開拓于智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展前沿
—— 上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師張希

◎ 文/傅雙僑

參加中美清潔汽車聯(lián)盟年會(huì)

張希認(rèn)為，現(xiàn)階段全世界主要汽車強(qiáng)國的智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化幾乎處于同一發(fā)展水平線，正是我國突破汽車技術(shù)壟斷的絕佳時(shí)期。

目前智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車是全球汽車業(yè)的熱點(diǎn)，大力推進(jìn)智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車在我國的發(fā)展是促進(jìn)中國汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、搶占國際競爭制高點(diǎn)的緊迫任務(wù)，也是推動(dòng)綠色發(fā)展、智能出行、培育新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)的重要舉措。上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師張希深諳智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車對(duì)于中國汽車產(chǎn)業(yè)的重大意義，在相關(guān)領(lǐng)域深耕十余載，在理論和應(yīng)用兩方面為我國智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車的穩(wěn)步發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

2007 年，從上海交通大學(xué)博士畢業(yè)后，張希應(yīng)邀赴美國密歇根大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系繼續(xù)深造，他對(duì)新能源汽車的研究之路也就此展開。2009 年，張希學(xué)成歸國，長期從事新能源汽車電驅(qū)動(dòng)、電池管理、無線充電和自動(dòng)駕駛汽車智能決策技術(shù)的研究。近5 年，他作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人主持了國家級(jí)和省部級(jí)項(xiàng)目10 余項(xiàng)，包括國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃政府間重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家“十三五”重點(diǎn)國際合作項(xiàng)目課題、上海市政府間國際合作專項(xiàng)、上海市教委產(chǎn)學(xué)研專項(xiàng)、上海市浦江人才支撐項(xiàng)目、上海市工業(yè)強(qiáng)基課題等。

張希教授在智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車部分核心關(guān)鍵技術(shù)方面取得重要突破，基于科研成果出版著作4 部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文近百篇，申請(qǐng)國家發(fā)明專利二十余項(xiàng)，已獲授權(quán)十余項(xiàng)，獲得中國產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)獎(jiǎng)、上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)等多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，還入選了上海市浦江人才計(jì)劃，并曾獲科學(xué)中國人年度人物等榮譽(yù)。

高效的產(chǎn)學(xué)研合作

張希在與企業(yè)和研究所產(chǎn)學(xué)研合作的過程中參與產(chǎn)品技術(shù)需求提出、技術(shù)方案制定、原型樣機(jī)開發(fā)、樣機(jī)測試驗(yàn)證、產(chǎn)品完善成型的整個(gè)研發(fā)過程，做到信息共享、溝通及時(shí)、分工明確，將市場需求與創(chuàng)新技術(shù)研究有機(jī)地結(jié)合在一起，避免了推倒重來、重復(fù)開發(fā)的不良后果，極大地縮短了研發(fā)周期，提高了研發(fā)效率。

他還以非營利單位的身份幫助合作企業(yè)介紹產(chǎn)品應(yīng)用下游客戶，在市場和產(chǎn)業(yè)鏈的建立上盡可能發(fā)揮作用，顯著減少了企業(yè)前期市場開發(fā)投入。在產(chǎn)品開發(fā)早期階段盡可能選擇性價(jià)比較高的器件和軟硬件開發(fā)系統(tǒng)，在測試驗(yàn)證階段盡可能選擇測試費(fèi)用可控、周期較短但驗(yàn)證效果明顯的測試方法，并且在企業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)設(shè)備的引進(jìn)上也盡量考慮功能/投入最大化的目標(biāo)。在產(chǎn)品成功銷售之后，他還保持與企業(yè)的聯(lián)系，在售后服務(wù)上發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，減少售后服務(wù)成本，幫助企業(yè)通過各種方法降低產(chǎn)學(xué)研合作開發(fā)過程和之后的整體成本。

張希及其團(tuán)隊(duì)與東風(fēng)汽車、上海華普等車企建立了密切合作關(guān)系，充分發(fā)揮了企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)管理和高校創(chuàng)新技術(shù)研究各自的優(yōu)勢，通過多年努力，多方合作的“電動(dòng)汽車動(dòng)力總成多能源控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”項(xiàng)目取得重大成果：提升了混合動(dòng)力汽車的燃油效率和動(dòng)力電池使用壽命；改善了能量再生制動(dòng)的邏輯性；提高了電池荷電狀態(tài)（SOC）估測精度；將混合儲(chǔ)能系統(tǒng)直流變換提高到最優(yōu)工作效率。該項(xiàng)目成果對(duì)于我國電動(dòng)汽車的示范運(yùn)行、產(chǎn)品推廣以及產(chǎn)業(yè)升級(jí)起到了重要推動(dòng)作用，促進(jìn)了我國新能源汽車技術(shù)的科技進(jìn)步，產(chǎn)生了重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，實(shí)現(xiàn)直接經(jīng)濟(jì)效益約4億元，利潤約2 億元，稅收8000 多萬元，間接經(jīng)濟(jì)效益超2 億元，并于2015 年獲得上海市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

在積極發(fā)揮高?？萍挤?wù)功能，與高科技中小企業(yè)進(jìn)行長期技術(shù)合作的過程中，張希通過新產(chǎn)品共同研發(fā)形成企業(yè)在新興市場上的競爭優(yōu)勢，同時(shí)打破國外技術(shù)和產(chǎn)品在我國市場上的壟斷。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與上海昂勤共同研發(fā)新能源汽車底盤測功機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品，彌補(bǔ)了由燃油汽車測功機(jī)改造的新能源測功機(jī)產(chǎn)品的功能不齊全、實(shí)時(shí)性不高以及效率偏低等缺陷，擁有實(shí)時(shí)性好，模擬精確度高及效率高等優(yōu)點(diǎn)，突破了道路阻力非線性模擬、基于模型的實(shí)時(shí)仿真、各組件與整車傳動(dòng)效率的測試、新能源汽車動(dòng)力源續(xù)駛里程的估測和標(biāo)定等關(guān)鍵核心技術(shù)。目前該研究成果的相關(guān)新產(chǎn)品獲得每年數(shù)千萬元的直接經(jīng)濟(jì)效益，而企業(yè)也從2011 年創(chuàng)建時(shí)注冊(cè)資金僅100 萬元的小微企業(yè)發(fā)展成為我國新能源汽車測控行業(yè)的重要一員。

前沿技術(shù)創(chuàng)新

國務(wù)院總理李克強(qiáng)針對(duì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)工作明確指出要“突出重點(diǎn)、合理布局”。所謂“突出重點(diǎn)”即針對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“瓶頸”和“短板”，著力突破核心技術(shù)和關(guān)鍵零部件的制約，提升自主創(chuàng)新能力和技術(shù)水平。針對(duì)我國新能源汽車研發(fā)、生產(chǎn)和使用的現(xiàn)狀，張希認(rèn)為電池是目前中國乃至全世界新能源汽車的發(fā)展瓶頸，他的研究則主要側(cè)重電池技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)，包括電池建模與管理技術(shù)，電池電化學(xué)性能、電池老化機(jī)理、動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)等。張希的研究還特別重視解決用戶在實(shí)際使用電動(dòng)汽車過程中遇到的問題，比如，電池充電和衰減等問題。

給學(xué)生講解自動(dòng)駕駛控制器與模擬環(huán)境接口功能特性

現(xiàn)在中國的電動(dòng)汽車用戶都采用有線充電的方式，相比有線充電，無線充電的便利性更好，而無線充電的主要問題是傳輸效率不高。針對(duì)這個(gè)問題，張希團(tuán)隊(duì)開發(fā)了覆蓋48-650V 電池需求、最大功率30kW 的電動(dòng)汽車無線充電裝置產(chǎn)品系列，攻克了DDQ 雙極性耦合線圈、磁集成LCC 補(bǔ)償拓?fù)涞汝P(guān)鍵技術(shù)，最大傳輸距離為300mm,最高傳輸效率超過95%，允許的最大偏移量為200mm，并具有金屬檢測和活物檢測功能，通過磁屏蔽技術(shù)使EMF 降低到人體安全值以內(nèi)（10μT 左右），該研究申請(qǐng)發(fā)明專利11 項(xiàng)，目前在廈門金旅、上汽通用五菱多種電動(dòng)汽車型上實(shí)現(xiàn)了測試驗(yàn)證和小批量開發(fā)，預(yù)計(jì)三年內(nèi)直接經(jīng)濟(jì)效益超過10 億元。

電動(dòng)汽車電池壽命衰減及退役電池回收利用也是整個(gè)行業(yè)十分關(guān)心的問題，張希團(tuán)隊(duì)所做的研究深入電池電化學(xué)本質(zhì)，將電池負(fù)極石墨與電解液的副反應(yīng)因素融入電池管理系統(tǒng)（BMS）電池模型中，可實(shí)現(xiàn)電池SOC、SOH 以及電池內(nèi)部老化表征參數(shù)（如負(fù)極鋰離子沉積、SEI 膜增長量）的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)估計(jì)，并通過電池運(yùn)行大數(shù)據(jù)和人工智能方法進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)在滿足快充時(shí)間要求的情況下優(yōu)化和動(dòng)態(tài)調(diào)整充電曲線，使電池壽命大幅提升，將有可能顛覆“快充必然影響電池壽命”的一般認(rèn)知。目前，張希與榮威新能源汽車“三電”系統(tǒng)供應(yīng)商—上汽集團(tuán)上海捷能公司以及我國最大的充電樁生產(chǎn)和運(yùn)營企業(yè)之一-青島特來電正緊密合作，推動(dòng)該技術(shù)在新能源汽車和充電產(chǎn)品上的快速落地。此外研究成果中為退役電池單體提供的準(zhǔn)確詳盡的“體檢報(bào)告”可很好地指導(dǎo)電池梯次利用和報(bào)廢回收，將為國家節(jié)省大量資源。

主持中德電動(dòng)汽車能量效率與行駛安全協(xié)調(diào)技術(shù)研討會(huì)

自動(dòng)駕駛是目前十分熱門的汽車前沿技術(shù)，自動(dòng)駕駛功能早已有之，比如自適應(yīng)巡航等，就屬于比較基礎(chǔ)的自動(dòng)駕駛功能。電動(dòng)汽車為自動(dòng)駕駛提供了更廣闊的應(yīng)用平臺(tái)和前景，但是在中國這個(gè)電動(dòng)汽車產(chǎn)銷大國，車輛的自動(dòng)駕駛技術(shù)又有很多獨(dú)特性，應(yīng)用環(huán)境高度復(fù)雜給中國的自動(dòng)駕駛研究人員提出了更大的挑戰(zhàn)。張希充分考慮了中國交通工具類型繁雜，人機(jī)混行等實(shí)際道路情況，建立了基于社會(huì)力模型的行人軌跡預(yù)測方法（考慮符合中國行人社會(huì)學(xué)與心理學(xué)特點(diǎn)），同時(shí)結(jié)合汽車動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測、極端交通狀況處理機(jī)制、行駛舒適性等因素對(duì)自動(dòng)駕駛汽車智能決策路徑規(guī)劃進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。他與上海淞泓、山東時(shí)風(fēng)、德國羅伯沃茨等企業(yè)進(jìn)行緊密合作，致力于開發(fā)具有通用操作系統(tǒng)功能的智能決策控制器產(chǎn)品，可同時(shí)適用于無人小巴、清掃車、物流車等不同車型，將有力地推動(dòng)L4 乃至L5 等級(jí)自動(dòng)駕駛汽車真正產(chǎn)業(yè)化落地的進(jìn)程。

為了收集智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車的第一手試驗(yàn)數(shù)據(jù)，張希教授與團(tuán)隊(duì)在上海交通大學(xué)閔行校區(qū)負(fù)責(zé)建設(shè)智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車技術(shù)開發(fā)和示范驗(yàn)證基地，基地中包含了數(shù)百輛純電動(dòng)汽車、十余輛自動(dòng)駕駛汽車、數(shù)百個(gè)充電樁/充電站、數(shù)十個(gè)5G 基站和V2X 基礎(chǔ)設(shè)施、1 個(gè)大數(shù)據(jù)中心等關(guān)鍵要素，為智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車核心關(guān)鍵技術(shù)的突破提供了必要的試驗(yàn)保障條件。

培養(yǎng)人才創(chuàng)新能力

今天的智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車對(duì)動(dòng)力電池、無線充電、環(huán)境感知、智能決策等核心技術(shù)的要求與以往傳統(tǒng)汽車有了巨大的不同，因此對(duì)交叉學(xué)科專業(yè)人才的需求也很急迫，而人才短缺是轉(zhuǎn)型過程中的中國智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車產(chǎn)業(yè)遇到的最大瓶頸。一花獨(dú)放不是春。張希希望有更多的專業(yè)人才可以投放到中國方興未艾的智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車產(chǎn)業(yè)之中，把產(chǎn)業(yè)由大做強(qiáng)，培養(yǎng)人才也是他的一項(xiàng)重要工作。

他依托中國汽車工程學(xué)會(huì)等團(tuán)體的公益科技服務(wù)平臺(tái)以及與企業(yè)建立的長期緊密合作基礎(chǔ)，對(duì)企業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行關(guān)鍵核心技術(shù)培訓(xùn)，通過從基礎(chǔ)理論知識(shí)到最新創(chuàng)新成果等各方面全方位由淺入深的講解，提高企業(yè)技術(shù)人員的創(chuàng)新意識(shí)和能力。同時(shí)，他邀請(qǐng)企業(yè)委派工程師進(jìn)駐學(xué)校實(shí)驗(yàn)室，與碩士生和博士生一起進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研開發(fā)，形成工程需求實(shí)際與原始創(chuàng)新思想的無縫銜接。

此外，在產(chǎn)品開發(fā)中后期，他派碩士生和博士生進(jìn)入企業(yè)的研發(fā)部門甚至生產(chǎn)工廠，全面熟悉企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)管理和生產(chǎn)流程，當(dāng)學(xué)生畢業(yè)時(shí)引導(dǎo)他們考慮進(jìn)入合作企業(yè)，幫助向企業(yè)輸送創(chuàng)新和工程能力兼具的合格人才，形成具有可持續(xù)性和穩(wěn)定的創(chuàng)新研發(fā)團(tuán)隊(duì)，切實(shí)提高企業(yè)的整體研發(fā)和創(chuàng)新水平。

作為導(dǎo)師，張希教給學(xué)生的第一件事就是“科研必須踏踏實(shí)實(shí)去做，不能有半點(diǎn)虛假”，同時(shí)他要求學(xué)生研究的科學(xué)問題必須是“由產(chǎn)業(yè)痛點(diǎn)難點(diǎn)問題驅(qū)動(dòng)和由上而下細(xì)分的”，所有過程細(xì)分成果最終匯集到對(duì)產(chǎn)業(yè)痛點(diǎn)難點(diǎn)問題的根本解決路徑上，“論文是科研工作的副產(chǎn)品”。為了借鑒和吸收國際最新研究成果，最大程度與國際前沿技術(shù)實(shí)現(xiàn)無縫接軌，張希經(jīng)常要求學(xué)生采用全英文工作交流模式，這種對(duì)細(xì)節(jié)的執(zhí)著追求使他的每一位學(xué)生都具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度，成為我國智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車研發(fā)領(lǐng)域的重要推動(dòng)力量。

自2009 年從美國深造回國，張希在中國智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車領(lǐng)域摸爬滾打了10 余年，他認(rèn)為，科研能否最終應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)量化生產(chǎn)中，并解決此行業(yè)發(fā)展所出現(xiàn)的實(shí)實(shí)在在的問題是衡量其價(jià)值的重要指標(biāo)之一，“十三五”對(duì)我國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型與生態(tài)發(fā)展做出了明確規(guī)劃，汽車行業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱肩負(fù)著重大的使命，而智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車則更契合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的愿景，他將帶領(lǐng)自己的團(tuán)隊(duì)在相關(guān)研發(fā)的核心領(lǐng)域繼續(xù)砥礪前行。