速率之绿

宋喜秀

速率之绿

宋喜秀

不论是车辆的行驶速度，还是发动机的转速，唯有将速率控制在经济范围内才能高效节能；而运输过程的转运速率同样影响着运输成本。借助互联网技术，降低车辆空驶率，减少车辆运输时间，通过大数据计算车辆最优行驶速率，绿色节能，高效运转。

众所周知，车速有2个物理量：速度是矢量，有进有退、有方向，既描述车辆运动的快慢，又反映车辆运动的方向；速率是标量，有大小没有方向。汽车速度计不能显示车辆运动的方向，所以，其读数，在物理学概念上应该是指汽车的速率。

汽车速率指标与绿色发展理念息息相关，是专用汽车绿色生态产业链重要的物理量之一。以速率之绿为核心，让专用汽车量力而行，让货运业行之有效，让供给侧比翼齐飞，是专用汽车产业创新升级的必由之路。

1　控制速率方能绿色节能

车辆上路，发动机不仅尾气排放要符合法规要求，还要高效节能，如此才能成为绿色动力。获得牵引力的感受越强劲，车辆克服各种运动负荷的做功速率越慢；反之越快，有效驱动力的付出就会相对减少。

1.1 动力与速率的平衡点

对于燃油发动机，通常用燃料消耗率B（kg/h）表示发动机的油耗水平。但是，B是发动机单位时间内的耗油量，而且发动机发出的功率越大，单位时间内的耗油量越大，所以B不能说明燃油经济性。所以，人们普遍用B与输出功率Po之商，即比油耗be（kg/kW·h）表示车辆的节能降耗水平。

图1　比油耗微笑曲线

图2　EBP电子节能开关

试验表明：如图1，比油耗从最低转速（A）开始，先随转速增大而减小，到比油耗最低点（B）以后才随转速的增大而加大，是一条中间低两端高的“微笑曲线”；最低转速（A）、最大转速（C）点的比油耗都不是最低点，中高速工况，比油耗最低——比油耗曲线以微笑的外形告诉我们，中高速工况最经济。

在经济转速（B）工况以下，发动机功率大都消耗在活塞连杆机构自身的摩擦阻力和润滑油的黏性阻力上了；而高于这个转速时，功率又集中在克服内部惯性阻力上了，这时虽然转矩较大，做的功多，但消耗的无用功也多，因此二者都不经济。只有在中高速转速区间，做的功比较多，而消耗的无用功相对较低，所以形成最佳经济转速点。为了使车辆保持在最佳经济点，人们为发动机设计了电子节油系统。如康明斯“EBP机智人”节能开关，可以根据不同路况与载重要求灵活选择驾驶模式，确保发动机在最优化的油耗区间运行，达到动力和速率的最佳平衡，实现真正意义的绿色环保。

对于长途、重载类货车来说，除了配置节能开关，还应在车身配置轻量化、负载分布合理化、路面状况平坦化等方面为车辆节能减排创造有利条件。

1.2 限速必不可少

对于搭载液压装备的自卸车、垃圾车、混凝土搅拌车、泵车等作业类专用汽车来说，液压泵和液压马达是车辆的第二动力。第二动力有2种动力源，一是从变速器动力输出窗口直接取力，驱动第二动力；二是以车载蓄电池为动力，驱动液压源中的电机，再由电机带动第二动力。

第二动力也有速度局限性。以齿轮油泵为例，齿轮泵额定转速，是车载液压系统可靠安全运转的保证。若齿轮油泵的转速过低，则起初流量会过小，不能保证系统的供油量，甚至吸不上油；如转速过高，又会使齿轮泵吸油过程出现吸空现象，造成吸油不足，反而降低流量，同时还产生噪声、震动、加剧磨损等故障。可见，齿轮油泵的转速应按齿轮泵的额定转速工作为宜。因此，在不同速比情况下，必须对发动机进行限速，才能保障专用汽车作业功能的正常发挥。

1.3 稳压节流保护电机

对于电动汽车来说，电池组和电动机是核心，电池组的输出功率就是在一定的放电制度下，电池组单位时间内所能输出的能量。

影响电动汽车速率的因素错综复杂：车辆启动、爬坡时，速率低但要求转矩大；车辆高速行驶时，由于惯性作用又无须大转矩，因此需要牵引电机具有低速恒转矩、高速恒功率的输出特性。但是，电池组的输出功率随着负载消耗而降低，如果保持输出功率持续稳定，则连续放电时间会相应减少。

同时，放电率是由电池组的充放电特性决定的，放电电压超过特性限值，不仅不能释放电能，终止续航里程，也会使电池组寿命缩短。

受电池容量、电池寿命等技术发展的限制，车载能源总是不够富裕，为了保证蓄电池输出稳定的工作电压，最大限度地提高车载能源利用效率，设计人员设计了以总线通信为基础的三个控制系统：以电池组为核心的能量管理系统、以电动机为主体的速率调节系统、以功能优化为目标的车身控制系统。

图4　电动汽车控制系统示意图

整车通信网络采集加速踏板、制动踏板、换挡位置、车辆速率等信息，通过CAN总线与能量管理系统的电池、电容、电机、电桩、电脑等电子电力设备通信，管理与控制电能的充、放、储、用、回收等流动过程，实现行驶速率、荷电电压等整车性能指标体系最优化。

2　加快转运环节，构建资源节约型运输体系

对于快递、物流类货运车辆而言，提高货物集散地的装卸效率，缩短前端停车装货占用时间和终端停车卸货占用时间，可提高存量车辆的出勤率，减少货运车辆的总量增量，从而构建环境友好型和资源节约型物流体系，使速率之绿一路绿灯。目前，快递站场有集中装货装箱和自动卸货卸箱模式。

图5　集装箱装卸港

2.1 集装箱运输

集装箱运输系统包括通用与专用2种模式。通用集装箱运输系统包括海运、陆运、空运、港口、货运站以及与集装箱运输有关的海关、商检、船舶、货运等单位和部门。由于通用集装箱在不同运输方式之间换装时，勿需搬运箱内货物而只需换装集装箱，不仅提高了换装作业效率，而且适于不同运输方式之间的联合运输。在换装转运时，海关及有关监管单位只需加封或验封转关放行，从而节省了前段装货装箱时间，提高了系统运输效率。

当然，通用集装箱运输系统如果互相配合不当，就会影响整个运输系统功能的发挥，如果某一环节失误，必将影响全局，甚至导致运输生产停顿和中断。因此，诞生了铁路快运、邮政快递、冷链运输等自成一体的专业运输方式。当然，无论是通用模式，还是专用模式，集装箱运输模式都要求搞好整个运输系统各环节、各部门之间的高度协作。多条线路集中于一点的“多线一点、轮流拖挂”模式；四是“网络化甩挂运输”模式，特别适合于成熟的运输网络体系。

图6　“假肢”腿换箱运输模式

图7　拉臂钩换箱运输模式

2.3自装卸运输

集装箱运输与自换箱运输的共同特点是车箱相对底盘具有独立性，车箱自身具有可靠的密封性以及车载货物集成装箱的便利性。对于开放式的

2.2 自换箱运输

集装箱运输效率高，但是需要门式、桥式、塔式、轮式、臂架式等大型起重装卸机械配合吊装，同时还需要相当大的周转和作业场地。一旦场地有限，或者货运量不太大时，自换箱运输模式值得推广。

自换箱又称交换箱，是一种可以将货箱与底盘快速分离或组装的运输技术。根据底盘与货箱的离合形式，目前有3种自换箱模式。

一是假肢腿：用于交换的自换箱，依靠活动支腿完成支撑和互换功能；

二是拉臂钩：底盘转臂上的挂钩，与货箱上的挂钩座具有车上车下2种离合关系；

三是挂车与牵引车组合的甩挂运输模式。

前2种自换箱能上能下，后1种自换箱能进能退，3种自换箱又各自通用，所以可以由驾驶员自助换箱、自主运输。

集装箱、假肢腿、拉臂钩模式，统称甩箱模式。与甩箱模式相对应的是甩挂运输模式，甩箱、甩挂又统称为甩运模式。以甩挂运输模式为例，甩运模式有4种基本形式。一是中短途运输线路“两点一线、两端甩挂”模式；二是供需关系比较稳定的“一线多点、沿途甩挂”模式；三是普通货箱来说，自装卸运输方式应用较多。

自装卸运输包括随车起重运输车形式；配置专用装卸装置的各种专用运输车；配置起重尾板的货运车辆以及以立体化货架为对象的快速装卸机器人等4个类型。

（1）随车起重运输车

随车起重运输车的突出特点是能够代替人工，进行机械化、自动化搬运，特别适合仓储调运、树木吊装、道路救援、设施搭建等搬、运一体化作业。随着抓具、夹具、灯具、吊篮、螺旋钻、拔桩器、轮胎装卸机械手、高空作业平台等专门作业装置的出现，随车起重运输车的作业范围不再局限于搬运功能，其发展潜力和细分市场日益广阔。

（2）专用运输车及助力式货运车

带自装卸功能的专用运输车包括轿车运输车、自装卸垃圾车等多种专用车型，这些专用车的特点十分明显。相比之下，带尾板的货车则有很强的通用性；它是依靠配置在尾部的起重尾板轻松地将普通货物“搬运”至车箱门口。

（3）快速装卸机器人

随着电子商务的普及，多种货物的少量搬运需求正在扩大，以立体化货架为对象的快速装卸机器人的市场需求日益突出。装卸机器人是工业机器人的一种，具有高度自动化的操作和移动功能。

图8　随车起重运输车作业

图9　自装卸环卫车作业

日本日立曾宣布开发出一种可在仓库内移动并自动装卸和搬运货物的新型机器人。这种新型机器人的构造是，在移动平板车上安装2个升降台，然后分别装上带操作臂的机器人。一条机械臂的顶端装有吸附装置，另一条的顶端装有2根机械手指。将平板车移动到指定货架之后，自动调整升降台高度，利用机械臂上安装的摄像头来确认货物，然后以符合其形状和重量的方法进行搬运。从在货架前停止到取出箱中物品，这种新型机器人只需3 s即可完成。

图10　车联网系统

3　互联网货运，加快货物周转

从生物学角度来说，速率代表了生机。对企业而言，就是企业人财物资源在产供销平台上的生命力状态。传统的货运企业以高等级公路为基础，以技术先进、结构合理的载货车辆为载体，依托网络化的货运场站体系集散货源。如果通过云计算系统高效的通信信息技术进行管理，可以使传统货运产业转型升级为现代化的快速物流平台，呈现“车在动、物在流、云在看”的崭新运输形式。

3.1 空车率降低

图11　电动车可以承担“最后1 km”

随着“互联网+”的蓬勃发展，车联网系统应运而生。汽车货运这个高价值移动互联网入口，已经成为商家必争之地。“货车帮”创始人兼CEO戴文建认为，货车驾驶员90%的刚性需求是货源，先聚货源，再聚车源，才能成就货车帮。如今，“物通”、“运满满”、“信天游”等类似的APP配货软件层出不穷，在使物流交易更加快捷的同时，也使供给侧的货运业务量相对不足问题更加突出，货运利润也越摊越薄，许多轿运车车主感叹：轿车越装越多，业务却越来越少，运费也越来越低，如果回程放空，业务等于义务。

3.2 道路信息联网，提高货运效率

车联网系统的最基本功能是电子地图导航服务，而电子导航的技术基础是导航电子地图数据库，数据库信息丰富，才能为车主业主提供增值服务。对于体积庞大的货车而言，在道路交通上有着更多的限制。所以，道路限制信息直接影响着整个货运过程的效率和效益。

国内领先的地图导航产品服务提供商深圳凯立德公司推出的货运APP，以国内首张货运电子地图为基础，除了常规导航中路况信息、道路标识、途中补给之外，还突出表现了限高、限宽、限重、限行，以及检查站等信息，并将这些数据加入导航路径运算，地理之利，一览无余。

3.3 计算最优速率，实现低碳目的

在现实物流配送业务中，大数据中的碎片化资源和需求触手可及，货运企业如果从传统的效率成本模式转型为成本与价值的再平衡模式，细分市场空间和深度专业服务的前景不可限量。以下3种最优速率的低碳效果就十分明显。

首先，是最低运输成本对应的车速。一定运输里程条件下，燃油费和过路费、食宿费等其他运输费用总和最低的车速。在运输成本构成中，过路费、食宿费等其他运输费用所占比重较大，对车速斤斤计较的意义也随之发生变化。

其次，是最低能耗车速。消耗单位能量能够完成最大吨公里数的车速。即以最少的耗油量、最小功率的运力完成任务。对于运输业主来说，根据业务量调度和配置车辆，避免“大马拉小车”等运力损失，则成为最低能耗车速的本质要求。

最后，是最盈利车速，即（总收入-总支出）/总收入的比值为最大的车速，在行驶期内经济效益最高的车速。最盈利车速对配送过程提出了更高更快的智能化要求：快速分拣流水线、轻型电动车承担的城乡物流“最后1 km”、自动驾驶供应链等“高精尖”技术都可以为最盈利车速助一臂之力。