野心勃勃的電動(dòng)達(dá)人馬斯克在今年六月份宣布將在10月26日（已經(jīng)延期到11月16日）推出旗下的全電動(dòng)半掛卡車，馬斯克更是不吝贊美之詞，在推特上稱“這個(gè)野獸值得親眼一見，它簡(jiǎn)直不是真的”。其實(shí)關(guān)注卡車電動(dòng)化的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止特斯拉一家，就在剛剛，傳統(tǒng)車企戴姆勒公司旗下的扶桑卡車發(fā)布E-FUSO Vision ONE純電動(dòng)重型概念車，卡車總重達(dá)到23.26噸，載重達(dá)到11.11噸，續(xù)航里程達(dá)到350公里。

我們知道，電動(dòng)卡車相比于傳統(tǒng)的燃油卡車最大的短板就是電池組，一般而言傳統(tǒng)的燃油卡車加一次油大約可以行駛1000英里左右，而目前鋰離子電池的能量密度大約在240-280Wh/kg左右，如果電動(dòng)卡車?yán)m(xù)航里程達(dá)到300，600，900英里，那么所需要儲(chǔ)存的能量就要分別達(dá)到1000，2000和3100kWh，電池組中了則要分別達(dá)到8，18和27美噸（1美噸=2000磅=907.18474kg），如此笨重的電池組將會(huì)嚴(yán)重的限制卡車的有效載荷。同時(shí)大電池組的昂貴的成本也是我們不得不考慮的問(wèn)題，一個(gè)能夠行駛300英里的電動(dòng)卡車電池組成本大約需要20萬(wàn)美元，而一輛燃油卡車的價(jià)格也僅僅為12萬(wàn)美元左右。面對(duì)電動(dòng)卡車如此高昂的成本，如何讓它發(fā)揮出最大價(jià)值就需要我們仔細(xì)研究了。

受制于電池組的重量因素和價(jià)格因素，我們不可能將電動(dòng)汽車的續(xù)航里程做到無(wú)限大，美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的VenkatasubramanianViswanathan計(jì)算后認(rèn)為最經(jīng)濟(jì)的續(xù)航里程是在300英里左右，當(dāng)續(xù)航里程進(jìn)一步提高后，電池組的重量就要與卡車的有效載荷相近或者更高了，降低了卡車的經(jīng)濟(jì)性。因此如何在電池組容量有限的情況下將續(xù)航里程發(fā)揮到極致就是需要我們考慮的。

卡車載行駛的過(guò)程中，電池組中的能量主要用來(lái)克服行駛過(guò)程中遇到的阻力，阻力主要分為兩種：道路阻力和空氣阻力，其中道路阻力主要受到車輛載重、輪胎結(jié)構(gòu)等因素的影響，因此比較固定。而空氣阻力受到多種因素的影響，例如車身結(jié)構(gòu)、空氣狀況和車輛編隊(duì)等影響，今天我們就和大家以其了解一下，電動(dòng)卡車如何編隊(duì)行駛才能更省電。

我們知道在車輛行駛的過(guò)程中車頭會(huì)劈開車輛的前方的空氣，而在車輛的后方則會(huì)形成一個(gè)空氣相對(duì)稀薄的低壓區(qū)，周外的空氣向低壓區(qū)填充，就會(huì)在此處形成湍流，而隨著車速的增加，空氣阻力也會(huì)成倍的增加，因此如何更好的利用卡車對(duì)于氣流的干擾，降低電動(dòng)卡車在行駛過(guò)程中的阻力，是提高卡車?yán)m(xù)航里程的關(guān)鍵。

大雁在長(zhǎng)途飛行時(shí)，都會(huì)采取編隊(duì)飛行的方式，利用頭雁對(duì)氣流產(chǎn)生的擾動(dòng)飛行，有助于節(jié)省體力。同樣的，卡車也可以利用前車在尾部產(chǎn)生的低壓區(qū)行駛，降低空氣阻力，減少能源消耗，提升續(xù)航里程。

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Venkatasubramanian Viswanathan研究發(fā)現(xiàn)風(fēng)阻系數(shù)會(huì)隨著電動(dòng)卡車之間的距離減小和編隊(duì)卡車的數(shù)量增加而降低，在距離D，平均速度下v下消耗的能量如下式所示，式中的第一項(xiàng)是空氣阻力，其中還包含了由于編隊(duì)行駛所帶來(lái)的風(fēng)阻系數(shù)降低Cdred，式中的第二項(xiàng)則代表了滾動(dòng)摩擦，這與公路的特性有關(guān)

電動(dòng)卡車的有效載荷WL可以通過(guò)下式獲得，其中WP為電池組重量，WV為電動(dòng)卡車的空車重量

電池組的成本可以由一下公式獲得，Costp=EP／CostkWh，其中CostkWh為單位kWh能量成本。

因此根據(jù)上式，我們可以計(jì)算獲得在不同的編隊(duì)模式下電池組的重量，成本和電動(dòng)車的最大載荷之間的關(guān)系，計(jì)算中用到的主要參數(shù)值如表1和表2所示.

下圖展示了在不同的編隊(duì)車輛數(shù)量和車輛間距的情況下，每輛汽車的空氣阻力系數(shù)與單個(gè)車輛行駛時(shí)的空氣阻力系數(shù)的比例，可以注意到隨著卡車之間的距離降低和編隊(duì)卡車的數(shù)量增加，車輛的空氣阻力系數(shù)明顯降低，最低可以達(dá)到單個(gè)卡車行駛時(shí)空氣阻力系數(shù)的50%，這對(duì)于電動(dòng)卡車在高速行駛時(shí)降低能源消耗具有重要的意義。從圖上我們也注意到在給定的卡車間隔下，空氣阻力系數(shù)會(huì)隨著車輛的增加而降低，例如在車輛間隔在0.2個(gè)車身長(zhǎng)度時(shí)，在2輛車編隊(duì)時(shí)，空氣阻力系數(shù)，下降到單車空氣阻力系數(shù)的90%左右，但是在有7輛車編隊(duì)時(shí)，就已經(jīng)接近單車空氣阻力系數(shù)的50%左右（當(dāng)然0.2車身長(zhǎng)度的間距，對(duì)于安全駕駛來(lái)說(shuō)還是太小了，特別是對(duì)于大型重載卡車而言，但是實(shí)際上隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，利用自動(dòng)駕駛系統(tǒng)之間的快速相互通信，進(jìn)行編隊(duì)行駛是能夠保證車隊(duì)行駛的安全性的）。

下圖展示了在不同的編隊(duì)數(shù)量下，電池組的重量，車輛的有效載荷和電池組的成本如下圖所示，可以看到，隨著編隊(duì)內(nèi)數(shù)量的增加，那么在同樣的續(xù)航里程下，需要的電池組重量減少，有效載荷增大，電池組的成本降低。我們以300英里的行駛距離為例，單輛卡車時(shí)需要一個(gè)1000kWh左右的電池組，但是在7輛車編隊(duì)行駛時(shí)僅僅需要880kWh的電池組就足夠了，能量消耗降低15%。在汽車的有效載荷方面，雖然300英里的續(xù)航里程下，編隊(duì)行駛對(duì)于有效載荷的提升并不大，但是在900英里的續(xù)航里程下，由于電池組減重較多，因此有效載荷可以提高11.1-14美噸。

對(duì)于成本的計(jì)算方面我們?nèi)匀灰?00英里的續(xù)航里程，7輛車編隊(duì)行駛為例，其最大有效載荷為25.5美噸，電池組成本為15.8萬(wàn)美元（880kWh電池組），而內(nèi)燃機(jī)半掛卡車平均載重16美噸，車輛成本為12萬(wàn)美元，考慮到使用成本，電動(dòng)卡車還是很具有優(yōu)勢(shì)的，但是在較長(zhǎng)的續(xù)航里程下（例如1000英里），燃油車仍然具有優(yōu)勢(shì)。

現(xiàn)在的卡車最大的續(xù)航里程在680英里左右，如果采用2，3，4，5，6，7車編隊(duì)行駛，那么續(xù)航里程可以分別提升到740，760，770，780，790和800英里，續(xù)航里程最高提升可達(dá)17.6%。

編隊(duì)行駛帶來(lái)的另一大好處就是電池組壽命的提高，根據(jù)上面的分析，卡車在編隊(duì)行駛的過(guò)程中，由于空氣阻力降低，因此牽引力也相應(yīng)的降低，因此電池組的輸出功率、電流也相應(yīng)的降低，因此可以有效的提高電池組的壽命。下圖是編隊(duì)行駛對(duì)電池組壽命的影響，對(duì)于一個(gè)續(xù)航里程為300英里的卡車，對(duì)照組卡車在壽命終止前能夠行駛275000英里，而采用編隊(duì)行駛的卡車則能夠行駛305000英里，而對(duì)于600英里續(xù)航里程的情況下，對(duì)照組為550000英里，而編隊(duì)行駛的卡車則能夠行駛610000英里，也就說(shuō)編隊(duì)行駛能夠?yàn)殡姵亟M帶來(lái)額外將近半年的使用壽命，這對(duì)于降低電動(dòng)卡車的使用壽命而言也具有非常重要的意義。

借助編隊(duì)行駛帶來(lái)的空氣阻力降低，能夠顯著的減少電動(dòng)卡車在行駛過(guò)程中的能源消耗，在電池組保持不變的情況下提升卡車的續(xù)航里程最大可達(dá)17.6%，在續(xù)航里程不變的情況下也可以有效的減少電池組的重量（12%左右），從而降低電池組的成本。同時(shí)編隊(duì)行駛還能夠有效的降低電池組的工作電流，從而提升電池組的使用壽命，降低電動(dòng)卡車的使用成本。在智能化自動(dòng)駕駛技術(shù)的幫助下，編隊(duì)行駛的安全性問(wèn)題將得到保證，編隊(duì)行駛將成為未來(lái)電動(dòng)卡車的使用的重要趨勢(shì)。

撰稿：憑欄眺

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