运输部署案例手册/2018/汽车生命周期
汽车可以被描述为一种机动车，通常由四个轮子组成，由内燃机推动前进/后退。汽车的目的是将人或物品从一个地点运输到另一个地点。[2]
在当今社会，道路通常由机动车运行。发动机通常由内燃机提供动力，内燃机由汽油和柴油形式的化石燃料提供燃料。发动机燃烧燃料并将产生的能量转化为机械能来推动机动车。在此过程中，碳和氢分子的释放会发生反应，产生大量的能量和热量[3]。虽然这是为机动车产生合适能量的最有效方法。随着机动车使用量的增加，多年来，空气污染排放对气候产生了重大影响，是全球变暖的主要原因。为缓解这个问题，可以使用替代方法为机动车提供动力，例如电动汽车，更常见的是混合动力汽车。[4]
汽车的技术特性一直在发展，以满足用户随着时间的推移的需求。为了创造能够以相对速度行驶到不同目的地，并为用户提供舒适和安全保障的车辆。机动车可以由手动变速器或自动变速器控制。机动车的一些基本功能包括；
- 一个能够让你向前和向后推动（加速/减速）的系统，
- 制动/停车
- 方向盘
- 安全功能，如雨刮器、安全带、制动/危险灯和指示灯
汽车的一些更复杂特性包括空调系统、娱乐系统和 GPS 功能。这些特性随着时间的推移而发展，以满足用户需求
汽车是当今世界上最主要的运输技术。超过 90% 的澳大利亚人口生活在有汽车的家庭中。道路上还有其他形式的机动车，包括公共汽车、卡车和摩托车。
汽车的主要优势
- 舒适
- 便利
- 快速服务
- 速度更快
- 可以用作其他交通方式（即铁路）的辅助交通工具
- 适合短途旅行
汽车出现之前的其他技术包括船舶、蒸汽火车、电动汽车运输，以及马匹等其他陆地运输方式。
在 1700 年代后期和 1800 年代初期，运河被用作英国各地重要的运输方式。陆地运输的货物运输一般通过马匹完成。水上运输可以以远低于陆地运输的单位成本运输散货，而陆地运输在这段时期内贵了四倍。英国的大部分定居点都建在河岸边，因此当时通过运河使用船舶是运输货物的最简单方法。[5]
运河在运输方面并没有带来多少技术突破，因为这是一个非常简单的系统。运河建设的大部分专业知识，例如锁和闸门，都来自于改善河流的经验，并借鉴了收费公路的想法。运河是在区域环境中创建的，因为建筑环境的性质以及船舶产生的速度相对较慢，因此只帮助增加了区域层面的贸易，而不是全国范围内的贸易。[5]
虽然运河有其局限性，但它们也提供了对未来运输模式有利的经验。“他们为新一代企业家和工程师提供了人员和资金组织方面的经验”。此外，他们还提供了关于运输和公共工程的一般政策的经验。[6]
铁路的诞生对运输经验起着至关重要的作用。随着对煤炭需求的增长，运输煤炭的方法也随之增加。最初从马拉的货车开始，这些货车的设计使马可以拉动它们。理查德·特里维西克和乔治·斯蒂芬森帮助研制了蒸汽火车，这在技术发展方面是巨大的进步。
早期铁路的局限性在于，在许多情况下，火车在爬坡时无法拉动大型货物。另一个问题是机车的可靠性，包括使用寿命和维护频率，以保持轨道和机车处于良好状态。[6]
蒸汽火车的经验表明，它通过使用积木进行技术开发，并将它们融入新的设计中。蒸汽机已在其他技术（例如蒸汽船）中使用。其他影响来自于它，例如常见的客车格式和建造诀窍。[6]
汽车的发明通常归功于亨利·福特，因为他能够创造出实用且流行的汽车。在他之前，还有其他创新和发明帮助发展了我们今天所知的汽车。
在 19 世纪初的收费公路时代，理查德·特雷维西克 开发了一种蒸汽公路马车，借鉴了此前大获成功的蒸汽船和火车。他发现蒸汽公路马车并不像火车和蒸汽船那样成功，因为它们对道路运营商和铁路运营商都造成了影响。主要问题是蒸汽公路马车会对路面造成损坏，因此，在 19 世纪初期，蒸汽动力汽车并没有得到发展。[6]
在 19 世纪中后期，人们开始研究开发电动汽车。1831 年，罗伯特·戴维森 制造了一辆由电池和电机驱动的马车。1893 年，威廉·莫里森 制造了一辆电动汽车，并在世界哥伦布博览会上展出。这些汽车能够在道路上提供必要的性能，但由于发电、输电和存储成本高昂，被发现不经济。[6]
与其他交通技术一样，内燃机的概念在汽车问世之前就已存在多年。1680 年，克里斯蒂安·惠更斯 设计了一种由火药驱动的内燃机，但从未制造出来。一个多世纪后，人们才将这些想法应用到汽车上，但直到 1826 年，塞缪尔·布朗 才改造了一台蒸汽机使其能够燃烧汽油，并将其连接到一辆马车上。这个想法有效，但却是在众多没有获得广泛传播的想法之一。最终，卡尔·本茨 在 1886 年制造了他的三轮汽车。该车的第一款设计存在一些缺陷，但他能够解决这些问题，并在巴黎的世博会上展出了他的“3 型‘Motorwagen’”。虽然该车只能比步行速度略快，但它对于交通运输来说是一个巨大的进步。[11]
亨利·福特被误认为是汽车的发明者，但他实际上是使汽车普及的人。1908 年，福特主义运动兴起，它指的是从装配线上生产廉价商品。福特推出了 T 型车，该车配备四缸发动机、半自动变速器、柔性悬挂、电机磁电机，被认为是当时最现代、最坚固的汽车。该车没有配备许多功能，例如没有速度计、雨刮器或车门。[12]
自 T 型车投入量产以来，汽车行业发生了重大发展。福特的成功激发了其他公司与他竞争。汽车影响了道路的改变，并发展成为更完善的网络系统以满足汽车的需求。汽车本身也得到了改进，设计质量更高，促进了汽车速度更快、更舒适、更安全。汽车的普及程度明显提高，因此出台了更多政策来控制汽车使用者在道路上的秩序和安全。
汽车的历史对于技术和交通运输的发展至关重要，虽然亨利·福特使汽车在全球范围内普及，但我们必须承认历史进程中其他创新和发明所做出的贡献。
汽车的早期市场出现在铁路和蒸汽机车迅速发展的时期（19 世纪 30 年代）。在此期间，道路上主要的交通工具是马匹或马拉的马车。理查德·特雷维西克 开发了他的蒸汽公路马车，但由于道路运营商的问题以及铁路的普及，这种马车并没有流行起来。[6]
在收费公路时代，道路得到了改进。一种名为“义务劳役”的方法兴起，政府会向人们征税，要求他们用时间帮助修建道路。英格兰、法国和日本等国家都采用了这种方法。这种方法的问题在于，很难控制人们完成合理的日工作量并达到高质量标准。在某些情况下，这种方法有所帮助，但它并没有提供所需的强度和质量。约翰·麦克亚当 对高质量道路的设计具有重要影响，他指出，道路的主要破坏者是排水不良。为了改善排水系统，他提出了一种方法，首先用大块石头覆盖相邻的地面，然后用小块石头覆盖，最后用碎石固定。这种方法通过使用沥青得到改进，形成了我们通常所说的“沥青”（tarmacadam 的简称）。随着道路的变化，更多技术也开始出现，例如自行车出现，马匹的使用减少。自行车被视为汽车的主要基石之一。从充气轮胎中汲取灵感，以及对自行车良好道路的需求，促进了新的汽车道路系统的发展。[6] 道路和技术的发展帮助推动了汽车市场的发展，最终形成了我们今天看到的汽车。
随着技术的不断发展，当时三种最主要的竞争技术是蒸汽、汽油和电力。人们认为，每种技术都会找到自己的市场细分领域：电动汽车适合女性（短途旅行），汽油汽车适合长途旅行。[6]
亨利·福特的 T 型车设计刚问世就获得了极大的赞誉和普及。美国成为汽车行业的主要市场，因为福特能够引入一个将速度、一致性、简单性和可互换性融为一体的系统，并将其应用到汽车的量产中。[13] 在第一次世界大战期间，社会和工业的变革使中产阶级美国人能够买得起汽车。通用汽车金融公司于 1919 年成立，汽车价格下降，这使得那些收入不高的人，例如劳工，也有机会购买汽车贷款。[14]
了解过去的经验对于交通运输政策的作用至关重要，汽车政策也不例外。维护道路秩序是必要的，因此出台了相关政策。据信，这些政策受到人类生理的影响。“大多数人都是右撇子，因此骑马的人更容易在道路的左侧行驶。这样做可以防止他们被袭击者袭击，也可以更容易地与朋友握手。”[15] 英国道路使用者就是这种情况，而世界其他国家则开始使用右侧行驶，因为“货车司机发现更容易清空驶来的货车”。[15] 随着道路上车辆数量的增加，美国在 1903 年开始使用车牌。1904 年（英国），《机动车法》引入了“鲁莽驾驶”一词，因此驾驶需要许可证。不需要进行驾驶测试，只需支付五先令即可。1901 年，康涅狄格州通过了美国第一个州级法律，对机动车进行监管，并在城市附近将速度限制设为 19 公里/小时，在城市外设为 24 公里/小时。[16] 由于车速较慢，因此强制佩戴安全带等政策尚未实施。当时人们对汽车的体验尚未形成。”[15]
汽车的增长发生在二战后。汽车使用量的增加在世界范围内都有所体现，但美国凭借其创新和当时理想汽车的制造，处于领先地位。美国开发了新型汽车，能够开拓新市场。仅在美国，汽车拥有量就从“1949年的4500万辆增长到1972年的1.19亿辆”[13]。在此期间，购买汽车对所有人来说都是可以负担的，每个人都想要一辆。人们没有考虑汽车排放对环境的影响，汽油价格相对便宜。汽车从实用的技术发展成为艺术品，新的设计和不同颜色的汽车开始普及。汽车的性能也得到了提升，速度更快，引入了助力转向（更容易驾驶/操控）。安全仍然是一个大问题，尽管安全带在20世纪50年代变得越来越普遍，但制造商在汽车设计中并没有真正推广安全，因为他们不想让买家认为他们的产品不安全。[13]
汽车发展（成熟阶段）
[edit | edit source]成熟阶段考察了汽车是如何成为最主要的交通方式的，以及在增长阶段的经验是如何推动新的政策、新市场和新设计的。
随着汽车设计性能的提高以及高速公路和道路建设的发展，死亡人数不断增加，到1966年已超过53000人。因此，美国国会制定了《国家公路交通与机动车安全法》和《公路安全法》（1966年）。这是一项旨在解决机动车安全的联邦计划。最初，影响并不积极，死亡人数持续上升，到1972年，死亡人数达到56278人的峰值。然而，到1992年，死亡人数降至40000人，这是自1961年以来的首次。[17]这是美国在安全方面实施的众多举措之一，也是交通和汽车基础设施中的一个重要问题。
环境已成为一个重大问题，随着全球汽车使用量的急剧增加，碳排放造成的损害十分严重，已成为交通运输中的一个重要问题。为了减轻这些影响，一种想法是使用替代能源，如电动/混合动力汽车。电动汽车并不新鲜，在诞生阶段（1880-1900年）是汽车主要能源来源之一。当时并没有取得很大成功，直到21世纪初，电动汽车才得以复兴。混合动力汽车将汽油/柴油发动机与电动机相结合，消耗更少的燃料，排放更少的碳。它在减少环境污染方面取得了巨大成功。
汽车市场涌现出众多不同的公司。美国被视为汽车领域的所有事物的领头羊，这种情况一直持续到新的创新出现，其他国家从美国的经验中学习。据报道，2009年，中国汽车销量超过美国，成为全球最大的汽车市场。[18]
定量分析
[edit | edit source]数据来自美国交通部下属机构联邦公路管理局。数据本身考察了1900年至1996年美国机动车登记数量。
数据被估计为一个三参数逻辑函数，以创建 S 形曲线，帮助关联汽车生命周期的各个阶段，即诞生、增长和成熟。估计方程为
要计算回归，请使用
- S(t) 是美国汽车登记数量的估计值
- t 是时间（年）
- t0 是拐点时间（1/2K）
- K 是饱和状态水平
- b 是系数
寻找 K 和 b（常数）
[edit | edit source]首先，使用数据库中的最大值，并设置一系列 K 值。例如，第一个使用的值略大于 1988 年的 133835.532 的最大值，因此 K 系列中的第一个值是 134000。从那里，K 系列将以 500 的增量增加，例如 134500 到 135000 等。
要找到 K，请观察系列中哪个 K 值具有回归平方（RSQ）值。从系列中可以看出，K=135000 的 RSQ 值最大，为 0.884361。
可以在表 1 中观察到计算结果。
| 变量 | 值 |
|---|---|
| t0 | 1958.58 |
| K | 135000 |
| b | 0.1099 |
回归分析
[edit | edit source]模型的拟合优度可以用 R 平方表示，如果其值接近 1.0，则被认为是准确的。数据中的 R 平方值为 0.884，这表明与实际数据存在一些差异，但这是由于使用了近一个世纪的长时间数据造成的。从这个意义上说，可以认为该模型相对准确。
计算数据
[edit | edit source]现在知道了三参数逻辑函数的所有变量，可以在表 2 中观察到每年每个估计值的计算结果。
| 年份 | 汽车登记数量 (千辆)[19] |
预测汽车登记数量 (S(t) = K/[1+exp(-b(t-t0)]) |
|---|---|---|
| 1900 | 8 | 215 |
| 1904 | 54.59 | 333 |
| 1908 | 194.40 | 517 |
| 1912 | 901.596 | 801 |
| 1916 | 3367.889 | 1239 |
| 1920 | 8131.522 | 1914 |
| 1924 | 15436.102 | 2949 |
| 1928 | 21362.24 | 4523 |
| 1932 | 20901.401 | 6894 |
| 1936 | 24182.662 | 10409 |
| 1940 | 27465.826 | 15499 |
| 1944 | 25566.464 | 22627 |
| 1948 | 33355.25 | 32150 |
| 1952 | 43823.097 | 44108 |
| 1956 | 54210.901 | 58005 |
| 1960 | 61671.39 | 72775 |
| 1964 | 71994.795 | 87053 |
| 1968 | 83604.514 | 99647 |
| 1972 | 97082.06 | 109887 |
| 1976 | 110188.64 | 117677 |
| 1980 | 121600.843 | 123308 |
| 1984 | 128157.682 | 127229 |
| 1988 | 133835.532 | 129890 |
| 1992 | 126581.148 | 131663 |
| 1996 | 128386.775 | 132832 |
汽车生命周期通过 S 曲线
- 诞生：1900-1948
- 增长：1950-1988
- 成熟：1988-至今
在诞生阶段，从实际数据（红色）来看，从 1920 年到 1928 年，增长缓慢。这一时期正值第一次世界大战结束后，亨利·福特开始在 Model T 汽车上取得重大进展。从 1928 年到 1944 年，由于第二次世界大战的爆发，经济形势十分严峻，包括汽车行业在内的各行各业都经历了一段停滞期。在此期间，汽车设计和款式得到了巨大发展，并得到了更大的重视。
增长阶段始于第二次世界大战后，可视为汽车行业的黄金时代，出现了新的市场、设计和政策。这一阶段一直持续到 20 世纪 90 年代。
目前我们正处于汽车生命周期的成熟阶段。尽管汽车在当今的交通运输行业中仍然占据主导地位，但美国已经到了大多数家庭拥有汽车的阶段。同时，公共交通等其他交通方式的发展也缓解了汽车多年来对环境造成的损害。
这些日期与汽车的实际生命周期相符。
- ↑ https://www.caranddriver.com/genesis/g90
- ↑ http://www.businessdictionary.com/definition/automobile.html
- ↑ 在线科学，2018 [在线] 可用地址：https://www.online-sciences.com/the-energy/the-energy-transformation-inside-the-cars/
- ↑ 节约能源未来，2018 [在线] 可用地址：https://www.conserve-energy-future.com/howfossilfuelswork.php
- ↑ a b P. Bagwell 和 P. Lyth，英国的交通运输：从运河锁到交通堵塞。纽约：卡内基出版公司，2002 年。
- ↑ a b c d e f g h W. Garrison 和 D. Levinson，交通运输体验。牛津：牛津大学出版社，美国，2014 年。
- ↑ http://uniquecarsandparts.com/honour_roll_pre_war_era.htm
- ↑ http://www.american-automobiles.com/Electric-Cars/Morrison-Electric.html
- ↑ P. Lange，2018 [在线] 可用地址：https://www.livescience.com/37538-who-invented-the-car.html
- ↑ http://www.american-automobiles.com/Ford/1911-Ford.html
- ↑ 生命科学，2018 [在线] 可用地址：https://www.livescience.com/37538-who-invented-the-car.html
- ↑ G. Giucci、A. Mayagoitia 和 D. Nagao，汽车的文化生活。奥斯汀：德克萨斯大学出版社，2014 年。
- ↑ a b c S. Parissien，汽车的一生：汽车史话。大西洋书籍，2013 年。
- ↑ K. Franz，修补。费城：宾夕法尼亚大学出版社，2011 年。
- ↑ a b c D. Patrascu，道路交通史，在街道被淹没之前，2009 [在线] 可用地址：https://www.autoevolution.com/news/road-traffic-history-before-the-streets-got-swamped-12954.html
- ↑ https://www.wired.com/2008/05/dayintech-0521/
- ↑ P. Waller，“机动车安全面临的挑战”，公共卫生年鉴，第 23 卷，第 1 期，第 93-113 页，2002 年。
- ↑ H. Huo、M. Wang、X. Zhang、K. He、H. Gong、K. Jiang、Y. Jin、Y. Shi 和 X. Yu，“中国机动车能源消耗和温室气体排放预测：政策选择和影响”，能源政策，第 43 卷，第 37-48 页，2012 年。
- ↑ 联邦公路管理局，美国交通部，1900-1996 [在线] 可用地址：https://www.fhwa.dot.gov/ohim/summary95/mv200.pdf