野心勃勃的電動達人馬斯克在今年六月份宣布將在10月26日（已經延期到11月16日）推出旗下的全電動半掛卡車，馬斯克更是不吝贊美之詞，在推特上稱“這個野獸值得親眼一見，它簡直不是真的”。其實關注卡車電動化的遠遠不止特斯拉一家，就在剛剛，傳統車企戴姆勒公司旗下的扶桑卡車發布E-FUSO Vision ONE純電動重型概念車，卡車總重達到23.26噸，載重達到11.11噸，續航里程達到350公里。

我們知道，電動卡車相比于傳統的燃油卡車最大的短板就是電池組，一般而言傳統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，如果電動卡車續航里程達到300，600，900英里，那么所需要儲存的能量就要分別達到1000，2000和3100kWh，電池組中了則要分別達到8，18和27美噸（1美噸=2000磅=907.18474kg），如此笨重的電池組將會嚴重的限制卡車的有效載荷。同時大電池組的昂貴的成本也是我們不得不考慮的問題，一個能夠行駛300英里的電動卡車電池組成本大約需要20萬美元，而一輛燃油卡車的價格也僅僅為12萬美元左右。面對電動卡車如此高昂的成本，如何讓它發揮出最大價值就需要我們仔細研究了。

受制于電池組的重量因素和價格因素，我們不可能將電動汽車的續航里程做到無限大，美國卡內基·梅隆大學的VenkatasubramanianViswanathan計算后認為最經濟的續航里程是在300英里左右，當續航里程進一步提高后，電池組的重量就要與卡車的有效載荷相近或者更高了，降低了卡車的經濟性。因此如何在電池組容量有限的情況下將續航里程發揮到極致就是需要我們考慮的。

卡車載行駛的過程中，電池組中的能量主要用來克服行駛過程中遇到的阻力，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、輪胎結構等因素的影響，因此比較固定。而空氣阻力受到多種因素的影響，例如車身結構、空氣狀況和車輛編隊等影響，今天我們就和大家以其了解一下，電動卡車如何編隊行駛才能更省電。

我們知道在車輛行駛的過程中車頭會劈開車輛的前方的空氣，而在車輛的后方則會形成一個空氣相對稀薄的低壓區，周外的空氣向低壓區填充，就會在此處形成湍流，而隨著車速的增加，空氣阻力也會成倍的增加，因此如何更好的利用卡車對于氣流的干擾，降低電動卡車在行駛過程中的阻力，是提高卡車續航里程的關鍵。

大雁在長途飛行時，都會采取編隊飛行的方式，利用頭雁對氣流產生的擾動飛行，有助于節省體力。同樣的，卡車也可以利用前車在尾部產生的低壓區行駛，降低空氣阻力，減少能源消耗，提升續航里程。

圖片來源：視覺中國www.vcg.com

Venkatasubramanian Viswanathan研究發現風阻系數會隨著電動卡車之間的距離減小和編隊卡車的數量增加而降低，在距離D，平均速度下v下消耗的能量如下式所示，式中的第一項是空氣阻力，其中還包含了由于編隊行駛所帶來的風阻系數降低Cdred，式中的第二項則代表了滾動摩擦，這與公路的特性有關

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

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。

因此根據上式，我們可以計算獲得在不同的編隊模式下電池組的重量，成本和電動車的最大載荷之間的關系，計算中用到的主要參數值如表1和表2所示.

下圖展示了在不同的編隊車輛數量和車輛間距的情況下，每輛汽車的空氣阻力系數與單個車輛行駛時的空氣阻力系數的比例，可以注意到隨著卡車之間的距離降低和編隊卡車的數量增加，車輛的空氣阻力系數明顯降低，最低可以達到單個卡車行駛時空氣阻力系數的50%，這對于電動卡車在高速行駛時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，空氣阻力系數會隨著車輛的增加而降低，例如在車輛間隔在0.2個車身長度時，在2輛車編隊時，空氣阻力系數，下降到單車空氣阻力系數的90%左右，但是在有7輛車編隊時，就已經接近單車空氣阻力系數的50%左右（當然0.2車身長度的間距，對于安全駕駛來說還是太小了，特別是對于大型重載卡車而言，但是實際上隨著自動駕駛技術的不斷發展，利用自動駕駛系統之間的快速相互通信，進行編隊行駛是能夠保證車隊行駛的安全性的）。

下圖展示了在不同的編隊數量下，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，隨著編隊內數量的增加，那么在同樣的續航里程下，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，單輛卡車時需要一個1000kWh左右的電池組，但是在7輛車編隊行駛時僅僅需要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英里的續航里程下，編隊行駛對于有效載荷的提升并不大，但是在900英里的續航里程下，由于電池組減重較多，因此有效載荷可以提高11.1-14美噸。

對于成本的計算方面我們仍然以300英里的續航里程，7輛車編隊行駛為例，其最大有效載荷為25.5美噸，電池組成本為15.8萬美元（880kWh電池組），而內燃機半掛卡車平均載重16美噸，車輛成本為12萬美元，考慮到使用成本，電動卡車還是很具有優勢的，但是在較長的續航里程下（例如1000英里），燃油車仍然具有優勢。

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

編隊行駛帶來的另一大好處就是電池組壽命的提高，根據上面的分析，卡車在編隊行駛的過程中，由于空氣阻力降低，因此牽引力也相應的降低，因此電池組的輸出功率、電流也相應的降低，因此可以有效的提高電池組的壽命。下圖是編隊行駛對電池組壽命的影響，對于一個續航里程為300英里的卡車，對照組卡車在壽命終止前能夠行駛275000英里，而采用編隊行駛的卡車則能夠行駛305000英里，而對于600英里續航里程的情況下，對照組為550000英里，而編隊行駛的卡車則能夠行駛610000英里，也就說編隊行駛能夠為電池組帶來額外將近半年的使用壽命，這對于降低電動卡車的使用壽命而言也具有非常重要的意義。

借助編隊行駛帶來的空氣阻力降低，能夠顯著的減少電動卡車在行駛過程中的能源消耗，在電池組保持不變的情況下提升卡車的續航里程最大可達17.6%，在續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。同時編隊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，降低電動卡車的使用成本。在智能化自動駕駛技術的幫助下，編隊行駛的安全性問題將得到保證，編隊行駛將成為未來電動卡車的使用的重要趨勢。

撰稿：憑欄眺

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