中美德电动重卡风阻系数研究

中美德电动重卡风阻系数研究
2023-11-03 10:45:06 商车邦

近日商车邦发布了《4款电动重卡对比:中美德谁是领先者》一文,对电动重卡做了相应的技术分析,为了把技术的矛盾点和优劣势分析得更为透彻,我们从单项技术角度进行了更为深入的研究。本文为“风阻篇”,将解读中美德电动重卡降低风阻的三种技术方案,并且结合国家法规要求、使用场景、道路状况进行综合评价。

在动力电池容量不变的情况下,通过降低风阻来提升续航里程是最有效的方式。6轴49吨的电动重卡以90km/h行驶,其电动机30%功率在克服风阻。“油改电”平头电动重卡风阻系数为0.52,低风阻电动重卡风阻系数为0.35,后者的电耗比前者减少9.8%,续航里程比前者增加10%。因此全新平台电动重卡最重要的性能指标就是风阻系数。但是风阻系数和驾驶室内部空间、整车长度、货厢长度等技术参数则是一系列矛盾。所以,降低风阻系数不能走极端,否则会严重牺牲其它的技术参数。

商用车是工具属性,其存在的价值就是为客户赚钱,因此货厢长度是最重要的尺寸,并且很多国家的货厢已经形成了标准化,与集装箱相对应和匹配。

整车长度L=驾驶室长度A+间隙B+货厢长度C。

说明:间隙B是驾驶室后围到货厢前端面的距离,不是导流板到货厢前端面的距离。

整车总长度与驾驶室长度、间隙、货厢长度的关系

根据笔者前期调研,客户绝对不接受降低货厢长度。在相同的整车长度法规要求下,货厢长度不能下降,要降低整车风阻系数必然会降低驾驶室的内部空间。中美德三国在半挂列车总长度的法规要求方面存在很大差异,因此产生出了三种降风阻的方法。

美式长头重卡的技术方案

其实在1985年之前,美国还是以平头重卡为主,例如《变形金刚》的第一代“擎天柱”就是一台平头重卡。由于美国幅员辽阔、人口密度较低,道路主要以平原高速为主,因此为了提升整车碰撞安全性、经济性、舒适性,美国在1990年前后将半挂列车的法规进行修改,新法规只要求半挂车货厢的长度最大限值为14.13米,对整车长度限值不做要求,因此其牵引车长度可以更长。长头重卡相对于平头重卡在风速系数方面具备先天优势,能降低风阻系数20%以上。美国特斯拉SEMI的造型就是在长头重卡的基础上进行创新改进,整车造型呈现楔形,驾驶员座椅布置在中间,驾驶室前窄后宽,有利于“劈开”气流而降低整车风阻。根据官方报道其风阻系数为0.36,并且在运营当中匹配了低风阻半挂车(匹配裙板、尾椎等配置),低风阻系数为增加续航里程做了非常大的贡献。

美国特斯拉SEMI的低风阻造型

很多读者可能认为特斯拉SEMI为降低风阻而严重压缩了内部空间,因此驾驶室内部无法匹配卧铺。其实这是一个误解,由于目前兆瓦级充电桩还没有全面普及,第一批特斯拉SEMI主要从事中短途运输,在车队基地建设的兆瓦级充电桩进行充电。司机则采用轮换机制,不需要在驾驶室内休息。特斯拉SEMI驾驶室后部、导流罩下方预留了卧铺空间,可以根据客户需求增加卧铺。未来兆瓦级充电桩全面普及之后,特斯拉SEMI可以从事东西海岸的“大陆桥”长途运输,单程4000km,时效性要求48小时。可以根据客户需求再增加轴距,匹配更大卧铺空间的驾驶室。

美国特斯拉SEMI的驾驶室后部、导流罩下方预留了卧铺空间

由于美国法规不限制整车长度,可匹配更大空间驾驶室

德系平头电动重卡的技术方案

欧洲5轴半挂列车总长度为16.5米,挂车长度为13.75米。目前欧洲没有为电动重卡而修改整车的外廓尺寸,最新的标准是允许驾驶室前端增加0.5米长度以降低风阻。因此德系平头电动重卡的降风阻路线为:在保证驾驶室空间的基础上,对驾驶室前脸、两侧、导流罩、导流板、裙板等进行空气动力学优化。

德国奔驰eActros 600驾驶室做了大量的空气动力学优化

以德国奔驰eActros 600为例,依然采用平头驾驶室结构。笔者根据钣金件特征分析,其驾驶室钣金结构没有做太大的修改,其降低风阻的主要措施是:1、驾驶室前部向前延长了80mm,通过前端保险杠和前面板的流线型造型,整个驾驶室前端面更加圆滑;2、前轮的轮罩由车身系统转为底盘系统。之前奔驰A(配置|询价)ctros重卡的前轮轮罩是固定在车身上,由于车身有上下80mm左右的垂直运动,前桥有上下100mm左右的垂直运动,因此前轮轮罩与前轮有约200mm的间隙,会造成很大的风阻。奔驰eActros 600将轮罩设计在底盘上,因此前轮轮罩与前轮只需要100mm的间隙即可,从而大幅降低此处的风阻;3、导流罩、导流板、裙板的优化设计。最终奔驰eActros 600的风阻系数为0.45,在目前平头电动重卡风阻系数方面处于领先水平。

中国电动重卡的技术方案

目前中国电动重卡外廓尺寸执行的法规是《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》(GB 1589-2016),平头重卡的半挂列车最大长度为17.1米,长头重卡的半挂列车最大长度为18.1米。半挂车最长尺寸为13.75米。这项法规在2016年发布,已经实施了7年,按照10年修订一次的规律,有很多专家建议电动重卡的半挂列车最大长度为17.6米,比柴油重卡增加0.5米,其理由是电动重卡为了安装更多的动力电池,轴距增加了0.4米以上。目前这项修改还处于讨论阶段,具体情况要等到新版GB1589发布之后。

中国电动重卡降风阻主要有两条技术路线:1、在平头重卡的基础上,对前脸进行倾斜设计,整车长度控制在17.1米;2、采用尖头设计方案,整车长度为18.1米。

技术路线1,以远程星瀚H为代表。这款车型采用平头驾驶室,驾驶室具备向前翻转的功能。驾驶室前部宽度为2.2米,后部宽度为2.5米,并且前脸倾斜设计,驾驶室顶盖与导流罩融为一体,驾驶室两侧大圆弧过渡,最终在确保后排卧铺空间的前提下,风阻系数达到0.351。远程星瀚H的驾驶室有两种,短车身和长车身,下图为短车身,后排为宽度1米的卧铺;长车身加长了0.5米左右,后排可根据客户需求设计卫生间、浴室等。远程星瀚H的轴距是3.9米,在总长度17.1米的情况下,货厢长度可达到13米;如果法规修改后总长度增加到17.6米,则货厢长度可达到13.75米。

远程星瀚H的低风阻造型,风阻系数0.351

技术路线2,以DeepWay深向星辰为代表。这款车型的轴距为4500+1350mm,1桥到2桥的轴距达到了4.5米,比传统6×4牵引车3.4米轴距增加了1.1米。由于整车轴距增加,作为长头重卡其半挂列车总长度可达到18.1米,货厢长度可达到13.75米。

DeepWay的驾驶室采用尖头设计,呈现楔形,A柱角度已经达到了45度,驾驶室顶盖与导流罩融为一体,匹配导流板和裙板,最终风阻系数达到0.35。在内部空间方面,上存储柜的空间被压缩,由于轴距加长了1.1米,卧铺的宽度可达到1米。DeepWay降风阻的技术路线是典型的美国长头技术路线,最大的优势是享受了中国对长头重卡长度总长18.1米的政策,因此可以在降低风阻的同时确保驾驶室的内部空间,达到较高的舒适性。

由于这三种技术路线是基于三个国家不同的法规政策、使用工况所形成,不能硬性做风阻系数对比,并且企业公布的风阻系数是理想状态,不代表实际使用状态。笔者认为,如果法规修订,特斯拉SEMI和DeepWay降风阻技术路线将是未来电动重卡的发展趋势,但由于整车长度有所增加,在山区道路、城市道路行驶时其通过性有所下降。而基于现有法规要求,远程星瀚H、奔驰eActros 600已经在风阻系数、驾驶室内部空间、整车长度上达到了最佳平衡点。

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