欧盟评估新兴交通技术发展趋势及研发布局

作者: 2021-02-09 09:44 来源:
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     2020916日,欧盟联合研究中心(JRC)发布《欧盟研究和创新项目中的新兴交通技术及趋势》报告[1],对欧盟研究与创新项目中的20项新兴交通技术进行了全面评估。报告按照航空、铁路运输、公路运输、航运等领域对20项技术进行了分类,分析总结了欧盟在各项技术的项目研发布局情况,评估了各项技术的发展现状、潜在应用和影响,并进行了相关专利和文献的计量分析。20项新兴技术具体如下:

  一、航空

  1、用于自诊断的智能传感器和智能传动装置组件。欧盟在该技术上投入了9836万欧元支持4个相关项目,目前处于研究阶段。此类传感系统包含一个内部电路,能够显示读数是否正确或传感器是否存在故障。当集成在飞机上时,还可用于远程识别机械问题,并将信号传送至地面的机械师。在飞机构造中引入智能传感器有助于提高飞行效率和安全性,同时也可用于火车。

  2、超高涵道比和压力比发动机。欧盟在该技术上投入了1.76亿欧元支持23个相关项目,目前处于验证阶段。超高涵道比和压力比发动机包括3项独立的技术:超高压比稀薄燃烧技术、超高涵道比直喷发动机技术、超高压比压缩机技术。超高涵道比是指发动机涵道比超过12,超高压比则指发动机压力比大于60。通过此类技术,可降低飞机的噪音、二氧化碳和NOx排放量,达到未来飞机的性能目标。超高涵道比发动机还可大幅降低飞机的燃料消耗,预期降低50%

  3、混合层流控制(HLFC)。欧盟在该技术上投入了4960万欧元支持1个相关项目,目前处于验证阶段。HLFC通过减少湍流区域来减少飞机的飞行阻力,从而提高效率并减少燃料消耗。通过减少飞机机翼周围的湍流,可减少飞机飞行时的阻力并增加稳定性。一旦经过适当的测试和标准化,该技术可以应用于任何尺寸的飞机,以及所有关键飞机结构,如机翼和尾翼。

  4、复合材料结构失效的预测虚拟测试。欧盟在该技术上投入了3255万欧元支持1个相关项目,目前处于研究阶段。复合结构由于具有多种材料的特性,可在达到相同性能的情况下更为坚固和轻质,用料更少,还可以实现某些大型零件的一次生产,无需通过多个小型零件组装。但当前复合材料结构的生产过程通常通过物理方式测试,耗时较长且成本较高。该项技术通过仿真设计,为飞机复合结构(如机身)的生产提供了快捷、低成本的方式,而且适用于当前已在飞机中广泛使用的所有复合结构,因而可使整个飞机行业从中受益。如果成功应用,将使机身组装时间缩短50%,制造和组装成本降低10%,飞机重量降低10%

  5、通过自动飞行数据分析改进安全和维护。欧盟在该技术上投入了3052万欧元支持6个相关项目,目前处于研究阶段。该项技术可通过自动智能飞行数据监测来增强飞行安全性和智能维护。运营商可使用能处理大量数据的标准化自动飞行数据管理系统来改进飞行数据分析。使用通用的飞行数据方法简化分析过程,可使来自不同机型和运营商的分析具备可比性。原则上,只要能够访问足够数据,该技术可立刻实施。

  6、防撞系统。欧盟在该技术上投入了2574万欧元支持6个相关项目,目前处于研究阶段。防撞系统是一种通过防止或降低碰撞严重性来提高安全性的工具,包括向驾驶员发出警告信号到无需驾驶员操作即可自动避免碰撞,汽车领域通常使用雷达、激光、相机来检测碰撞,还可通过GPS传感器从已知数据库中获取障碍物分布。航空领域可以通过使用传感器探测其他飞机以避免碰撞,还可在恶劣天气条件下为飞行员提供视觉信息,以安全地起落飞机。

  7、用于结构健康监测系统的纳米材料。欧盟在该技术上投入了2536万欧元支持1个相关项目,目前处于研究阶段。结构健康监测系统通过构建在结构内部的损伤检测系统,将信息传递给用户以识别损伤并评估其严重程度,识别的损伤包括结构几何形状的物理变化或构成结构的材料内部变化。纳米材料具有更好的强度或更高的电导率,将其用于结构健康监测系统能够制造可产生空气动力学变形的机翼,如通过健康监测传感器提供机翼形状信息以确保飞行稳定和故障承受能力,以及在飞行过程中改变机翼形状以优化飞行效率并进行空气动力学控制。

  二、铁路运输

  1、欧洲列车控制系统(ETCS)的车载测试系统。欧盟在该技术上投入了4084万欧元支持2个相关项目,目前处于研究阶段。ETCS是欧洲铁路交通管理系统的信号和控制部分,后者为欧盟制定的铁路信号管理和互操作标准系统。ETCS主要用来计算每列火车安全行驶的最大速度,其包含的车载测试系统结合无线数据传输技术,可用来监控铁路网沿线列车之间的间距,从而无需使用轨道旁信号。

  三、公路运输

  1、压缩天然气(CNG)的移动加注。欧盟在该技术上投入了5811万欧元支持1个相关项目,目前处于研究阶段。CNG加气站可以沿现有天然气管道布置,但受到压力变化限制。移动式CNG加气站可布置在天然气管道无法到达的关键位置,进而扩展CNG网络,增加覆盖范围。该项技术将有助于可持续替代运输燃料的推广和应用。尽管CNG加气站不是一项新技术,但移动式CNG加气站仍处于初期发展阶段。

  2、交通服务的开放平台概念。欧盟在该技术上投入了3763万欧元支持5个相关项目,目前处于验证阶段。该项技术涉及一个集成的开放数据平台,可收集所有运输方式的信息并提供给用户。该平台包含多模式出行方案,并将提供交通服务实时数据,使得用户输入出发地和目的地后能实时获取一系列出行方案。该项技术的主要目的是便捷提供最适合特定行程的一种或多种方式,也将促进公共交通的利用并减少私家车的使用。

  3、卡车列队行驶技术。欧盟在该技术上投入了3309万欧元支持3个相关项目,目前处于验证阶段。卡车列队行驶技术属于协作、互连和自动运输领域,欧盟尤其关注在高速路行驶的重型卡车。队列中领头车辆负责控制速度、加速和刹车,其他车辆通过无线连接到领头车辆自动跟随其行为。目前卡车列队行驶技术已得到一定发展,并在整个欧洲进行了试验。

  4、电池管理系统(BMS)模块。欧盟在该技术上投入了2871万欧元支持8个相关项目,目前处于研究阶段。BMS模块是一种电子设备,用于监测电动汽车电池组的充电状态、温度(防止过热)并控制单个电池。该项技术将在制造阶段就集成到车辆中,可以有效监控和管理电池的健康状况,从而延长电池使用寿命。

  5、电动汽车组件建模工具。欧盟在该技术上投入了2812万欧元支持5个相关项目,目前处于研究阶段。该项技术能够在设计阶段对所有类型电动汽车及其组件进行虚拟和现实测试,对各种电动汽车组件进行复杂、精确的仿真,在某些情况下将虚拟测试代替真实测试。该技术还可为多种电动汽车组件提供标准化模型,从而可广泛开发和应用建模工具。

  6、储氢系统。欧盟在该技术上投入了2260万欧元支持7个相关项目,目前处于研究阶段。常见储氢技术为液态储氢或压缩气态储氢,需要极低温度或极高压力,目前正探索新型储氢技术,如基于储氢材料的技术,包括液体有机氢载体(LOHC)等,此类技术更易于存储和运输。先进储氢系统技术将直接应用于车辆和加氢站,有助于提高氢燃料汽车的安全性和行驶里程,并增加加氢站的容量。

  7、车辆能量管理系统。欧盟在该技术上投入了2191万欧元支持7个相关项目,目前处于验证阶段。由于纯电动汽车没有内燃机,因此在寒冷的天气里没有余热可用于车辆的供暖,其供暖和制冷能量消耗直接由电池供应。由于电池的能量储存有限,供暖、制冷和通风可能导致车辆行驶里程减少50%,因此需要车辆能量管理系统能有效地管理和最大化电动汽车的行驶里程。车辆能量管理系统可以管理多种制冷和供暖技术。例如,将导电纤维和非导电纤维组成的材料集成在车辆结构中,可以在冬季直接和快速提供热量;使用热泵进行高校供暖;通过蒸气压缩循环在夏季进行制冷和除湿,该项技术是目前可直接用于电动汽车的技术。

  四、航运

  1、整体生命周期性能评估方法。欧盟在该技术上投入了3198万欧元支持2个相关项目,目前处于研究阶段。该技术涉及车辆生命周期每一个阶段的排放,从原材料开采到车辆最终的故障、报废或回收再利用,可以通过几种不同的方式实现。迄今为止,该技术的研究主要集中于船舶的应用,但其基本可应用于任何行业。易操作且透明的软件工具可以在设计的早期阶段比较各种创新方案,此外应在车辆制造过程中综合考虑全链条的环境、安全和社会影响。该工具还应具备比较多种车辆性能的能力,并能考虑未来的经济和环境气候变化。

  2、船舶电力推进系统。欧盟在该技术上投入了2807万欧元支持3个相关项目,目前处于验证阶段。船舶电力推进系统使用电力驱动螺旋桨,适用于各种规模的船舶,可在岸上充电或是在行驶过程中通过电缆供电。将电池与发电相结合也可为船舶提供动力,如通过自发电螺旋桨在行进时利用从风力推动中获得的能量,或将电池系统与水力发电相结合。

  3、计算机仿真模拟气候对北极海洋运输的影响。欧盟在该技术上投入了2157万欧元支持2个相关项目,目前处于研究阶段。该技术将使用计算机模拟气候变化对北极海上运输的影响。北极气候的短期(每年)和长期(几十年)预测较为准确,但中级尺度的预测则较差。冰块、海洋和大气的不同影响使得气候变化高度非线性,预测更为困难。北极气候的演变将对其海洋生态系统和人类活动产生关键影响,该技术将利用对渔业、海洋运输、海洋哺乳动物和化石燃料开采的影响来评估跨部门影响,并形成气候变化对社会经济影响的最终统一评估。该技术还将结合下述方法来重点研究北极航运的安全性:增强现实技术,以提高态势感知和决策能力;利用实时气象和海洋数据以优化航线安全;专门设计适用于北极条件的航船及其燃料供应方式。

  4、电动渡轮。欧盟在该技术上投入了2130万欧元支持1个相关项目,目前处于验证阶段。该技术旨在示范100%电力驱动、无排放渡轮的可行性。此类渡轮将为中等规模大小,能够在岛屿社区、沿海地区和内陆水域运送乘客、汽车、卡车和货物,其行驶距离将比目前的电动渡轮大得多,后者两次充电的行驶距离不到5海里。该技术两次充电之间可航行22海里,并可进行快速充电,因而可应用于当前的许多航线,丹麦已经开始试点实施。同时,该技术还将专注于通过设计优化船体形状,以及使用碳复合材料和轻型设备进一步提高效率。

  5、疏散模型验证数据集。欧盟在该技术上投入了4960万欧元支持1个相关项目。疏散模型验证数据集将提供一个系统,可监控船上人员的位置提供实时数据,并引导乘客和船员前往最佳疏散路线。除确保人员安全外,还可结合国际海事组织(IMO)批准的甚高频数据交换系统,告知陆地操作员,缩短救援响应时间。该项技术可用于大型客船,也有可能用于其他大型交通工具的疏散规划,因为其传感器和系统可能极为相似,例如飞机可以使用这种技术将乘客带到更安全的出口。   (岳芳) 


1] New and Emerging Transport Technologies and Trends in European Research and Innovation Projects. https://op.europa.eu/o/opportal-service/download-handler?identifier=738cba8e-f7c2-11ea-991b-01aa75ed71a1&format=pdf&language=en&productionSystem=cellar&part=

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