特斯拉創始人和他的電動卡車夢

Ian Wright是特斯拉汽車公司創始團隊的早期成員之一。對於如何推動電動汽車革命向前發展，他和埃隆·馬斯克(Elon Musk)有著不同的想法。

他們都認為對方用錯了望遠鏡。Elon Musk希望打造一款大型全電動高級轎車，吸引那些影響他人意見的人，他的方法是合乎邏輯的，而且非常成功。

Ian Wright其人

1980年，他前往澳大利亞攻讀電氣工程學位，但並未完成學業。1993年，他被硅谷的一家網絡公司招到美國，並最終為Cisco系統和光學交換設備開發商Altamar Networks工作。

他的鄰居、企業家馬丁·埃伯哈德(Martin Eberhard)把他帶進了電動汽車領域，他們共同創立了電動轎車和SUV製造商特斯拉汽車(Tesla Motors)。

在特斯拉期間，Ian Wright主要負責系統啟動優化工作，這為早期 Tesla Motors 建立了技術和資金基礎。後來 Tesla Motors 遇到資金困難不得不變更產品策略，讓產品更加親民化，他沒待多久，大約一年後就離開了。

根據公開記錄，2010年Tesla公司上市後，他出售了18萬股股票，當時價值約300萬美元，如今，這些股票的價值超過4500萬美元。

▲Wrightspeed的第一輛演示車是中型五十鈴(Isuzu)卡車，車架是Ratto Group旗下的一輛frieliner禿鷹(Condor)卡車，配備了該公司最新一代射程擴展電力驅動系統

Ian Wright的電動卡車夢

Ian Wright認為，減少每天啟停數百次的重型柴油卡車的排放更為重要。

因此，他賣掉了特斯拉的股票，開始自己製造重型電動城市卡車，以減少城市社區的柴油排放。

Ian Wright有充分的理由朝那個方向發展，這類卡車約佔所有柴油車排放量的8%，儘管它們在整個卡車車隊中只佔很小的比例。

Ian Wright於2011年創立Wrightspeed。

▲wrightspeed-fulcrum-turbine-generator

與公路上的其他車輛不同的是，Wrightspeed卡車除了可以外接電源充電以外，還有一個燃燒燃料而發電的內燃機，它是一種兩級燃氣輪機，比任何活塞式發動機都輕，效率也更高。

它可以使用柴油、天然氣、液化天然氣、甲烷、生物柴油、煤油、丙烷、燃料油或任何其他可燃燃料。

因為它只驅動發電機，不連接驅動輪，所以可以設定它以最有效的速度旋轉——大約每分鐘10萬轉。

Ian Wright說，渦輪機運行非常清潔乾淨，不需要催化轉換器就能滿足加州嚴格的排放規定。

▲燃氣輪機、高壓鋰離子電池和電驅動單元

這輛卡車純電行駛里程為30英里，當電池電量太低時，渦輪發動機加速運轉，它燃燒燃料產生電能，確保卡車可以繼續前進。

Ian Wright估計，燃料成本降低和維修費用減少可以為車隊運營商在卡車的平均12年使用壽命中為每輛卡車節省50萬美元的運維成本，並且在節約資金的同時削減排放，對環境和車隊運營商來說都是一個成功的方案。

Wrightspeed只生產用於卡車改裝的動力總成，不生產整車。Wrightspeed公司積壓了大量訂單，他們最近宣佈將遷往一家新工廠，以擴大業務。

Wrightspeed擁有其動力系統的大部分知識產權，包括正在申請專利的控制、逆變器、電機、兩個無離合器變速齒輪箱、電池組、電池管理系統和LCD用戶界面。

▲Wrightspeed-Route-250 適用於城市物流的卡車底盤

Wrightspeed-Route-250參數：

• Maximum GVWR:16,000 lbs
• Class 3 & Class 4
• GTD™ Units:1
• Fulcrum™ Generators:1
• Horsepower:150 hp
• Braking:250 hp
• Top Speed:50 – 72 MPH (configurable)
• Maximum Grade:40% at max GVWR
• Range:Unlimited (with refueling)
• 20 miles (pure EV)
• Estimated MPGe:[1]17.9
• Fuel Consumption Reduced:[2]67%

▲Wrightspeed-Route-500 市內巴士、飲料車或其他經常停靠的重型貨車

Wrightspeed-Route-500參數：

• Maximum GVWR:33,000 lbs
• Class 5, Class 6 & Class 7
• GTD™ Units:2
• Fulcrum™ generators:1
• Horsepower:250 hp
• Braking:500 hp
• Top Speed:50 – 72 MPH (configurable)
• Maximum Grade:40% at max GVWR
• Range:Unlimited (with refueling)
• 27 miles (pure EV)
• Estimated MPGe:[1]11.1
• Fuel Consumption Reduced:[2]74%

▲Wrightspeed-Route-1000 市內工程及公共服務車輛

Wrightspeed-Route-1000參數：

• Maximum GVWR:66,000 lbs
• Class 8
• GTD™ Units:4
• Fulcrum™ Generators:1
• Horsepower:400 hp
• Braking:1000 hp
• Top Speed:50 – 72 MPH (configurable)
• Maximum Grade:40% at max GVWR
• Range:Unlimited (with refueling)
• 24 miles (pure EV)
• Estimated MPGe:[1]7.0
• Fuel Consumption Reduced:[2]70%

▲wrightspeed-powertrain-office

Ian Wright說:“特斯拉給我們的一個教訓是，汽車製造成本非常高，所以，如果你真正關注的是動力系統，為什麼不乾脆製造動力系統呢？”

一臺乘用車，其四缸發動機的壽命通常是5000小時，但大部分時間發動機都沒有工作在高效區。

對一臺商用車來說，配備30kW發電機的柴油機壽命會達到10000小時，但重量會達到2000磅，它太重了，體積也太大了。

▲wrightspeed_fulcrum_microturbine_generator

然而，如果你用一個燃氣輪機作為引擎，突然之間一切都變了，比如你用的是96000轉/分鐘的燃氣輪機。

這個30千瓦的燃氣輪機發電機組和一瓶1升的可樂差不多大，燃氣輪機沒有潤滑系統，它靠空氣軸承運轉，只有一個運動部件，不需要潤滑或冷卻，維護費用低。

所以，這臺引擎的壽命將近4萬小時，總重量只有220磅，大約是四缸柴油引擎重量的10%，壽命至少是其4倍。

▲為350馬力的Wrightspeed動力系統提供電力的燃氣輪機渦輪葉片

▲Wrightspeed燃氣輪機

▲與燃氣輪機形成鮮明對比的，是重達3600磅的由柴油機和變速箱組成的動力系統

正常的發動機將從低轉速空轉到其他時候的高速，這將導致燃料使用效率低下和不良排放。

微型渦輪可以使用多種燃料，主要是柴油或天然氣，而且排放比同類活塞式發動機更清潔，不需要任何尾氣後處理。

這個燃氣輪機比現在加州的排放標準高出10倍，而且不需要任何後處理，連消聲器都沒有。

在加州，用柴油卡車引擎來達到排放標準變得越來越難，而且越來越貴，很多加州客戶不再在中型卡車上使用柴油發動機，他們將回歸到汽油v8引擎，但它們燃燒的燃料比普通汽車多40%，壽命也只有柴油發動機的一半。

對於一個普通的柴油發動機來說，當你怠速的時候它可能會燃燒很少的燃料。

渦輪機最糟糕的一點是，它們只在全功率時有效。在空轉功率下，燃料流量大約是全功率下燃料流量的30%到50%，空轉也並不省油。

不過對於並不直接驅動車輪的燃氣輪機來說，這不是問題---只負責發電會讓他一直工作在高效區。

▲Wrightspeed 80kW Fulcrum Microturbine

因為如果你把燃氣輪機用在諸如Wrightspeed這樣的混合動力車或增程電動汽車上，它的運行速度和負載都是恆定的。當它給電池充電完畢，它就會關閉。所以燃氣輪機在整個電動傳動過程中都是非常有效的。

▲Wrightspeed卡車底盤構造

▲Wrightspeed卡車底盤構造

因為可以完全將發動機負載與道路負載分離開，電池負責給道路負載輸出電力，所以燃氣輪機發動機驅動發電機給電池充電時我們只需要讓它處於最佳狀態。

Wrightspeed創造的發明中有一種叫做齒輪牽引傳動（Geared Traction Drive ）的無離合器換擋機構，它使用複雜的計算機控制來同步高速換擋。他們的專利電機只有70磅重，提供250馬力，是所有電機中功率重量比最好的。

▲Wrightspeed公司的電機和自動減速器裝置體積很小，但可以為大型商用垃圾車提供動力

▲Wrightspeed動力系統

▲Wrightspeed has developed an integrated motor-controller-transmission unit for its drive, now tradenamed 'The Route.' The company is using proprietary motors and controllers and two-speed gearbox.

▲Wrightspeed Geared Traction Drive

▲Wrightspeed Geared Traction Drive

▲Wrightspeed兩擋電驅動橋，採用分佈式電驅動，兩側通過中間的螺栓緊固為機械硬連接，可以看做是輪邊電驅橋，相對中央電驅橋省去了差速器

▲Wrightspeed兩擋電驅動橋

▲Wrightspeed兩擋電驅動橋

▲Wrightspeed兩擋電驅動橋試驗檯

▲Wrightspeed兩擋電驅動橋換擋平順性測試

在Wrightspeed動力系統中，多個電動機由電池組提供動力，電池組在停車時由插頭充電，其他場合可由渦輪發電機或再生制動發電。

微型渦輪發電機非常乾淨、高效、安靜。它只用於給電池充電，並且在任何時候都以最高的性能速率運行，這使得它非常省油。

▲安裝了微型渦輪發電機組的Wrightspeed卡車

▲Wrightspeed-electric-truck-fuel

▲Wrightspeed 插混（增程式）電動卡車底盤主要部件

例如五十鈴NPR，一種普通的運輸卡車，傳統柴油發動機平均每加侖可行駛12英里，同一輛改裝了Wrightspeed系統的卡車每加侖行駛里程為44英里，與豐田凱美瑞(Toyota Camry)混合動力車在高速公路上行駛的EPA數據類似，改進了300%。

▲工人正在組裝350馬力的電機和四擋自動變速箱

▲工人正在組裝350馬力的電機和四擋自動變速箱

絕對效率並不是渦輪機的最重要的優點之一，一般來說燃氣渦輪發動機的熱效率比活塞發動機也會略低，基本在25%-35%的水平。

但用來發電的話，因為利用廢熱，熱效率能夠大幅提升到80%左右，所以現在電驅動系統中，用微型燃氣渦輪發動機作為增程設備已經成為一個新的趨勢。

2010年捷豹的C-X75概念車上就是用一個微型燃氣渦輪發動機取代了活塞發動機來給電池充電。

燃氣渦輪發動機的另個一個好處是對於燃燒的燃料並沒有限制，可以多種燃料在同一臺發動機上使用。

▲Wrightspeed也曾用過AxleTech電驅橋

▲Wrightspeed也曾用過AxleTech電驅橋

▲Wrightspeed也曾用過AxleTech電驅橋

▲Wright和他的電驅橋

▲Wrightspeed電驅動系統

▲試驗檯上的Wrightspeed電驅動系統

▲turbine-engine-future

Wrightspeed採用的這個微型燃氣渦輪發動機就是可以用柴油或者天然氣。

渦輪擊敗活塞發動機的方式有：動力重量比、全功率耐久性、排放和維護、沒有潤滑系統、沒有冷卻系統、沒有傳送帶、沒有軟管，除了空氣過濾器，發動機沒有維修。

微型渦輪發動機獲得高效率的原因是它是一個串聯混合動力系統，因此我們只在它的最高效點運行。

▲驅動電機和減速器細節

▲驅動電機和減速器細節

▲驅動電機和減速器細節

Wrightspeed的系統被稱為Route，從技術上講是一個插電式混合系統。

“充電”部分是指60千瓦時的鋰電池組，通過電源插座充電，為電動機提供動力。在行駛過程中，電池通過再生制動和由燃燒燃料的微型渦輪驅動的機載發電機進行充電。

這種微型渦輪機“基本上是一個罐裝噴燈”，燃燒汽油和柴油等液體燃料，以及天然氣和丙烷等氣體燃料。

這個過程會產生一些排放，但比柴油發動機清潔得多，而且不需要排放處理系統來滿足加州嚴格的空氣質量規定。

▲Wrightspeed 產品總監Arlan Purdy正在展示公司第一代卡車的每一側車輪的獨立驅動系統

今年早些時候，Wrightspeed與麥克卡車公司(Mack Trucks)達成協議，將其技術應用於麥克的重型卡車。

FedEx和其他公司幾年來一直在測試該公司的渦輪混合動力系統，並取得了積極的成果。它最近搬到了一個更大的工廠，準備開始全面生產。

▲Wrightspeed的渦輪機只是整個增程系統的一小部分，正如產品經理Arlan Purdy所說。

今年早些時候，它與新西蘭的NZ巴士公司簽署了一項價值3000萬美元的協議，將其柴油動力客車轉換為Wrightspeed動力。

這個島國的柴油價格是大陸的3倍。由於更低的燃料和維護成本，NZ巴士預計在幾年內就能收回投資。

編後語：

用燃氣輪機做成串聯插電混動（增程式）電動卡車，雖然已經不是什麼新鮮玩意兒，但真正在民用商業化領域開始探索，這項桂冠大概要算到Wrightspeed頭上了。

瞭解到其基本原理和架構後，小編真正感興趣的倒不是人家的技術，而是其敢作敢為、敢為天下先的創新精神和勇氣，以及下游用戶企業積極訂購樣機、敢冒風險的這樣一種良好的市場培育氛圍。

中國自古不缺乏埋頭苦幹的人，也不缺乏拼命硬幹的人，中國人的創新精神毋庸置疑，工程製造能力更是獨步天下，但是在工程技術領域，真正敢把工程師的奇思妙想付諸實施的卻鮮見，如果不能主動做那個“出頭的椽子”和不避風摧的“秀於林”的“木”，我們只能永遠亦步亦趨。

希望國內有更寬鬆的創新氛圍、更多的資源去支持工程師的奇思妙想，摸著石頭過河失敗在所難免，但這正是領先別人的必由之路，誰讓我們的目標是星辰大海呢？

如果有一天，中國的技術創新遍地開花，輔之以強大的工程製造能力，中華之復興誠不遠矣！