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      重塑交通的商用車轉型技術


      2020/3/16 13:54:41

      商用車是我們經濟發展的發動機之一。有效并經濟地運輸貨物和人員是工業持續發展和實現強勁就業的關鍵。卡車負責美國近70%的商品運輸,在美國每年約3.21萬億英里的汽車行駛距離中,卡車運輸占據了約3000億英里。這篇報告概述了技術趨勢、新技術帶來的市場和商業機會,以及環境和經濟因素帶來的挑戰。

      商用車每天為數以百萬計的人提供工作和休閑的需要,運送和分發從原材料、零部件到成品的商品,并提供多種服務和支持功能。雖然公路上的卡車和公共汽車只是商用運輸工具的一部分,空中、鐵路和海上運輸也有這些功能,但整個商用車行業的健康發展和效率優先是經濟發展的一個強有力的指標。

      今天,商用車行業正經歷著歷史上最偉大的變革,信息技術通過互聯和自動化實現了在十年前不可想象的功能。與此同時,發動機技術也在經歷著巨大的變化,動力系統的電氣化正迅速成為現實。本文對商用車行業目前面臨的挑戰和機遇進行了廣泛的介紹,并展望了商用車行業未來10至15年的發展方向。伴隨這一轉變而來的挑戰是相當大的,要求新一代的工程師通過不斷的新知識學習,為商用車技術的新發展做好準備。作為一名商用車領域的工程師,這是一個激動人心的時代。

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      圖1 2019年美國卡車行業出貨量(按市場細分,單位:百萬美元)來源:NTEA

      在美國,中型和重型車輛僅占5%行駛中的車輛,但承擔了交通運輸量的23%。2017年中型和重型車輛的溫室氣體排放量,約占美國溫室氣體排放量總排放量的6.7%。減少排放和提高效率是該行業當務之急。通過使用低碳燃料(例如:壓縮天然氣)代替石油基燃料)和電氣化商用車動力總成等減少碳排放的技術對商用車行業越來越重要。

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      圖2 NACFE的《 2018年度車隊燃效率研究》中報告的平均車隊燃料經濟性(基于20個車隊的數據)

      一、提高能源效率新技術

      替代燃料可以為商用車提供一個以硬件改變最小化來達到減少二氧化碳排放量的低成本途徑。然而,這種燃料的經濟性隨地點變化而不同,并且需要配套能夠靈活適應多種燃料的內燃機。并且還要考慮其他因素如工作周期、負載容量,充電時間和配套基礎設施等。另外也有一些政府資助研究項目用于提高能源效率,主要包括以下方面:

      1.改進先進的內燃機/動力系統

      康明斯大學,普渡大學和密歇根大學正在設計一種火花點火發動機,適用于中型(MD)卡車。雖然MD卡車傳統上使用柴油,但也有越來越多的廠家轉向汽油發動機或壓縮汽油發動機、天然氣(CNG)發動機等。

      2.能量管理

      ANL和ORNL正在尋找通過先進的能源管理使車隊效率最大化,總體目標為提高汽車能耗與提高車隊的貨運效率。

      3.混合動力傳動系統

      OSU、康明斯和FCCC正在利用一個模塊化的,靈活的方法來設計電氣化動力系統的車輛

      4.其他關鍵的卡車技術和應用研究以及測試和評估

      FCCC和康明斯在這方面處于領先地位,正在提高卡車燃油效率方面做著各項努力研究。

      5.ADAS技術

      ADAS技術未來可能會變得越來越有吸引力,對車隊運營商來說,不僅帶來安全上的好處,而且在運行效率和燃油經濟性方面,都有強大的優勢。

      ADAS技術包括傳感器技術,如前視雷達、激光雷達、立體雷達等;攝像頭系統、紅外攝像頭、連通性等特點作為車對車和車對車基礎設施的通信,并透過無線寬頻上網以及地圖服務和GPS導航等。

      二、全球排放法規限制及控制排放新技術

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      圖3 各國重型車輛二氧化碳/燃料效率法規嚴格程度的比較

      最近,重型車輛排放的氮氧化物受到了更多的立法關注。在不同工況下符合美國2010年排放標準的重型柴油發動機的氮氧化物排放如下圖所示。


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      圖4 美國EPA數據顯示:盡管排放標準日益收緊,但商用車燃油效率一直在穩步提高

      排放污染物控制技術

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      圖5 一個用于控制污染物標準排放的柴油車發動機和后處理系統的案例


       

      來源:SAE International:《Transformational Technologies Reshaping Transportation - An Academia Perspective》(編譯:趙衛華)

      網站刊登的文獻翻譯均為先進制造業知識服務平臺原創翻譯,如需轉載本文,請注明來源。

      重塑交通的商用車轉型技術(原文).pdf


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