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动力被风阻偷吃了? 低风阻挂车竟如此重要!带尾翼的套件见过吗?

2022-09-07 04:00:00 杨昊

动力被风阻偷吃了? 低风阻挂车竟如此重要!带尾翼的套件见过吗?

【卡车之家 原创】衡量一个老司机开卡车是否优秀,最关键的指标是什么?有卡友说是控车能力、是安全意识、还是精准的挡位衔接等等要素,其实上述的关键词都是衡量一个老司机是否优秀的关键指标。但是卡车作为工具而言,一台车的长期油耗将会直接和我们卡友的实际收入挂钩,所以最关键的指标就是在安全高效的范围内,如何在长期运营的过程中提升车辆的燃油经济性。

说到这个话题,很多卡友表示,油耗其实和发动机燃烧效率,变速箱换挡逻辑、精准度以及传动轴、车桥的传动效率有很大关系。确实,在载荷相同、运营工况相同的情况下,会因为以上因素不同而产生油耗的变化。

但是很多卡友还会忽略一大细节,那就是车辆的风阻系数,目前国产厂家在新款牵引车上已经陆续开始使用各种低风阻设计,诸如一汽解放的J6S、重汽的黄河等等车型,其外观造型的风阻系数都是一降再降,而这也是未来卡车的一大发展趋势。但是你有没有想过,除了主车之外,或许挂车的风阻系数也会影响到我们运营的实际油耗呢?

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很多卡友认为风阻系数是玄学,因为风只能感受到,肉眼根本看不见,所以要想知道风阻会如何影响卡车的油耗,我们需要物理公式。风阻系数=正面风阻力x2÷(空气密度x正面投影面积x车速的平方),而重汽黄河X7车型0.37的风阻系数正是由这一公式计算出来的(主车+挂车优化匹配下的最优风阻系数为0.37),而目前国产卡车的平均风阻系数大约在0.5左右。

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简单理解,只要你还在地球上开车,那么空气密度、车辆的速度和正面投影面积,就会影响车辆的实际风阻系数,所以在同等车速、同等路况、同等配置、行驶同等距离的情况下,风阻系数0.35的卡车会比风阻系数0.5的卡车更省油。那么风阻对于油耗的影响究竟是大还是小呢?

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有研究表明,卡车在行驶过程中,所受到的空气阻力为四个部分,分为表面阻力、压差阻力、诱导阻力和车内阻力。逐级来看,表面阻力是指气流通过车辆外表时所产生的摩擦阻力,比如说我们的后视镜、车门把手、车灯、导流罩、挂车等相关部件,都会在行驶过程中产生相对应的表面阻力。

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而压差阻力则和紊流区大小有关系,什么是紊流?紊流是指是流体的一种流动状态,当流速很大,物体流线不可辨时,就会形成紊流,而它的另一个名字又被称之为乱流。而压差阻力是指气流流经车身后,会在某处形成紊流,进而在这个点位的区域内形成一片真空区,就产生了我们口中的压差阻力。

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而真空区越大,则会产生一种向真空区内吸收的力,将周围的物体吸附过来,也就意味着车辆在行驶中的压差阻力会变得更大,所以在为卡车做外观设计时,应当尽可能将车辆的零部件设计规整,进而减少行驶中紊流的出现。棱角分明或是在行驶中拥有大量风阻的卡车,会导致我们在长期行驶下需要用动力克服更多真空区,消耗更多燃油。

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而诱导阻力属于压差阻力中的一种,是由于经过车辆顶部和底部的空气压力不同,进而形成的,诱导阻力和压差阻力在总的空气阻力中,占比是最大的。车内阻力则是指中冷器、发动机等零部件在行驶时带来的风阻,占比较小不做讨论。

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说了这么多,那么什么样的造型才是低风阻系数的设计,根据公式可以算出,正方体物品的风阻系数为1,球状物的风阻系数为0.5左右,而鸟类的风阻系数为0.1-0.2左右,雨滴的风阻系数在0.05左右。而当我们卡车的行驶速度到达40km/h以上时,将会有不少的动力参与到克服风阻之中,所以优化风阻在这两年成为了商用车行业发展中的“关键词”。

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通过以上理论数据足以可见,风阻对于卡车的油耗有着十分重要影响,尤其是“高头大马”的重卡车型。除了不断优化牵引车的外观设计,让其更符合空气动力学以外,其实挂车在行驶当中也会产生非常大的压差阻力和诱导阻力,所以目前欧美市场的挂车厂家已经逐渐开始研究如何降低挂车的风阻系数。

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在行驶当中,挂车的风阻主要来自于这几个方面,由于挂车体积庞大,再加上为方正的矩形结构,所以流经挂车的空气有一部分是表面阻力,其次是挂车与车头之间的空隙以及车尾,速度越快,这里的空气流速越快,来自上、下、左、右区域的空气在这里形成对撞,打破了气流的流线、流向以及流速,进而形成紊流,产生大量的压差阻力以及真空区。

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同时,诸如车桥、支腿、悬架、轴等零部件,如果直接面对气流,都会增加挂车的车内阻力,以水滴、鸟类等低风阻物体的设计来看,低风阻挂车设计务必需要保障车辆货厢整体迎风面积要小,货厢表面光滑平整,在底盘区域也要额外安装全新的导风原件,让气流穿梭更精确、更巧妙。

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所以综上所述,要想实现牵引车整体的低风阻设计,但有低风阻车头是远远不够的,挂车同样需要升级。而我们今天介绍的这家挂车企业早在多年之间就意识到低风阻设计的优势,并且将想象中的挂车设计搬进了现实中,一口气推出了多款产品。

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主挂之间距离要窄

低风阻挂车要满足以下这几点需求,首先是要缩短挂车与主车之间的间隙,要让流经这里的各方向上空气尽量“丝滑”过渡到尾部,同时挂车表面以及车底的覆盖面也要足够平整,让上下方流动的空气不会形成紊流。最后在车尾附近、底盘两侧还要增加一定数量扰流板,进一步提升空气的稳定流速,使紊流形成的真空区尽量远离车辆四周。

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根据这样的设计思路,一家名为BETTERFLOW的欧洲公司,早在多年之前就意识到挂车风阻也需要大幅降低才能提升卡车运营中整体的燃油经济性。目前针对欧洲已有的厢式挂车做出了多种改装方案以及产品,接下来我们就一起看看它究竟有何优势?

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BETTERFLOW的产品覆盖面很广,研发过程中运用了大量的风洞测试、计算机模拟测试,可以针对各种车型,定制不同的挂车以及低风阻改装组件,今天我们重点来聊聊成本更低、可以适配众多厢式挂车的低风阻组件的表现如何?

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据BETTERFLOW研究发现,在主车和挂车之间的区域中,来自车顶上方的气流在此汇聚较多,所以进一步衔接主车导流罩与挂车车顶之间气流的过渡,能够更好的降低紊流的产生。为此BETTERFLOW专门开发了名为THE LEAD SYSTEM的系统,简单理解就是挂车前方的导流板。

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这个零部件呈圆弧形,可以根据主车导流罩的大小自由定制,它的加入能够提前承接从主车过渡而来的气流,并向上方顺利将大部分气流过渡至挂车货厢上方。这个零部件的重量约为18kg左右,同时不仅可以兼顾正常厢式车型,也可以完美适配开利、冷王等一系列挂车冷机品牌,造型上并不突兀。

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搞定了车顶的紊流之后,我们来看看车底,经过BETTERFLOW研究发现,拖车底盘下方在风洞测试中会因为底盘造型结构棱角分明,导致出现强烈的空气紊流,所以为此开发了LowFLOW系统,增强挂车底盘的一体性。

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LowFLOW的特点就是安装、拆卸都很方便,其主要部件是BETTERFLOW公司开发的轻量化膜,可以适配绝大多数挂车底盘。同时固定在车辆大梁之上,无需额外打孔,整体长度约为10米,宽度约为1米,这种膜的震动频率较高,可以有效防止污水、泥浆敷在下方,安装后的离地高度和后保险杠的离地高度接近,而LowFLOW的加入,有助于提升挂车底盘下方空气流速稳定性,降低风阻。

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最后一个风阻问题出现在挂车车尾,传统挂车由于车尾采用横平竖直的显示设计,气流还没完全离开车身,就会在这里汇聚成紊流,导致整车车尾后方形成一个巨大的真空带,周围的空气和物体就会有一个被吸入的状态,增加我们的行驶阻力导致油耗上升。这就不难解释很多卡车为什么车头、车侧都不算脏,而车尾却布满灰尘。

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为此,BETTERFLOW为挂车增加了一个尾部组件,全自动RearFLOW,称之为尾翼系统。其设计原理是将尾翼系统安装在挂车尾门之上,通过一定角度延伸流经车身的气流,进而让真空区远离车尾,同时降低紊流的产生。这套系统由三片轻量化弧形叶板组成,日常为关闭状态,当检测到卡车车速超过60km/h之后自动打开。

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仅这一设计就能将卡车的总体阻力系数(cd值)降低9%左右,同时再配合挂车侧裙板以及其他结构件,在2018年IAV(Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr)和测试公司DEKRA进行的对比测试中,带有BETTERFLOW组件的挂车能够让整车的百公里油耗下降1.5-1.7升,对于卡车来说,这样的表现值得肯定。

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BETTERFLOW给出的数据计算,以我国快递行业用车为例,一辆卡车的综合使用里程大约在200万公里左右,而假设这台卡车出厂就带有BETTERFLOW设计的组件,在全生命周期中,大概可以为卡车节省大概20000-30000升左右的柴油,结合现阶段的柴油油价,卡友们可以自己计算一下全生命周期中自己可以节约大概多少钱。

●  编后语

风阻=玄学吗?答案是否定的,风阻反而是卡车领域中,很多车企难以平衡的一大难题,而纵观现阶段国内外主流的卡车厂商的设计来看,低风阻造型或许会成为未来商用车外观设计中最重要的风向标。同时对于牵引车来说,不仅主车需要降低空气阻力和压差阻力,挂车同样如此。

而BETTERFLOW的产品目前已经在欧洲地区广泛布局,有不少运输企业开始认可这一设计思路,未来针对我们国家顺丰、四通一达以及其他快递公司而言,低风阻设计的挂车绝对算的上降本增效的一大利器,在油价日益高涨的时代,或许未来谁能更快克服风阻带来的困扰,谁就能够抢占更多的市场先机。(文/杨昊 图/https://www.betterflow.com)

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