由于法规原因美国重卡和中国重卡没有太多交集。美国重卡以长头驾驶室为主,最大吨位为8级36吨,气囊悬架为37吨,牵引车3轴(6×4或6×2)、半挂车2轴,美国法规只限制半挂车的长度(16.15米),不限制列车总长度,因此很多长途干线运输牵引车的长度超过9米,驾驶室后端为接近6平方米的休息空间,其舒适性、安全性远超过欧洲重卡和中国重卡。而中国重卡以平头驾驶室为主,最大吨位为6轴49吨,半挂列车总长度17.1米。由于法规要求、整车长度、承载能力方面存在巨大差异,因此美国重卡也没有批量进入中国市场,中国用户对美国重卡了解甚少。
沃尔沃第二代超级卡车
近期沃尔沃卡车北美公司宣布沃尔沃第二代超级卡车面世,车挂总重仅12.25吨、货运效率提升134%、风阻系数下降20%、满载百公里油耗15升。针对这四项参数,商车邦收集相关资料对这款重卡进行了以下技术解析。
沃尔沃第二代超级卡车的技术亮点
轻量化技术
这款车最大的亮点是采用了铝合金车架,可降重35%。另外采用了4×2驱动方式来替代6×4,在承载能力没有改变的情况下,少装一根驱动桥可降重大约800kg;驾驶室卧铺区域采用铝合金材质,顶盖则采用碳纤维材质,从而降低驾驶室的重量;挂车采用全铝合金材质,侧围、前围、顶部、后尾门则采用蜂窝铝。由于美国8级重卡总重36吨,其货物重量大约为20吨左右,对于非集重货物的厢式挂车,其下部没有纵梁,而是用货厢的边框梁和横梁共同发挥承载作用。通过以上多项轻量化技术和配置,最终降低了6.8吨,实现车挂总重12.25吨的目标。
沃尔沃第二代超级卡车的铝合金车架
挂车货厢结构和蜂窝铝材料
动力总成技术
采用48V弱混和小排量发动机,提升动力总成的总效率。在发动机的启动机位置安装了一个两挡电机,低挡作为发动机启动使用,高挡作为驱动飞轮盘使用,在下坡时则将电动机转换为发电机,给电池充电。动力电池容量为14kWh(度电),可满足在缓坡上助力(持续工作约1小时)和急加速助力的需求。发动机去掉了前端皮带轮传动,散热器风扇、EGR泵、散热水泵、空调压缩机等都采用48V电机驱动,这样可以根据实际使用场景进行开启,以降低动力附件非工作时的能量损耗。
例如:对于80km/h行驶的车辆,前散热器依靠“顶风”可满足散热需求,硅油风扇不需要开启。硅油风扇在不启动的情况下,根据自身摩擦力也能达到300—400转/分钟,大致会消耗发动机1%左右的功率。采用直径710mm的电子风扇,可以根据具体工况的需求来精准开启,以达到节油的效果。11升发动机经过12项技术优化后,其热效率可达到55%。
沃尔沃第二代超级卡车的动力总成
发动机热效率提升路线图
主挂一体化空气动力学技术
沃尔沃第一代超级卡车的驾驶室是采用现有的VNL系列驾驶室,前发动机舱是按照13升发动机的体积进行设计,因此发动机罩偏大导致风阻系数偏高。沃尔沃第二代超级卡车单独设计了“前窄后宽”楔形驾驶室,并且前发动机舱容积缩小,只需满足11升发动机的布置空间即可,在驾驶室造型方面实现了较大的风阻系数优化;采用了电子后视镜,不仅减少了视野盲区,而且降低风阻3%—4%;这款车型的前桥和后桥都采用空气悬架,调节行程为152.4mm,在高速行驶时可降低76.2mm,以减少底盘的乱流,可实现“贴地飞行;在低速行驶时则升高76.2mm,以提升车辆机动性,可通过各种坑洼路面。在挂车方面,采用了空气动力学套件,例如尾椎、侧裙板等等。沃尔沃第二代超级卡车的风阻系数比第一代超级卡车降低了20%,比现有的VNL系列重卡降低了50%。笔者估算其风阻系数大致为0.34。
沃尔沃第二代超级卡车的驾驶室造型
沃尔沃第二代超级卡车做了上百轮的仿真分析和优化
给中国重卡带来哪些启示
相比之下,中国重卡产品存在严重的同质化现象,并且技术开发跟着市场走,追求“短、平、快”。2023年天然气价格下降,所有重卡企业都在一窝蜂干天然气重卡;发动机企业推出了15升、17升发动机,各大企业立即推出了大马力重卡产品。请问,有哪家中国重卡企业在坚持“技术引领市场”?一项领先技术的研发周期至少要6年以上,有哪家重卡企业会持续投入?因此笔者认为,透过沃尔沃第二代超级卡车取得的上述技术突破,有以下几点需要中国重卡行业去思考。
第一,如何发展轻量化技术。轻量化与可靠性、耐久性、成本是永恒矛盾。轻量化的关键是精准的工况定义,车辆必须按照指定的工况进行运营。目前国内用户对轻量化是持续观望态度,谁都不愿意做第一个吃螃蟹的人。另外国内用户对货物没有选择权,为了赚钱什么货物都拉,甚至在某些路段有超载行为,一旦超越了轻量化重卡使用工况范围,必然会造成车辆损伤。因此,轻量化是一个任重而道远的工作,需要重卡企业主动去科学引导客户和市场。
第二,动力系统如何优化集成。中国重卡企业目前都在一窝蜂开发混合动力重卡,就是将现有的P2电机、15kWh高功率电池等三电零部件直接安装到重卡车架上,发动机功率、电机功率、动力电池容量三者之间是否真正匹配,具体用在什么工况,目标设定是否合理,这些问题都有待解决。目前重卡企业真正具备混合动力指标定义、集成优化、系统标定能力的并不多,而这些核心技术都掌握在某些核心零部件企业手中。沃尔沃第二代超级卡车采用的48V弱混技术,兼顾了工作效率、整车重量、更广泛的使用场景,其开发思路、标定方法等值得我们学习。
第三,如何开展主挂一体化空气动力学研究。目前中国多款重卡官方宣布其风阻系数已经达到了0.35,但是笔者发现在做道路试验时这些车型匹配的挂车都是普通的集装箱骨架车,驾驶室与半挂车的间隙最大达到了0.9米,半挂列车风阻系数远远超过了0.35。这就需要开展主挂一体化空气动力学研究,并且与挂车企业进行战略合作,主挂进行捆绑销售,最终达到降风阻降油耗的效果。
相关链接:美国“超级卡车”计划
2009年,美国能源署牵头组织开展“超级卡车”计划,目的在于大幅度降低重卡油耗水平、提升整车运输效率;2015年一期计划已经完成;2016年宣布启动“超级卡车”二期计划,发动机热效率提升到55%、燃油经济性提升30%,货运效率提高超过100%。美国各大重卡企业都联合供应商组建开发团队积极参与到该项目当中,最终将其技术成果逐渐转化应用到量产重卡产品当中;美国“超级卡车”三期计划时间为2021到2025年,聚焦零排放重卡、电气化和充电/加氢基础设施,其目标是能开发续航里程超过640公里的纯电动卡车,以及兆瓦级充电设施。
今天刚看到国内有家号称热效率超过90%的车企
总重36吨……这踏马跟跑空车一样
国内百吨王,怎么办