲企业关注机电一体化下的集成性能优化，如强化发动机、变速器和桥的配合以实现预见性驾驶，降低油耗，优化转向助力提升操稳性能，动力总成自主控制实现节油，动力和底盘配合实现操稳。

3 结论

本文根据商用车市场环境和竞争格局，分析了下游客户不同阶段的特点、上游技术发展趋势及欧洲主流商用车企业在新能源、智能网联及机械领域的布局。具体有以下结论：

(1)未来新技术领域的竞争不仅依靠制造端的优势，更需要与用户应用场景深度绑定，抢占商品化先机。

(2)下游物流客户呈现出平台化整合、车队端对全生命周期服务要求提升、驾驶员端的成本压力和体验升级矛盾凸显的趋势。

(3)在上游技术方面，高效机械技术、机电一体发展和算法驱动是未来主要的趋势。

(4)从短期看，虽然新能源还难以挑战柴油机占主导的市场结构，但长期随着燃料电池技术的成熟，新能源优势将进一步凸显；通过集成电驱动系统、电池去模组化以及液氢等实现更大的能量储备，同时采用高电压和SiC 功率器件提升效率。

(5)重载分拨配送和城市专用车为当前欧洲纯电化的重点，而长途牵引车在未来5 年才能逐步成熟；欧洲的纯电商用车续航里程在300~400 km，同时各整车企业凭借电驱动桥、能量回收等技术在续航、功率、快充等方面打造差异化卖点；氢燃料重卡在欧洲目前并无大范围应用，但未来领先企业将直接布局液氢路线，实现对于长途运输需求的补充。

(6)在自动驾驶方面，虽然2025 年还难以实现开放道路L4，但随着法规和需求升级，L1 和L2 将成为商用车自动驾驶的关键竞争要素；自动驾驶核心技术中的关键难点在于感知和决策算法，而零部件主要面临降成本的挑战；欧洲在自动驾驶商业化进程上，中短期内封闭区域的短途运输场景仍会是主流，但“高速路点到点L4”将会是下一步商业化的热点。

(7)在传统机械领域，欧洲企业关注机电一体化下的集成性能优化，如：强化动力总成机箱桥的配合以实现预见性驾驶，降低油耗，优化转向助力提升操稳性能。