速率之綠

宋喜秀

速率之綠

宋喜秀

不論是車輛的行駛速度，還是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，唯有將速率控制在經(jīng)濟(jì)范圍內(nèi)才能高效節(jié)能；而運(yùn)輸過(guò)程的轉(zhuǎn)運(yùn)速率同樣影響著運(yùn)輸成本。借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，降低車輛空駛率，減少車輛運(yùn)輸時(shí)間，通過(guò)大數(shù)據(jù)計(jì)算車輛最優(yōu)行駛速率，綠色節(jié)能，高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

眾所周知，車速有2個(gè)物理量：速度是矢量，有進(jìn)有退、有方向，既描述車輛運(yùn)動(dòng)的快慢，又反映車輛運(yùn)動(dòng)的方向；速率是標(biāo)量，有大小沒(méi)有方向。汽車速度計(jì)不能顯示車輛運(yùn)動(dòng)的方向，所以，其讀數(shù)，在物理學(xué)概念上應(yīng)該是指汽車的速率。

汽車速率指標(biāo)與綠色發(fā)展理念息息相關(guān)，是專用汽車綠色生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈重要的物理量之一。以速率之綠為核心，讓專用汽車量力而行，讓貨運(yùn)業(yè)行之有效，讓供給側(cè)比翼齊飛，是專用汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級(jí)的必由之路。

1　控制速率方能綠色節(jié)能

車輛上路，發(fā)動(dòng)機(jī)不僅尾氣排放要符合法規(guī)要求，還要高效節(jié)能，如此才能成為綠色動(dòng)力。獲得牽引力的感受越強(qiáng)勁，車輛克服各種運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的做功速率越慢；反之越快，有效驅(qū)動(dòng)力的付出就會(huì)相對(duì)減少。

1.1 動(dòng)力與速率的平衡點(diǎn)

對(duì)于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，通常用燃料消耗率B（kg/h）表示發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗水平。但是，B是發(fā)動(dòng)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)的耗油量，而且發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率越大，單位時(shí)間內(nèi)的耗油量越大，所以B不能說(shuō)明燃油經(jīng)濟(jì)性。所以，人們普遍用B與輸出功率Po之商，即比油耗be（kg/kW·h）表示車輛的節(jié)能降耗水平。

圖1　比油耗微笑曲線

圖2　EBP電子節(jié)能開關(guān)

試驗(yàn)表明：如圖1，比油耗從最低轉(zhuǎn)速（A）開始，先隨轉(zhuǎn)速增大而減小，到比油耗最低點(diǎn)（B）以后才隨轉(zhuǎn)速的增大而加大，是一條中間低兩端高的“微笑曲線”；最低轉(zhuǎn)速（A）、最大轉(zhuǎn)速（C）點(diǎn)的比油耗都不是最低點(diǎn)，中高速工況，比油耗最低——比油耗曲線以微笑的外形告訴我們，中高速工況最經(jīng)濟(jì)。

在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速（B）工況以下，發(fā)動(dòng)機(jī)功率大都消耗在活塞連桿機(jī)構(gòu)自身的摩擦阻力和潤(rùn)滑油的黏性阻力上了；而高于這個(gè)轉(zhuǎn)速時(shí)，功率又集中在克服內(nèi)部慣性阻力上了，這時(shí)雖然轉(zhuǎn)矩較大，做的功多，但消耗的無(wú)用功也多，因此二者都不經(jīng)濟(jì)。只有在中高速轉(zhuǎn)速區(qū)間，做的功比較多，而消耗的無(wú)用功相對(duì)較低，所以形成最佳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速點(diǎn)。為了使車輛保持在最佳經(jīng)濟(jì)點(diǎn)，人們?yōu)榘l(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)了電子節(jié)油系統(tǒng)。如康明斯“EBP機(jī)智人”節(jié)能開關(guān)，可以根據(jù)不同路況與載重要求靈活選擇駕駛模式，確保發(fā)動(dòng)機(jī)在最優(yōu)化的油耗區(qū)間運(yùn)行，達(dá)到動(dòng)力和速率的最佳平衡，實(shí)現(xiàn)真正意義的綠色環(huán)保。

對(duì)于長(zhǎng)途、重載類貨車來(lái)說(shuō)，除了配置節(jié)能開關(guān)，還應(yīng)在車身配置輕量化、負(fù)載分布合理化、路面狀況平坦化等方面為車輛節(jié)能減排創(chuàng)造有利條件。

1.2 限速必不可少

對(duì)于搭載液壓裝備的自卸車、垃圾車、混凝土攪拌車、泵車等作業(yè)類專用汽車來(lái)說(shuō)，液壓泵和液壓馬達(dá)是車輛的第二動(dòng)力。第二動(dòng)力有2種動(dòng)力源，一是從變速器動(dòng)力輸出窗口直接取力，驅(qū)動(dòng)第二動(dòng)力；二是以車載蓄電池為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)液壓源中的電機(jī)，再由電機(jī)帶動(dòng)第二動(dòng)力。

第二動(dòng)力也有速度局限性。以齒輪油泵為例，齒輪泵額定轉(zhuǎn)速，是車載液壓系統(tǒng)可靠安全運(yùn)轉(zhuǎn)的保證。若齒輪油泵的轉(zhuǎn)速過(guò)低，則起初流量會(huì)過(guò)小，不能保證系統(tǒng)的供油量，甚至吸不上油；如轉(zhuǎn)速過(guò)高，又會(huì)使齒輪泵吸油過(guò)程出現(xiàn)吸空現(xiàn)象，造成吸油不足，反而降低流量，同時(shí)還產(chǎn)生噪聲、震動(dòng)、加劇磨損等故障。可見(jiàn)，齒輪油泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)按齒輪泵的額定轉(zhuǎn)速工作為宜。因此，在不同速比情況下，必須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行限速，才能保障專用汽車作業(yè)功能的正常發(fā)揮。

1.3 穩(wěn)壓節(jié)流保護(hù)電機(jī)

對(duì)于電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，電池組和電動(dòng)機(jī)是核心，電池組的輸出功率就是在一定的放電制度下，電池組單位時(shí)間內(nèi)所能輸出的能量。

影響電動(dòng)汽車速率的因素錯(cuò)綜復(fù)雜：車輛啟動(dòng)、爬坡時(shí)，速率低但要求轉(zhuǎn)矩大；車輛高速行駛時(shí)，由于慣性作用又無(wú)須大轉(zhuǎn)矩，因此需要牽引電機(jī)具有低速恒轉(zhuǎn)矩、高速恒功率的輸出特性。但是，電池組的輸出功率隨著負(fù)載消耗而降低，如果保持輸出功率持續(xù)穩(wěn)定，則連續(xù)放電時(shí)間會(huì)相應(yīng)減少。

同時(shí)，放電率是由電池組的充放電特性決定的，放電電壓超過(guò)特性限值，不僅不能釋放電能，終止續(xù)航里程，也會(huì)使電池組壽命縮短。

受電池容量、電池壽命等技術(shù)發(fā)展的限制，車載能源總是不夠富裕，為了保證蓄電池輸出穩(wěn)定的工作電壓，最大限度地提高車載能源利用效率，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)了以總線通信為基礎(chǔ)的三個(gè)控制系統(tǒng)：以電池組為核心的能量管理系統(tǒng)、以電動(dòng)機(jī)為主體的速率調(diào)節(jié)系統(tǒng)、以功能優(yōu)化為目標(biāo)的車身控制系統(tǒng)。

圖4　電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)示意圖

整車通信網(wǎng)絡(luò)采集加速踏板、制動(dòng)踏板、換擋位置、車輛速率等信息，通過(guò)CAN總線與能量管理系統(tǒng)的電池、電容、電機(jī)、電樁、電腦等電子電力設(shè)備通信，管理與控制電能的充、放、儲(chǔ)、用、回收等流動(dòng)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)行駛速率、荷電電壓等整車性能指標(biāo)體系最優(yōu)化。

2　加快轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)，構(gòu)建資源節(jié)約型運(yùn)輸體系

對(duì)于快遞、物流類貨運(yùn)車輛而言，提高貨物集散地的裝卸效率，縮短前端停車裝貨占用時(shí)間和終端停車卸貨占用時(shí)間，可提高存量車輛的出勤率，減少貨運(yùn)車輛的總量增量，從而構(gòu)建環(huán)境友好型和資源節(jié)約型物流體系，使速率之綠一路綠燈。目前，快遞站場(chǎng)有集中裝貨裝箱和自動(dòng)卸貨卸箱模式。

圖5　集裝箱裝卸港

2.1 集裝箱運(yùn)輸

集裝箱運(yùn)輸系統(tǒng)包括通用與專用2種模式。通用集裝箱運(yùn)輸系統(tǒng)包括海運(yùn)、陸運(yùn)、空運(yùn)、港口、貨運(yùn)站以及與集裝箱運(yùn)輸有關(guān)的海關(guān)、商檢、船舶、貨運(yùn)等單位和部門。由于通用集裝箱在不同運(yùn)輸方式之間換裝時(shí)，勿需搬運(yùn)箱內(nèi)貨物而只需換裝集裝箱，不僅提高了換裝作業(yè)效率，而且適于不同運(yùn)輸方式之間的聯(lián)合運(yùn)輸。在換裝轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，海關(guān)及有關(guān)監(jiān)管單位只需加封或驗(yàn)封轉(zhuǎn)關(guān)放行，從而節(jié)省了前段裝貨裝箱時(shí)間，提高了系統(tǒng)運(yùn)輸效率。

當(dāng)然，通用集裝箱運(yùn)輸系統(tǒng)如果互相配合不當(dāng)，就會(huì)影響整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)功能的發(fā)揮，如果某一環(huán)節(jié)失誤，必將影響全局，甚至導(dǎo)致運(yùn)輸生產(chǎn)停頓和中斷。因此，誕生了鐵路快運(yùn)、郵政快遞、冷鏈運(yùn)輸?shù)茸猿梢惑w的專業(yè)運(yùn)輸方式。當(dāng)然，無(wú)論是通用模式，還是專用模式，集裝箱運(yùn)輸模式都要求搞好整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)各環(huán)節(jié)、各部門之間的高度協(xié)作。多條線路集中于一點(diǎn)的“多線一點(diǎn)、輪流拖掛”模式；四是“網(wǎng)絡(luò)化甩掛運(yùn)輸”模式，特別適合于成熟的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)體系。

圖6　“假肢”腿換箱運(yùn)輸模式

圖7　拉臂鉤換箱運(yùn)輸模式

2.3自裝卸運(yùn)輸

集裝箱運(yùn)輸與自換箱運(yùn)輸?shù)墓餐攸c(diǎn)是車箱相對(duì)底盤具有獨(dú)立性，車箱自身具有可靠的密封性以及車載貨物集成裝箱的便利性。對(duì)于開放式的

2.2 自換箱運(yùn)輸

集裝箱運(yùn)輸效率高，但是需要門式、橋式、塔式、輪式、臂架式等大型起重裝卸機(jī)械配合吊裝，同時(shí)還需要相當(dāng)大的周轉(zhuǎn)和作業(yè)場(chǎng)地。一旦場(chǎng)地有限，或者貨運(yùn)量不太大時(shí)，自換箱運(yùn)輸模式值得推廣。

自換箱又稱交換箱，是一種可以將貨箱與底盤快速分離或組裝的運(yùn)輸技術(shù)。根據(jù)底盤與貨箱的離合形式，目前有3種自換箱模式。

一是假肢腿：用于交換的自換箱，依靠活動(dòng)支腿完成支撐和互換功能；

二是拉臂鉤：底盤轉(zhuǎn)臂上的掛鉤，與貨箱上的掛鉤座具有車上車下2種離合關(guān)系；

三是掛車與牽引車組合的甩掛運(yùn)輸模式。

前2種自換箱能上能下，后1種自換箱能進(jìn)能退，3種自換箱又各自通用，所以可以由駕駛員自助換箱、自主運(yùn)輸。

集裝箱、假肢腿、拉臂鉤模式，統(tǒng)稱甩箱模式。與甩箱模式相對(duì)應(yīng)的是甩掛運(yùn)輸模式，甩箱、甩掛又統(tǒng)稱為甩運(yùn)模式。以甩掛運(yùn)輸模式為例，甩運(yùn)模式有4種基本形式。一是中短途運(yùn)輸線路“兩點(diǎn)一線、兩端甩掛”模式；二是供需關(guān)系比較穩(wěn)定的“一線多點(diǎn)、沿途甩掛”模式；三是普通貨箱來(lái)說(shuō)，自裝卸運(yùn)輸方式應(yīng)用較多。

自裝卸運(yùn)輸包括隨車起重運(yùn)輸車形式；配置專用裝卸裝置的各種專用運(yùn)輸車；配置起重尾板的貨運(yùn)車輛以及以立體化貨架為對(duì)象的快速裝卸機(jī)器人等4個(gè)類型。

（1）隨車起重運(yùn)輸車

隨車起重運(yùn)輸車的突出特點(diǎn)是能夠代替人工，進(jìn)行機(jī)械化、自動(dòng)化搬運(yùn)，特別適合倉(cāng)儲(chǔ)調(diào)運(yùn)、樹木吊裝、道路救援、設(shè)施搭建等搬、運(yùn)一體化作業(yè)。隨著抓具、夾具、燈具、吊籃、螺旋鉆、拔樁器、輪胎裝卸機(jī)械手、高空作業(yè)平臺(tái)等專門作業(yè)裝置的出現(xiàn)，隨車起重運(yùn)輸車的作業(yè)范圍不再局限于搬運(yùn)功能，其發(fā)展?jié)摿图?xì)分市場(chǎng)日益廣闊。

（2）專用運(yùn)輸車及助力式貨運(yùn)車

帶自裝卸功能的專用運(yùn)輸車包括轎車運(yùn)輸車、自裝卸垃圾車等多種專用車型，這些專用車的特點(diǎn)十分明顯。相比之下，帶尾板的貨車則有很強(qiáng)的通用性；它是依靠配置在尾部的起重尾板輕松地將普通貨物“搬運(yùn)”至車箱門口。

（3）快速裝卸機(jī)器人

隨著電子商務(wù)的普及，多種貨物的少量搬運(yùn)需求正在擴(kuò)大，以立體化貨架為對(duì)象的快速裝卸機(jī)器人的市場(chǎng)需求日益突出。裝卸機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人的一種，具有高度自動(dòng)化的操作和移動(dòng)功能。

圖8　隨車起重運(yùn)輸車作業(yè)

圖9　自裝卸環(huán)衛(wèi)車作業(yè)

日本日立曾宣布開發(fā)出一種可在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)移動(dòng)并自動(dòng)裝卸和搬運(yùn)貨物的新型機(jī)器人。這種新型機(jī)器人的構(gòu)造是，在移動(dòng)平板車上安裝2個(gè)升降臺(tái)，然后分別裝上帶操作臂的機(jī)器人。一條機(jī)械臂的頂端裝有吸附裝置，另一條的頂端裝有2根機(jī)械手指。將平板車移動(dòng)到指定貨架之后，自動(dòng)調(diào)整升降臺(tái)高度，利用機(jī)械臂上安裝的攝像頭來(lái)確認(rèn)貨物，然后以符合其形狀和重量的方法進(jìn)行搬運(yùn)。從在貨架前停止到取出箱中物品，這種新型機(jī)器人只需3 s即可完成。

圖10　車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

3　互聯(lián)網(wǎng)貨運(yùn)，加快貨物周轉(zhuǎn)

從生物學(xué)角度來(lái)說(shuō)，速率代表了生機(jī)。對(duì)企業(yè)而言，就是企業(yè)人財(cái)物資源在產(chǎn)供銷平臺(tái)上的生命力狀態(tài)。傳統(tǒng)的貨運(yùn)企業(yè)以高等級(jí)公路為基礎(chǔ)，以技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理的載貨車輛為載體，依托網(wǎng)絡(luò)化的貨運(yùn)場(chǎng)站體系集散貨源。如果通過(guò)云計(jì)算系統(tǒng)高效的通信信息技術(shù)進(jìn)行管理，可以使傳統(tǒng)貨運(yùn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)為現(xiàn)代化的快速物流平臺(tái)，呈現(xiàn)“車在動(dòng)、物在流、云在看”的嶄新運(yùn)輸形式。

3.1 空車率降低

圖11　電動(dòng)車可以承擔(dān)“最后1 km”

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的蓬勃發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。汽車貨運(yùn)這個(gè)高價(jià)值移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)入口，已經(jīng)成為商家必爭(zhēng)之地。“貨車幫”創(chuàng)始人兼CEO戴文建認(rèn)為，貨車駕駛員90%的剛性需求是貨源，先聚貨源，再聚車源，才能成就貨車幫。如今，“物通”、“運(yùn)滿滿”、“信天游”等類似的APP配貨軟件層出不窮，在使物流交易更加快捷的同時(shí)，也使供給側(cè)的貨運(yùn)業(yè)務(wù)量相對(duì)不足問(wèn)題更加突出，貨運(yùn)利潤(rùn)也越攤越薄，許多轎運(yùn)車車主感嘆：轎車越裝越多，業(yè)務(wù)卻越來(lái)越少，運(yùn)費(fèi)也越來(lái)越低，如果回程放空，業(yè)務(wù)等于義務(wù)。

3.2 道路信息聯(lián)網(wǎng)，提高貨運(yùn)效率

車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的最基本功能是電子地圖導(dǎo)航服務(wù)，而電子導(dǎo)航的技術(shù)基礎(chǔ)是導(dǎo)航電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)信息豐富，才能為車主業(yè)主提供增值服務(wù)。對(duì)于體積龐大的貨車而言，在道路交通上有著更多的限制。所以，道路限制信息直接影響著整個(gè)貨運(yùn)過(guò)程的效率和效益。

國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的地圖導(dǎo)航產(chǎn)品服務(wù)提供商深圳凱立德公司推出的貨運(yùn)APP，以國(guó)內(nèi)首張貨運(yùn)電子地圖為基礎(chǔ)，除了常規(guī)導(dǎo)航中路況信息、道路標(biāo)識(shí)、途中補(bǔ)給之外，還突出表現(xiàn)了限高、限寬、限重、限行，以及檢查站等信息，并將這些數(shù)據(jù)加入導(dǎo)航路徑運(yùn)算，地理之利，一覽無(wú)余。

3.3 計(jì)算最優(yōu)速率，實(shí)現(xiàn)低碳目的

在現(xiàn)實(shí)物流配送業(yè)務(wù)中，大數(shù)據(jù)中的碎片化資源和需求觸手可及，貨運(yùn)企業(yè)如果從傳統(tǒng)的效率成本模式轉(zhuǎn)型為成本與價(jià)值的再平衡模式，細(xì)分市場(chǎng)空間和深度專業(yè)服務(wù)的前景不可限量。以下3種最優(yōu)速率的低碳效果就十分明顯。

首先，是最低運(yùn)輸成本對(duì)應(yīng)的車速。一定運(yùn)輸里程條件下，燃油費(fèi)和過(guò)路費(fèi)、食宿費(fèi)等其他運(yùn)輸費(fèi)用總和最低的車速。在運(yùn)輸成本構(gòu)成中，過(guò)路費(fèi)、食宿費(fèi)等其他運(yùn)輸費(fèi)用所占比重較大，對(duì)車速斤斤計(jì)較的意義也隨之發(fā)生變化。

其次，是最低能耗車速。消耗單位能量能夠完成最大噸公里數(shù)的車速。即以最少的耗油量、最小功率的運(yùn)力完成任務(wù)。對(duì)于運(yùn)輸業(yè)主來(lái)說(shuō)，根據(jù)業(yè)務(wù)量調(diào)度和配置車輛，避免“大馬拉小車”等運(yùn)力損失，則成為最低能耗車速的本質(zhì)要求。

最后，是最盈利車速，即（總收入-總支出）/總收入的比值為最大的車速，在行駛期內(nèi)經(jīng)濟(jì)效益最高的車速。最盈利車速對(duì)配送過(guò)程提出了更高更快的智能化要求：快速分揀流水線、輕型電動(dòng)車承擔(dān)的城鄉(xiāng)物流“最后1 km”、自動(dòng)駕駛供應(yīng)鏈等“高精尖”技術(shù)都可以為最盈利車速助一臂之力。