Ford kämpar mot fysik för att bygga överkomliga elbilar

Det är ingen överdrift att säga att Ford har svårt att göra elfordon lönsamma. Företaget avbröt nyligen produktionen av F-150 Lightning, en lastbil som en gång utropades som den viktigaste elbilen i historien, efter att ha tagit en häpnadsväckande investering på 19,5 miljarder dollar till elbilsinvesteringar 2025. Ett nytt fokus på hybrider och elbilar med lång räckvidd, såväl som fordon med förbränningsmotorer, som fortfarande genererar störst intäkter för detta år, är den nya vägen-2 framåt. Allt som är gammalt är nytt igen.

Men Ford ser fortfarande elbilar som framtiden – bara inte stora fordon som Lightning som har ”ingen väg till lönsamhet”, som Ford Model E och Ford Blues president Andrew Frick sa förra året. Istället satsar biltillverkare på specialbyggda, mer prisvärda elbilar med unik design och mindre batterier som kan generera vinster samtidigt som kundernas efterfrågan återuppstår. Åh, det måste vara så roligt att köra.

Den monumentala utmaningen kommer att tacklas av Fords Silicon Valley-baserade Skunk Works Research Institute, ledd av Alan Clark, verkställande direktör för biltillverkarens EV-program och en 12-årig Tesla-veteran. Fram till nu har Ford hållit mycket av sina prestationer gömda för allmänheten, men nu är det redo att börja visa upp dem. I en briefing med en liten grupp reportrar förra veckan inledde Clark Fords så kallade Universal EV Platform (UEV), som så småningom kommer att stödja en hel familj av lågkostnadsbilar med början med en mellanstor lastbil på $30 000 2027.

Vårt team på cirka 500 ingenjörer i Silicon Valley och Los Angeles är organiserat kring två grundläggande principer: effektivitet och prisvärdhet. Framgången för den förstnämnda – att minska vikten, minska friktionen och förbättra aerodynamiken – anses vara helt avgörande för att öka skratt. Nu, sa Clark, förbereder Skunk Works-teamet sig för att ta examen till huvudevenemanget. Produkten är helt integrerad i Fords tillverkningsmotor, med målet att kombinera innovation med företagets massiva skala. Med andra ord har Fords UEV-team gått bortom designstadiet till det ”tunga lyftet” med att säkra leveranskedjan och förbereda för massproduktion.

”När vi väl gör det är det inte en ”skunk works”-modell, det är bara Fords sätt. Så det är definitivt mindre än ett typiskt program. Men det är också den största produkt- och plattformsförändringen Ford har gjort på minst ett decennium.”

Det största hindret för att sänka kostnaderna för elbilar är batteriet, som vanligtvis står för cirka 40 % av fordonets totala kostnad, sa Clark. Men i stället för att ha hopp om mytiska och sedan länge utlovade innovationer som solid-state-batterier, har Fords Skunk Works-team valt att fokusera på att få ut så mycket räckvidd som möjligt ur det minsta batteripaketet.

För att åstadkomma detta introducerade Ford ett nytt system kallat ”Incitament” för att vägleda ingenjörernas beslut. Dessa är numeriska indikatorer som tilldelas viktiga faktorer som ökar effektiviteten, såsom fordonsmassa och aerodynamiskt motstånd, faktorer som direkt påverkar räckvidd och kostnad.

Till exempel kan en ändring på 1 millimeter i takhöjden spara 1,30 USD i batterikostnader. Alternativt kan en liten ökning av materialkostnaderna minska bromsmotståndet, vilket kan leda till ökad effektivitet och räckvidd. Clark sa att det nya incitamentssystemet får Fords ingenjörer att tänka på dessa kompromisser när de modellerar olika material och design.

”Incitament är ett mycket påtagligt sätt för varje ingenjör, varje produktperson, varje designer att förstå hur deras små dagliga beslut påverkar kunden och slutprodukten”, sa han.

I lågprisfordon kan det verka kontraintuitivt att använda dyrare delar bara för att de är lättare. Men genom att tilldela viktbesparingar ett monetärt värde när det gäller batterikostnadsbesparingar kan Fords ingenjörer fastställa att den typen av komponenter faktiskt kan sänka den totala kostnaden för fordonet.

Fords strävan att utveckla överkomliga elbilar är också en kamp mot själva fysiken. Eventuell ineffektivitet på grund av motstånd tar bort från räckvidd. Vid högre hastigheter blir motståndet ett ännu större hinder. Clark sa att om du går dubbelt så snabbt utövar luften fyra gånger så mycket motstånd och kräver åtta gånger så mycket kraft för att hålla den hastigheten.

Med det i åtanke gick Fords ingenjörer ihop med några av F1:s smartaste hjärnor för att ta itu med detta problem direkt. De effektiviserade UEV:s underrede genom att göra bulthålen grundare, noggrant kanaliserade luftflödet runt däcken och fjädring, och formade vissa komponenter för att dölja det främre däcket bakom bakdäcket. Vad är den beräknade belöningen? Lade till 4,5 miles räckvidd.

Även sidospeglarna fick ses över. Istället för att använda separata motorer för att justera och fälla speglarna, har Ford integrerat båda funktionerna i ett enda ställdon som flyttar hela spegelkroppen. Detta gjorde att spegeln kunde vara mer än 20 % mindre än vanligt, vilket minskade massan, kostnaden och motståndet. Vad är den beräknade belöningen? 1,5 mils extra räckvidd.

Vikt är också aerodynamikens fiende. För att banta ner använder Ford för första gången stort engjutet aluminium, vilket biltillverkaren uppskattar kommer att ge en viktförbättring på mer än 27 procent jämfört med konkurrenterna. Som referens använder Ford Maverick 146 strukturella delar i sin främre och bakre struktur. Endast två nya mellanstora elektriska pickuper används.

Ford siktar också på att sänka batterikostnaderna genom att använda billigare LFP-batterier som inte använder kobolt och nickel, två av de dyraste mineralerna att få tag på. Ford har utvecklat en mycket effektiv cell-till-struktur-arkitektur med prismatiska celler som effektivt gör batteripaketet till en del av lastbilens skelett. Tesla är allmänt erkänt som en pionjär inom strukturella batterier. BMW, Volvo och nu Ford ser också förbättringar i användningseffektivitet och vikt.

UEV-plattformen kommer att vara Fords första spricka i ett zonledningssystem, snarare än en domänstil. Zonad arkitektur innebär en minskning av antalet elektroniska styrenheter (ECU) och ledningar, och viktigast av allt, en minskning av produktionskostnaderna. Tesla banade väg för användningen och den har sedan antagits av flera specialbutiker för elbilar, inklusive Rivian och Scout.

Men Clark bestred tanken att Ford helt enkelt följer andra biltillverkare när de antar zonarkitektur. Han hävdar att även om själva termen ofta används i marknadsföring, hänvisar den faktiskt till en typ av zonaggregation i de flesta fordon, där ECU:n främst tjänar till att förkorta ledningsnätet och logiken förblir centraliserad.

”Verkligheten är att väldigt få fordon i världen faktiskt har en zonstruktur,” tillade han.

Däremot flyttar Fords tillvägagångssätt sin logik närmare där funktionaliteten fysiskt förekommer i fordonet, sa Clark. Detta minskar kabelnätets komplexitet ytterligare och gör att datorresurser kan användas mer dynamiskt över fordonet beroende på vilken funktionalitet som krävs vid den tidpunkten.

Ford kommer också att utvidga denna integration till kraftelektronik. DC-DC-omvandlaren och AC-laddaren delar nu ett enda kort och komponenter i en kompakt modul, som också hanterar strömfördelning och batterihantering, och kan ge växelström till ditt hem under ett strömavbrott. Genom att gruppera dessa system och integrera delade komponenter skapade Ford en kompakt, underhållsbar modul känd som E-Box.

Naturligtvis finns det avvägningar. Fords nya EV, som använder en 400-voltsarkitektur, laddar inte lika snabbt som, säg, en 800-volts Hyundai eller Kia EV. Clark förklarade att efter omfattande intern forskning drog teamet slutsatsen att 800-voltssystem inte ger meningsfulla laddnings- eller drivlinafördelar för detta fordonssegment. Och Ford ville ha flexibiliteten för att rymma inte bara litiumjärnfosfatbatterier, utan även framtida kemi som skulle vara lättare vid 400 volt.

Förutom att kämpa mot fysik, kämpar Ford också mot politisk motvind som direkt bidrar till att bromsa försäljningstillväxten för elbilar. Men Clark sa att företagets framtida framgång inte var beroende av incitament som skattelättnader, som Ford alltid ansåg ”en bonus”.

Som ett 122-årigt äldre företag med ett vidsträckt nätverk av leverantörer har Ford alltid släpat efter mer vertikalt integrerade företag som Tesla när det gäller att utveckla mjukvarudrivna elfordon. Men UEV-projektet kommer att påbörja det arbete som krävs för att få dessa system och komponenter under Fords direkta kontroll så mycket som möjligt, vilket eliminerar behovet av att förhandla fram framtida förbättringar med tredjepartsföretag, sa Clark.

I en videopresentation retade Ford några av designerna som man överväger för framtida lastbilar. Till skillnad från de flesta nuvarande lastbilar är Fords nya elektriska pickup designad för att vara mer aerodynamisk, med en vinklad huv och en droppformad taklinje. Det är inte din typiska höghöjda lastbil med en trubbig front, utan en annan äggformad EV. Detta är en designtrend som har kritiserats för att vara överanvänd.

Clark förklarar att om aerodynamiker arbetade ensamma, skulle resultatet sannolikt bli en ren droppform, vilket skulle vara orealistiskt och oönskat för en lastbil. Istället placerar vi aerodynamikexperter vid sidan av Fords andra designers, vilket gör varje beslut till ett gemensamt lärande.

”När du äntligen får se lastbilen kan du vara domaren”, tillade han. ”Jag vet att du vill att folk ska vilja ha det direkt. De måste vilja köpa det. De måste gilla hur det ser ut.”