運輸部署案例手冊/2018/汽車生命週期
汽車可以被描述為一種機動車，通常由四個輪子組成，由內燃機推動前進/後退。汽車的目的是將人或物品從一個地點運輸到另一個地點。[2]
在當今社會，道路通常由機動車執行。發動機通常由內燃機提供動力，內燃機由汽油和柴油形式的化石燃料提供燃料。發動機燃燒燃料並將產生的能量轉化為機械能來推動機動車。在此過程中，碳和氫分子的釋放會發生反應，產生大量的能量和熱量[3]。雖然這是為機動車產生合適能量的最有效方法。隨著機動車使用量的增加，多年來，空氣汙染排放對氣候產生了重大影響，是全球變暖的主要原因。為緩解這個問題，可以使用替代方法為機動車提供動力，例如電動汽車，更常見的是混合動力汽車。[4]
汽車的技術特性一直在發展，以滿足使用者隨著時間的推移的需求。為了創造能夠以相對速度行駛到不同目的地，併為使用者提供舒適和安全保障的車輛。機動車可以由手動變速器或自動變速器控制。機動車的一些基本功能包括；
- 一個能夠讓你向前和向後推動（加速/減速）的系統，
- 制動/停車
- 方向盤
- 安全功能，如雨刮器、安全帶、制動/危險燈和指示燈
汽車的一些更復雜特性包括空調系統、娛樂系統和 GPS 功能。這些特性隨著時間的推移而發展，以滿足使用者需求
汽車是當今世界上最主要的運輸技術。超過 90% 的澳大利亞人口生活在有汽車的家庭中。道路上還有其他形式的機動車，包括公共汽車、卡車和摩托車。
汽車的主要優勢
- 舒適
- 便利
- 快速服務
- 速度更快
- 可以用作其他交通方式（即鐵路）的輔助交通工具
- 適合短途旅行
汽車出現之前的其他技術包括船舶、蒸汽火車、電動汽車運輸，以及馬匹等其他陸地運輸方式。
在 1700 年代後期和 1800 年代初期，運河被用作英國各地重要的運輸方式。陸地運輸的貨物運輸一般透過馬匹完成。水上運輸可以以遠低於陸地運輸的單位成本運輸散貨，而陸地運輸在這段時期內貴了四倍。英國的大部分定居點都建在河岸邊，因此當時透過運河使用船舶是運輸貨物的最簡單方法。[5]
運河在運輸方面並沒有帶來多少技術突破，因為這是一個非常簡單的系統。運河建設的大部分專業知識，例如鎖和閘門，都來自於改善河流的經驗，並借鑑了收費公路的想法。運河是在區域環境中建立的，因為建築環境的性質以及船舶產生的速度相對較慢，因此只幫助增加了區域層面的貿易，而不是全國範圍內的貿易。[5]
雖然運河有其侷限性，但它們也提供了對未來運輸模式有利的經驗。“他們為新一代企業家和工程師提供了人員和資金組織方面的經驗”。此外，他們還提供了關於運輸和公共工程的一般政策的經驗。[6]
鐵路的誕生對運輸經驗起著至關重要的作用。隨著對煤炭需求的增長，運輸煤炭的方法也隨之增加。最初從馬拉的貨車開始，這些貨車的設計使馬可以拉動它們。理查德·特里維西克和喬治·斯蒂芬森幫助研製了蒸汽火車，這在技術發展方面是巨大的進步。
早期鐵路的侷限性在於，在許多情況下，火車在爬坡時無法拉動大型貨物。另一個問題是機車的可靠性，包括使用壽命和維護頻率，以保持軌道和機車處於良好狀態。[6]
蒸汽火車的經驗表明，它透過使用積木進行技術開發，並將它們融入新的設計中。蒸汽機已在其他技術（例如蒸汽船）中使用。其他影響來自於它，例如常見的客車格式和建造訣竅。[6]
汽車的發明通常歸功於亨利·福特，因為他能夠創造出實用且流行的汽車。在他之前，還有其他創新和發明幫助發展了我們今天所知的汽車。
在 19 世紀初的收費公路時代，理查德·特雷維西克 開發了一種蒸汽公路馬車，借鑑了此前大獲成功的蒸汽船和火車。他發現蒸汽公路馬車並不像火車和蒸汽船那樣成功，因為它們對道路運營商和鐵路運營商都造成了影響。主要問題是蒸汽公路馬車會對路面造成損壞，因此，在 19 世紀初期，蒸汽動力汽車並沒有得到發展。[6]
在 19 世紀中後期，人們開始研究開發電動汽車。1831 年，羅伯特·戴維森 製造了一輛由電池和電機驅動的馬車。1893 年，威廉·莫里森 製造了一輛電動汽車，並在世界哥倫布博覽會上展出。這些汽車能夠在道路上提供必要的效能，但由於發電、輸電和儲存成本高昂，被發現不經濟。[6]
與其他交通技術一樣，內燃機的概念在汽車問世之前就已存在多年。1680 年，克里斯蒂安·惠更斯 設計了一種由火藥驅動的內燃機，但從未製造出來。一個多世紀後，人們才將這些想法應用到汽車上，但直到 1826 年，塞繆爾·布朗 才改造了一臺蒸汽機使其能夠燃燒汽油，並將其連線到一輛馬車上。這個想法有效，但卻是在眾多沒有獲得廣泛傳播的想法之一。最終，卡爾·本茨 在 1886 年製造了他的三輪汽車。該車的第一款設計存在一些缺陷，但他能夠解決這些問題，並在巴黎的世博會上展出了他的“3 型‘Motorwagen’”。雖然該車只能比步行速度略快，但它對於交通運輸來說是一個巨大的進步。[11]
亨利·福特被誤認為是汽車的發明者，但他實際上是使汽車普及的人。1908 年，福特主義運動興起，它指的是從裝配線上生產廉價商品。福特推出了 T 型車，該車配備四缸發動機、半自動變速器、柔性懸掛、電機磁電機，被認為是當時最現代、最堅固的汽車。該車沒有配備許多功能，例如沒有速度計、雨刮器或車門。[12]
自 T 型車投入量產以來，汽車行業發生了重大發展。福特的成功激發了其他公司與他競爭。汽車影響了道路的改變，並發展成為更完善的網路系統以滿足汽車的需求。汽車本身也得到了改進，設計質量更高，促進了汽車速度更快、更舒適、更安全。汽車的普及程度明顯提高，因此出臺了更多政策來控制汽車使用者在道路上的秩序和安全。
汽車的歷史對於技術和交通運輸的發展至關重要，雖然亨利·福特使汽車在全球範圍內普及，但我們必須承認歷史程序中其他創新和發明所做出的貢獻。
汽車的早期市場出現在鐵路和蒸汽機車迅速發展的時期（19 世紀 30 年代）。在此期間，道路上主要的交通工具是馬匹或馬拉的馬車。理查德·特雷維西克 開發了他的蒸汽公路馬車，但由於道路運營商的問題以及鐵路的普及，這種馬車並沒有流行起來。[6]
在收費公路時代，道路得到了改進。一種名為“義務勞役”的方法興起，政府會向人們徵稅，要求他們用時間幫助修建道路。英格蘭、法國和日本等國家都採用了這種方法。這種方法的問題在於，很難控制人們完成合理的日工作量並達到高質量標準。在某些情況下，這種方法有所幫助，但它並沒有提供所需的強度和質量。約翰·麥克亞當 對高質量道路的設計具有重要影響，他指出，道路的主要破壞者是排水不良。為了改善排水系統，他提出了一種方法，首先用大塊石頭覆蓋相鄰的地面，然後用小塊石頭覆蓋，最後用碎石固定。這種方法透過使用瀝青得到改進，形成了我們通常所說的“瀝青”（tarmacadam 的簡稱）。隨著道路的變化，更多技術也開始出現，例如腳踏車出現，馬匹的使用減少。腳踏車被視為汽車的主要基石之一。從充氣輪胎中汲取靈感，以及對腳踏車良好道路的需求，促進了新的汽車道路系統的發展。[6] 道路和技術的發展幫助推動了汽車市場的發展，最終形成了我們今天看到的汽車。
隨著技術的不斷發展，當時三種最主要的競爭技術是蒸汽、汽油和電力。人們認為，每種技術都會找到自己的市場細分領域：電動汽車適合女性（短途旅行），汽油汽車適合長途旅行。[6]
亨利·福特的 T 型車設計剛問世就獲得了極大的讚譽和普及。美國成為汽車行業的主要市場，因為福特能夠引入一個將速度、一致性、簡單性和可互換性融為一體的系統，並將其應用到汽車的量產中。[13] 在第一次世界大戰期間，社會和工業的變革使中產階級美國人能夠買得起汽車。通用汽車金融公司於 1919 年成立，汽車價格下降，這使得那些收入不高的人，例如勞工，也有機會購買汽車貸款。[14]
瞭解過去的經驗對於交通運輸政策的作用至關重要，汽車政策也不例外。維護道路秩序是必要的，因此出臺了相關政策。據信，這些政策受到人類生理的影響。“大多數人都是右撇子，因此騎馬的人更容易在道路的左側行駛。這樣做可以防止他們被襲擊者襲擊，也可以更容易地與朋友握手。”[15] 英國道路使用者就是這種情況，而世界其他國家則開始使用右側行駛，因為“貨車司機發現更容易清空駛來的貨車”。[15] 隨著道路上車輛數量的增加，美國在 1903 年開始使用車牌。1904 年（英國），《機動車法》引入了“魯莽駕駛”一詞，因此駕駛需要許可證。不需要進行駕駛測試，只需支付五先令即可。1901 年，康涅狄格州通過了美國第一個州級法律，對機動車進行監管，並在城市附近將速度限制設為 19 公里/小時，在城市外設為 24 公里/小時。[16] 由於車速較慢，因此強制佩戴安全帶等政策尚未實施。當時人們對汽車的體驗尚未形成。”[15]
汽車的增長髮生在二戰後。汽車使用量的增加在世界範圍內都有所體現，但美國憑藉其創新和當時理想汽車的製造，處於領先地位。美國開發了新型汽車，能夠開拓新市場。僅在美國，汽車擁有量就從“1949年的4500萬輛增長到1972年的1.19億輛”[13]。在此期間，購買汽車對所有人來說都是可以負擔的，每個人都想要一輛。人們沒有考慮汽車排放對環境的影響，汽油價格相對便宜。汽車從實用的技術發展成為藝術品，新的設計和不同顏色的汽車開始普及。汽車的效能也得到了提升，速度更快，引入了助力轉向（更容易駕駛/操控）。安全仍然是一個大問題，儘管安全帶在20世紀50年代變得越來越普遍，但製造商在汽車設計中並沒有真正推廣安全，因為他們不想讓買家認為他們的產品不安全。[13]
汽車發展（成熟階段）
[edit | edit source]成熟階段考察了汽車是如何成為最主要的交通方式的，以及在增長階段的經驗是如何推動新的政策、新市場和新設計的。
隨著汽車設計效能的提高以及高速公路和道路建設的發展，死亡人數不斷增加，到1966年已超過53000人。因此，美國國會制定了《國家公路交通與機動車安全法》和《公路安全法》（1966年）。這是一項旨在解決機動車安全的聯邦計劃。最初，影響並不積極，死亡人數持續上升，到1972年，死亡人數達到56278人的峰值。然而，到1992年，死亡人數降至40000人，這是自1961年以來的首次。[17]這是美國在安全方面實施的眾多舉措之一，也是交通和汽車基礎設施中的一個重要問題。
環境已成為一個重大問題，隨著全球汽車使用量的急劇增加，碳排放造成的損害十分嚴重，已成為交通運輸中的一個重要問題。為了減輕這些影響，一種想法是使用替代能源，如電動/混合動力汽車。電動汽車並不新鮮，在誕生階段（1880-1900年）是汽車主要能源來源之一。當時並沒有取得很大成功，直到21世紀初，電動汽車才得以復興。混合動力汽車將汽油/柴油發動機與電動機相結合，消耗更少的燃料，排放更少的碳。它在減少環境汙染方面取得了巨大成功。
汽車市場湧現出眾多不同的公司。美國被視為汽車領域的所有事物的領頭羊，這種情況一直持續到新的創新出現，其他國家從美國的經驗中學習。據報道，2009年，中國汽車銷量超過美國，成為全球最大的汽車市場。[18]
定量分析
[edit | edit source]資料來自美國交通部下屬機構聯邦公路管理局。資料本身考察了1900年至1996年美國機動車登記數量。
資料被估計為一個三引數邏輯函式，以建立 S 形曲線，幫助關聯汽車生命週期的各個階段，即誕生、增長和成熟。估計方程為
要計算迴歸，請使用
- S(t) 是美國汽車登記數量的估計值
- t 是時間（年）
- t0 是拐點時間（1/2K）
- K 是飽和狀態水平
- b 是係數
尋找 K 和 b（常數）
[edit | edit source]首先，使用資料庫中的最大值，並設定一系列 K 值。例如，第一個使用的值略大於 1988 年的 133835.532 的最大值，因此 K 系列中的第一個值是 134000。從那裡，K 系列將以 500 的增量增加，例如 134500 到 135000 等。
要找到 K，請觀察系列中哪個 K 值具有迴歸平方（RSQ）值。從系列中可以看出，K=135000 的 RSQ 值最大，為 0.884361。
可以在表 1 中觀察到計算結果。
| 變數 | 值 |
|---|---|
| t0 | 1958.58 |
| K | 135000 |
| b | 0.1099 |
迴歸分析
[edit | edit source]模型的擬合優度可以用 R 平方表示，如果其值接近 1.0，則被認為是準確的。資料中的 R 平方值為 0.884，這表明與實際資料存在一些差異，但這是由於使用了近一個世紀的長時間資料造成的。從這個意義上說，可以認為該模型相對準確。
計算資料
[edit | edit source]現在知道了三引數邏輯函式的所有變數，可以在表 2 中觀察到每年每個估計值的計算結果。
| 年份 | 汽車登記數量 (千輛)[19] |
預測汽車登記數量 (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 |
汽車生命週期透過 S 曲線
- 誕生：1900-1948
- 增長：1950-1988
- 成熟：1988-至今
在誕生階段，從實際資料（紅色）來看，從 1920 年到 1928 年，增長緩慢。這一時期正值第一次世界大戰結束後，亨利·福特開始在 Model T 汽車上取得重大進展。從 1928 年到 1944 年，由於第二次世界大戰的爆發，經濟形勢十分嚴峻，包括汽車行業在內的各行各業都經歷了一段停滯期。在此期間，汽車設計和款式得到了巨大發展，並得到了更大的重視。
增長階段始於第二次世界大戰後，可視為汽車行業的黃金時代，出現了新的市場、設計和政策。這一階段一直持續到 20 世紀 90 年代。
目前我們正處於汽車生命週期的成熟階段。儘管汽車在當今的交通運輸行業中仍然佔據主導地位，但美國已經到了大多數家庭擁有汽車的階段。同時，公共交通等其他交通方式的發展也緩解了汽車多年來對環境造成的損害。
這些日期與汽車的實際生命週期相符。
- ↑ https://www.caranddriver.com/genesis/g90
- ↑ http://www.businessdictionary.com/definition/automobile.html
- ↑ 線上科學，2018 [線上] 可用地址：https://www.online-sciences.com/the-energy/the-energy-transformation-inside-the-cars/
- ↑ 節約能源未來，2018 [線上] 可用地址：https://www.conserve-energy-future.com/howfossilfuelswork.php
- ↑ a b P. Bagwell 和 P. Lyth，英國的交通運輸：從運河鎖到交通堵塞。紐約：卡內基出版公司，2002 年。
- ↑ a b c d e f g h W. Garrison 和 D. Levinson，交通運輸體驗。牛津：牛津大學出版社，美國，2014 年。
- ↑ http://uniquecarsandparts.com/honour_roll_pre_war_era.htm
- ↑ http://www.american-automobiles.com/Electric-Cars/Morrison-Electric.html
- ↑ P. Lange，2018 [線上] 可用地址：https://www.livescience.com/37538-who-invented-the-car.html
- ↑ http://www.american-automobiles.com/Ford/1911-Ford.html
- ↑ 生命科學，2018 [線上] 可用地址：https://www.livescience.com/37538-who-invented-the-car.html
- ↑ G. Giucci、A. Mayagoitia 和 D. Nagao，汽車的文化生活。奧斯汀：德克薩斯大學出版社，2014 年。
- ↑ a b c S. Parissien，汽車的一生：汽車史話。大西洋書籍，2013 年。
- ↑ K. Franz，修補。費城：賓夕法尼亞大學出版社，2011 年。
- ↑ a b c D. Patrascu，道路交通史，在街道被淹沒之前，2009 [線上] 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，“機動車安全面臨的挑戰”，公共衛生年鑑，第 23 卷，第 1 期，第 93-113 頁，2002 年。
- ↑ H. Huo、M. Wang、X. Zhang、K. He、H. Gong、K. Jiang、Y. Jin、Y. Shi 和 X. Yu，“中國機動車能源消耗和溫室氣體排放預測：政策選擇和影響”，能源政策，第 43 卷，第 37-48 頁，2012 年。
- ↑ 聯邦公路管理局，美國交通部，1900-1996 [線上] 可用地址：https://www.fhwa.dot.gov/ohim/summary95/mv200.pdf