美國(guó)主機(jī)廠和掛車廠一同挑戰(zhàn)極限

本刊記者 寧文祥 編譯

大家應(yīng)該還記得在今年美國(guó)中部卡車展上，戴姆勒北美公司展出的一臺(tái)超級(jí)卡車（Super Truck）。這臺(tái)超級(jí)卡車的掛車部分是由美國(guó)一家名叫 Strick的掛車公司進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的。在這臺(tái)超級(jí)卡車的設(shè)計(jì)和制造方面，這兩家主機(jī)廠和掛車廠可謂是同心協(xié)力、嘔心瀝血地共同挑戰(zhàn)這臺(tái)卡車空氣動(dòng)力學(xué)的極限，他們做到了。

美國(guó)能源部的四千萬刺激計(jì)劃

戴姆勒北美公司展出的超級(jí)卡車其實(shí)是有源頭的，是美國(guó)能源部的一個(gè)項(xiàng)目刺激而出現(xiàn)的產(chǎn)品。在2009年，美國(guó)能源部正式對(duì)外發(fā)布了超級(jí)卡車項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目的目的是想刺激重型卡車生產(chǎn)企業(yè)對(duì)高效的重型卡車進(jìn)行研發(fā)，項(xiàng)目的周期為五年。超級(jí)卡車項(xiàng)目的總獎(jiǎng)勵(lì)金額達(dá)到四千萬美元，而美國(guó)能源部給各大重卡企業(yè)提出的目標(biāo)是以2009年美國(guó)標(biāo)配的Class 8重卡作為基準(zhǔn)，提升卡車50%的貨運(yùn)效率，提高50%的制動(dòng)熱能效率，同時(shí)降低相應(yīng)的二氧化碳排放和燃油消耗。

在美國(guó)能源部發(fā)布這個(gè)項(xiàng)目之后，美國(guó)各大卡車生產(chǎn)企業(yè)就開始了忙碌的研發(fā)和試驗(yàn)。戴姆勒北美公司就是其中的一家，憑借著他們這款在美國(guó)中部卡車展展出的超級(jí)卡車，戴姆勒北美公司和其他四家美國(guó)重卡企業(yè)瓜分了由美國(guó)能源部提供了總值四千萬美金的獎(jiǎng)勵(lì)。

“武裝到牙齒” 幾乎完美的半掛汽車列車

戴姆勒北美公司研發(fā)出的這款得到了美國(guó)能源部獎(jiǎng)勵(lì)的超級(jí)卡車到底是什么樣的一臺(tái)卡車呢？這款卡車對(duì)比當(dāng)前現(xiàn)有的半掛汽車列車，幾乎稱得上是無與倫比。

為何說它完美？首先是在空氣動(dòng)力學(xué)方面的表現(xiàn)。而精巧的設(shè)計(jì)是保證空氣動(dòng)力學(xué)完美發(fā)揮的重要因素。它的牽引車經(jīng)過改良后，可以根據(jù)不同的路程需要調(diào)整高度，讓空氣動(dòng)力學(xué)的表現(xiàn)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。牽引車的后輪安裝了整流罩，整流罩可以導(dǎo)流走大部分輪胎附近的風(fēng)阻。這臺(tái)超級(jí)卡車在牽引車和半掛車的連接處也別出心裁。在傳統(tǒng)的半掛汽車列車中，牽引車和半掛車之間都會(huì)有一個(gè)比較大的空隙，這個(gè)空隙的存在給半掛汽車列車在行進(jìn)的過程中形成了不少風(fēng)阻。這臺(tái)超級(jí)汽車列車特意將半掛車前端部分延長(zhǎng)，大大縮小了這個(gè)造成風(fēng)阻的空隙，不僅提高了整車的空氣動(dòng)力學(xué)，也讓整個(gè)汽車列車看起來更像一個(gè)整體，更為美觀且大氣。除此之外，戴姆勒北美公司在考慮空氣動(dòng)力學(xué)時(shí)候甚至連進(jìn)氣格柵也包括在改良的范圍內(nèi)，他們將進(jìn)氣格柵設(shè)計(jì)為可開啟和可關(guān)閉的形態(tài)。當(dāng)汽車列車行駛在高速公路上時(shí)，駕駛員可以將進(jìn)氣格柵關(guān)閉，從而降低高速行駛過程中由于進(jìn)氣格柵而形成的風(fēng)阻。

這臺(tái)超級(jí)卡車空氣動(dòng)力學(xué)的表現(xiàn)絕對(duì)不僅僅是在牽引車上，它的半掛車設(shè)計(jì)也同樣優(yōu)異。半掛車上安裝的側(cè)裙板大大減少了從半掛車底部的氣流，讓空氣從側(cè)裙板的側(cè)部流走。半掛車尾部經(jīng)過了優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以防止氣流聚集在半掛車的尾部，能有效提高空氣動(dòng)力的效果。這些空氣動(dòng)力學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì)大大提高了整個(gè)汽車列車的空氣動(dòng)力性能，根據(jù)戴姆勒北美公司的測(cè)算，整車的空氣動(dòng)力學(xué)效果跟2009年的基準(zhǔn)重卡相比提高了54%。

除了優(yōu)異的空氣動(dòng)力學(xué)，為了提高整車的效率，車輛還在輕量化和減少摩擦的設(shè)計(jì)上下了功夫。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)牽引車的框架，減少了橫梁，同時(shí)還安裝了更輕量化的后懸架，這兩個(gè)小改動(dòng)讓整車比2009年的基準(zhǔn)卡車輕了318 kg。超級(jí)卡車使用了米其林特質(zhì)的輪胎產(chǎn)品，材料選用的是復(fù)合橡膠，能十分有效地減少摩擦。

能源的合理優(yōu)化利用，也是這臺(tái)超級(jí)卡車的重要特點(diǎn)。其實(shí)對(duì)于這款卡車來說，動(dòng)力的選擇并不出乎大家的意料，采用了油電混合動(dòng)力系統(tǒng)。但是值得一提的是，這款車的電池充電模式十分多元化。其中一個(gè)方式就是合理利用車輛排放出來的廢氣產(chǎn)生的熱量，回收后將其轉(zhuǎn)換成電能。超級(jí)卡車發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是特制的低摩阻10.7升發(fā)動(dòng)機(jī)，這款發(fā)動(dòng)機(jī)最主要的特點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的熱能回收效率，它能成功回收50%的發(fā)動(dòng)機(jī)熱能（這也是美國(guó)能源部超級(jí)卡車項(xiàng)目的目標(biāo)之一）。除了前面所說的兩個(gè)熱能回收，這款超級(jí)卡車還應(yīng)用了太陽能的技術(shù)，在掛車的車頂部分安裝了多塊太陽能板。這些太陽能板在吸收太陽能后，可以為貨物單獨(dú)提供吹涼風(fēng)的功能，避免貨物溫度過高。除此之外，該車采用的發(fā)動(dòng)機(jī)后處理技術(shù)能讓這輛超級(jí)卡車的發(fā)動(dòng)機(jī)在更高的溫度和更大的壓力下運(yùn)行。

主機(jī)廠和半掛車企業(yè)的完美配合

其實(shí)戴姆勒北美公司和Strick公司聯(lián)合研發(fā)的這款超級(jí)卡車不僅僅是受美國(guó)能源部的刺激，還有很大一部分因素是因?yàn)槊绹?guó)的有關(guān)部門正在醞釀一個(gè)關(guān)于掛車燃油經(jīng)濟(jì)性的標(biāo)準(zhǔn)，今后美國(guó)所有掛車的生產(chǎn)都必須符合一定的節(jié)油要求。而在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)之際，戴姆勒北美公司聯(lián)合Strick公司在美國(guó)中部卡車展展出的超級(jí)卡車也是應(yīng)對(duì)這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)儲(chǔ)備。這個(gè)超級(jí)卡車的研發(fā)成功是戴姆勒北美公司和Strick公司兩者緊密配合的結(jié)果。

戴姆勒北美公司的工程師Derek Rotz表示：“牽引車和掛車是作為一個(gè)整體設(shè)計(jì)的，但是由兩家不同的企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)。兩家企業(yè)都對(duì)雙方保持了高度的信任。” Derek Rotz表示超過三分之二的車輛效率提升來自于掛車部分，他認(rèn)為超級(jí)卡車的設(shè)計(jì)是一個(gè)整體的概念，牽引車和半掛車是一個(gè)密不可分的系統(tǒng)，只有兩者綜合在一起才能最大化的提升效率。

戴姆勒北美公司和Strick在2012年的時(shí)候就達(dá)成了合作協(xié)議，隨后Strick就為這個(gè)項(xiàng)目專門設(shè)計(jì)了多款半掛車。Strick公司的工程師Charlie Willmott表示：“我們?cè)趻燔嚿习惭b了側(cè)裙和尾部氣體吸收器，這兩者已經(jīng)經(jīng)過實(shí)踐證明可以提升掛車的空氣動(dòng)力學(xué)。除此之外，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，戴姆勒北美公司給予了Strick公司大量的改良建議，讓Strick設(shè)計(jì)出來的卡車更為高效。”最終安裝在超級(jí)卡車上的半掛車是基于Strick TFI 53英尺的半掛車設(shè)計(jì)而成，采用102英寸的“Sheet and Post”結(jié)構(gòu)。

對(duì)于為何還采用“Sheet and Post”結(jié)構(gòu)，Charlie Willmott表示：“跟如今全新的復(fù)合材料廂板結(jié)構(gòu)相比，傳統(tǒng)的Sheet and Post結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)勢(shì)就是輕量化。我們?nèi)缃穸荚谙敕皆O(shè)法地降低車輛的燃油消耗，我們應(yīng)該更多地在輕量化上下功夫。因?yàn)榭諝鈩?dòng)力學(xué)的節(jié)油效果跟很多其他因素相關(guān)，比如說在高速公路上行駛的速度和路程遠(yuǎn)近等。至于輕量化，它幾乎能在所有條件下發(fā)揮節(jié)省燃油的作用。”

Derek Rotz也十分同意Charlie Willmott的觀點(diǎn)，他認(rèn)為整個(gè)超級(jí)卡車的工程是團(tuán)隊(duì)協(xié)作的結(jié)果，他說：“我們?cè)O(shè)計(jì)出基本的模型，Strick公司將其完善。我們提供了一個(gè)三維模型后，Strick也積極地給予了回饋。”據(jù)了解，在戴姆勒北美公司給Strick公司提供了一個(gè)三維模型后，Strick制造出了兩個(gè)樣車，然后在設(shè)計(jì)出樣車的基礎(chǔ)上，根據(jù)高效性進(jìn)行了全面的改裝，不過基本的車輛尺寸沒有改變。Charlie Willmott說：“我們?cè)O(shè)計(jì)制造一輛掛車需要進(jìn)行多方面的平衡，比如說我們要在客戶需求、尺寸和總質(zhì)量限制之間進(jìn)行一個(gè)平衡。其實(shí)對(duì)于廂式半掛車來說，最理想的造型是一個(gè)類似于皮劃艇的造型。這樣的造型雖然高效，但是并不一定符合客戶的需求。再比如我們有很多輕量化的點(diǎn)子，但我們要考慮到這臺(tái)半掛車是用來裝載貨物的，要堅(jiān)久耐用，符合承載貨物的條件才行。”

整車效率遠(yuǎn)超美國(guó)能源部目標(biāo)

美國(guó)能源部制定的超級(jí)卡車計(jì)劃的燃油效率提升目標(biāo)是50%，那么戴姆勒北美公司和Strick制造出來的這款超級(jí)卡車的效率如何？根據(jù)介紹，這款超級(jí)卡車的效率提升達(dá)到了115%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了美國(guó)能源部超級(jí)卡車計(jì)劃的目標(biāo)。

雙方分別設(shè)計(jì)并制造完成牽引車和掛車后，他們就將這臺(tái)超級(jí)卡車在美國(guó)德克薩斯州的圣安東尼奧和達(dá)拉斯之間的35號(hào)洲際公路312英里的路程之間進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)5天的道路測(cè)試。測(cè)試過程中的車輛總質(zhì)量為65 000 Lbs（29 484 kg），車速為65 英里/小時(shí)（104 km/h）。最終的油耗測(cè)試結(jié)果居然為驚人的12.2 MPG（19.3 L/100 km），因?yàn)槟壳笆袌?chǎng)上同種類型的卡車的平均油耗是其兩倍之多。

為了進(jìn)一步向美國(guó)能源部證實(shí)這臺(tái)超級(jí)卡車的效率提升的效果，戴姆勒北美公司進(jìn)行了多項(xiàng)測(cè)試。在俄勒岡州的波特蘭市的城市環(huán)行測(cè)試，同時(shí)還將這臺(tái)超級(jí)卡車放在熱室和冷凍室進(jìn)行了抗怠速的試驗(yàn)。這些測(cè)試都表明，這臺(tái)超級(jí)卡車能提高115%的效率，大大超越了美國(guó)能源部所制定的目標(biāo)值。

根據(jù)介紹，在進(jìn)行這個(gè)項(xiàng)目之后，戴姆勒北美公司常規(guī)的牽引車的技術(shù)水平也得到了提升。Derek Rotz介紹：“以前我們認(rèn)為10年之后才可能應(yīng)用到牽引車上的空氣動(dòng)力學(xué)技術(shù)如今借著超級(jí)卡車的‘東風(fēng)’，已經(jīng)應(yīng)用到了當(dāng)年福萊納Cascadia系列卡車上了。”這臺(tái)超級(jí)卡車除了外表看得見的硬件設(shè)施能提高卡車的效率外，很多看不見的軟件設(shè)備也在幫助它實(shí)現(xiàn)效率的提升，比如IPM系統(tǒng)（Intelligent Powertrain Management智能動(dòng)力系統(tǒng)管理），這臺(tái)超級(jí)卡車還預(yù)裝了三維數(shù)字地圖，在IPM系統(tǒng)下可以實(shí)現(xiàn)智能換擋，另外車上的eCoast系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)效率的提升。

Derek Rotz表示：“在這臺(tái)超級(jí)卡車身上，我們將未來提高效率的技術(shù)集中在了一起。我們參與超級(jí)卡車的項(xiàng)目成為了戴姆勒北美公司的卡車未來持續(xù)升級(jí)的關(guān)鍵一步，我們今后將會(huì)進(jìn)一步評(píng)估這些運(yùn)用到超級(jí)卡車上的技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。當(dāng)然了，現(xiàn)在大多數(shù)用于超級(jí)卡車的技術(shù)并不能運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，有的是由于標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的原因，有的則是價(jià)格的原因。”

編者感言：協(xié)作效應(yīng)的創(chuàng)新

如今我國(guó)政府正在鼓勵(lì)“大眾創(chuàng)業(yè) 萬眾創(chuàng)新”，創(chuàng)新能力現(xiàn)在已經(jīng)成為衡量一個(gè)生產(chǎn)企業(yè)的新標(biāo)準(zhǔn)。什么是創(chuàng)新？怎么樣去創(chuàng)新？

戴姆勒北美公司展出的這臺(tái)超級(jí)卡車展現(xiàn)了智慧的融合。戴姆勒旗下的福萊納、底特律發(fā)動(dòng)機(jī)、梅賽德斯-奔馳和扶桑四家子公司都在自己特長(zhǎng)的范圍內(nèi)為這臺(tái)超級(jí)卡車貢獻(xiàn)出了智慧，戴姆勒北美公司還和Strick掛車公司共同開發(fā)出了具有超強(qiáng)空氣動(dòng)力學(xué)的半掛車，同時(shí)還和米其林公司合作，開發(fā)出了超低阻力的復(fù)合材料橡膠輪胎。這就是在協(xié)作效應(yīng)體系下的創(chuàng)新思維，單槍匹馬埋頭苦干獨(dú)自研發(fā)的年代也許已經(jīng)過去，融合各界精英的智慧和技術(shù)才是新時(shí)代制造業(yè)創(chuàng)新的最高效途徑。