”，一直是人们津津乐道的话题。一提起车，人们的第一印象往往是公路上行驶的小汽车；再想开去，人们也容易想到大巴、火车、电瓶车、自行车、卡车等客货运载工具。

　　很明显，车在其中承担的功能，是实现物体（人或货）的移动。或者可以说，“车”是陆地上最重要的“物流”工具。

　　从车的外形出发，显而易见，“移动”这一功能，是靠车轮，或车轮的替代物如履带等来实现的。而待载物体与车的接触（上车、上货）与分离（下车、卸货），是怎么来实现的呢？人们日常生活中接触较多的客运车辆，往往是由乘客自身来进行上下车的动作，这就容易使人忽略，“工业车辆”对这个功能的实现方式，要丰富多彩许多。

　　“工业车辆”，狭义地理解，当然是指工业领域使用到的物品运载工具。翻斗货车就是典型例子，通过翻斗的旋转就能够实现卸货。

　　身处“基建狂魔”的我国，在日常生活中，总是很容易在城市环境中看到挖掘机等工程机械。仍然按“待载物体与车的接触与分离”这个思路来看，挖掘机是靠挖斗来挖起、放下土方石块。

　　皮克斯著名的动画电影《汽车总动员》里有各种各样的车。赛车麦昆当然是顶流，但男二号板牙同样吸粉，另外也不要忘了轮胎店里还有一个奇诺。板牙和奇诺都算工业车辆。板牙是个吊车，它靠吊绳与吊钩来拉起物体；奇诺是台叉车，它的两根叉，比手还要灵巧。

　　值得一提的是，叉车是应用最为广泛的工业车辆之一，尤其是在各类仓库中。逛过宜家的，对基中的大型货架都不陌生；而各类货物上下货架，很大程度是依赖叉车实现。事实上，叉车 + 货架 + 标准化托盘或栈板的架构，构成了现代仓储业的核心。通过叉车两根叉上下移动，可以把托盘移动到货架的不同位置上；叉车的英文forklift，其实是对”fork”这个部件的”lift”功能的最好解释。而随着现代物流与仓储业持续不断的发展，叉车也发展出了慢慢的变多的形态，帮助人们在仓库环境中更好地抬升、移动、装卸货物。

　　通过以上例子显而易见，不同的工业车辆的最主要特征，就体现在实现待载物体与车的接触与分离的那个部件上。

　　广义上，如果不把“工业车辆”限制在工业领域，我们可完全把工业车辆的概念推广一下：含有实现待载物体与车的接触与分离之部件的陆地上可移动载具。

　　比如，在农业领域中的收割机，基本功能之一就是把谷物收集到机器内的储藏仓、并在处理后通过传送带等运送到运输车上。再比如，路面清扫车、家用扫地机器人，如何把垃圾灰尘收集到车内就是重要课题。

　　车的“电动化”，即由电能+电动机取代化石能源+内燃机。这已不是新鲜的概念——城市道路中密密麻麻的电瓶车，早已完成了对摩托车的大规模替代；以特斯拉等为代表一批新能源车企，也令新能源乘用车得到了愈来愈普遍的使用；轨道交通领域更是早已实现电动化，尤其是客运轨道交通中，乘坐内燃机车牵引的火车反倒是体味复古情怀的事情了。

　　工业车辆的电动化进程同样不遑多让。尤其在相对封闭的环境中，推动工业电动车发展的背景非常明确。

　　以叉车为例。相当比例的叉车是在封闭的仓库、工厂中工作，内燃叉车排放的尾气对这样的环境是不小的污染；而电动叉车在消除尾气排放的同时，还能减轻由内燃机带来的噪声污染。而在能源成本（充电 vs. 加油）与车辆维护成本上，“电动车比油车更省钱”这样一个在乘用车领域被充分验证的结论，对叉车同样也是适用的。

　　由于这些优势，叉车电动化率快速上升并不难理解。以我国市场为例，在过去的10年内，历年销售的叉车中，电动车的比例从2成左右上升到了超过一半。我们也有理由相信，这一趋势在未来同样不可阻挡。

　　电动车有千般好，却也在一些方面一直为人所诟病，主要都与电池有关：电池的价格、电池安全、里程焦虑，等等。不过，这些在乘用车领域的大问题，在工业车辆的部分领域似乎并不那么令人头疼。

　　电动乘用车从走进寻常百姓家的第一天起，就是以主要使用锂电池为人所知的；但工业电动车却有一个长期的使用铅酸电池的过程。铅酸电池较为便宜，而锂电池相对铅酸电池的优势则主要是：单位体积内的包含的能量更高、允许更高倍率的充放电，等等。在动力锂电池尚未得到普遍运用之前，铅酸电池的参数劣势使它无法被电动乘用车所广泛采用，却凭借较低的成本在电动叉车领域占据了主导地位。随着近年来电动乘用车的发展，锂电池生产与应用规模逐步扩大，成本得以不断下降；工业电动车也搭上了这一东风。而随着未来锂电池成本的进一步下降，在工业电动车上锂电池对铅酸电池的替代进程可能进一步加快。

　　近几年来，车用电池起火甚至爆炸后毁车伤人的消息屡屡见诸报端，不禁让人对锂电池的安全性产生一些质疑。

　　在一定程度上，工业电动车的电池安全性，是比电动乘用车要更高的。一方面，工业电动车通常用较低压的电池（以24V / 48V为主流）；另一方面，由于较低速运行，正常工作时的机械冲击、震动与发生事故时的冲击，都比高速运行在复杂路况下的电动乘用车要更好一些。

　　那么，为什么同样用到低压电池的电瓶车在电池充电时起火爆炸的新闻也是屡见不鲜呢？我们该看到，类似的事故主要是由劣质的电池和充电器所导致的。劣质的电池往往不具备BMS（电池管理系统），缺失对电池的有效保护机制；而劣质的充电器容易对电池过充。长期的不良充电容易使电池发生不可逆的反应，形成事故。因此，使用原装的合格充电器对原装的合格电池进行正确的充电，我们没理由对相似应用条件下的工业电动车的电池安全失去信心。

　　里程焦虑的本质是电池的电量焦虑。在新能源汽车领域，它最重要的原因是充换电基础设施的不完善；长假期间高速服务区充电站车满为患的新闻仍然令人印象非常深刻。而这样的一个问题，在工业电动车的部分领域基本是不存在的。究其原因，主要有两点：

　　1）相当比例的工业电动车是在较为封闭的环境（如仓库、工厂、园区）中运行。很容易理解，车与充换电站之间的平均距离要小得多，充换电也因此方便得多。除外，在这类环境中，充换电站的设置情况对车来说是透明的，通常不会遇到新能源车主有时需要面临的费心找可用充电站而不得的窘境。

　　2）不少工业电动车的运行是“任务制”的。利用两个任务之间几分钟到几十分钟的空闲时间，车能够直接进行很快的补电。这种形态，对于自动运行的车辆（将会在下一篇文章中详述）来说就更为普遍。

　　当然，从另一个角度来看，在户外甚至野外工作的工业电动车，例如起重机、挖掘机等大型工程机械、收割机等大型农用机械，就近设置充换电站并不现实，充换电不便，电池的电量焦虑就很难克服。在这类领域的工业车辆中，这也是电动化程度不高的最根本原因，柴油发动机仍然占据主流。

　　把工业车辆与人体简单类比一下，车轮就像人的腿脚实现车体的移动，而实现待载物体与车的接触与分离的部件，就如同人的手。

　　但是，随工业车辆持续不断的发展，我们不会满足于它们只有“手脚”，还想给它们安上眼睛甚至大脑，以此来实现自动化与智能化。

　　AGV（Automated Guided Vehicle，自动导引车）就是自动化的工业车辆，广义上指应用各种定位与导航技术，无需人工驾驶操控的车辆。按这个定义，如今大火的无人驾驶乘用车，广义上也是AGV。不过，本文中的AGV主要是指应用于工商业领域与环境中的。

　　应该说明，对于工业车辆，电动化与自动化并没有必然的关系。使用内燃机的工业车辆，一样能实现自动化。不过，AGV的定位与导航设备往往是电子元器件，使用动力电池的能量转换后进行供电更为方便。因此，电动化的工业车辆实现自动化拥有天然优势。

　　与乘用车的自动驾驶需要使用到极高精度定位导航设备及较高算力不同，AGV一般速度低得多，也无需面临复杂多变的路面环境，因此它的定位导航方式也简单不少。

　　最早出现的AGV导航方式是固定路径导航。AGV沿着地面上提前铺设的路径移动。

　　这种方式的实现方法有好几种。首先是电磁式（如下图1），以通过电流、产生磁场的导线为路径，AGV上设置感应线圈，对磁场进行跟踪。磁条式（如下图2），则避免了地面端主动产生磁场，而是通过AGV去检测与识别磁条来实现导引。而把磁条替换成色带（如下图3），与磁条式相似，只是检测原理变成了光学。

　　固定路径导航并不复杂，参加过智能车竞赛的大学本科学生就可能接触过。但它的应用却不可谓不广泛，典型应用比如在固定点位的生产线上搬运物资。

　　但固定路径的本质是一维化的，灵活性欠缺。通过地面上的锚定点，在锚定点处利用AGV的直角旋转，能轻松实现网格化的二维导航，提升导航的灵活性。

　　是否能够把锚定点也去掉，实现灵活性更高的二维化导航呢？答案是肯定的。利用激光优良的方向性，在AGV上设置激光雷达，就可以实现。

　　激光反光板（如下左图）是激光导航较为早期的方法。激光雷达发射激光束，并采集由不同的预设反光板反射的激光束，可以确定AGV当前的位置与方向。

　　激光反光板的布设是依赖于人工施工的，仍然有不便之处。为了去除反光板，通过使用激光扫描环境并识别墙壁、柱子和其他固定物品（如上右图），便发展出了轮廓式激光导航。当然，它的前提是有一副环境地图，AGV利用激光扫描，可以在其中进行全地图定位与自主导航。

　　这种类型的AGV又被称为AMR（Autonomous Mobile Robot，自主移动机器人），它除了能够完全自主地实现定位与导航，还能够自主规划路径完成从现有坐标前往下一坐标的动作，同时在其中能够充分感知环境中的动态障碍并进行主动避让。AMR的关键技术被称为SLAM（Simultaneous Localization and Mapping, 同步定位与建图），即AMR在未知环境中从一个未知位置开始移动，在移动过程中根据位置和地图进行自身定位，同时在此基础上构造增量式地图，最终实现AMR的自主定位和导航。

　　AGV常见的导航方式还有利用惯性元件（如陀螺仪、加速计等）实现的惯性导航，以及通过相机对环境特征进行采样、构建出环境地图从而实现的视觉导航。

　　以上的几种方式，各有特色与优劣。值得一提的是，为了适应复杂的环境，不少AGV也会使用不止一种的定位与导航方式。

　　前面我们描述了不少给工业车辆安上眼睛与大脑的方法。那么在此之后，AGV究竟能发挥哪些作用呢？车辆的自动化与智能化，可以实现环境中的无人化，对于人工成本不断提高、用工荒频现的今天意义重大，也易于减少人工操作失误导致的事故。

　　而AGV最典型的应用，莫过于用其车辆顶端的机构来举升物体。在仓库、产线、港口等环境中，小到托盘，大到集装箱，AGV都大有用武之地。

　　AGV + 传送带的形式，在产线环境中常用于不同工序间物料的运输与移动。

　　AGV在商业与家用环境中，又常被称为移动机器人。在饭店中常见的服务机器人、在家中解放双手的扫地机器人，都是大家熟悉的典型例子，此处不再详述了。

　　“自动导引车”这个名字容易让人关注AGV自主移动的一面，但不难注意到，AGV在实现待载物体与车的接触与分离上，也常常是自主完成的。这两个“自主”，使得AGV的形态与功能千变万化，也给设计者提供了无限可能。

　　AGV的广泛应用与自动化程度的不断提升，催生了无人仓、无人产线。在其中，人工参与的不外乎远程的监控或简单操控。

　　对于电动汽车车主来说，给车充电时插拔充电桩上的线与接头是必修课；而对于无人环境中的AGV，如果需要人工来完成充电，将严重地降低整个系统的自动化程度。那么，AGV的自动充电是如何实现的呢？

　　电池的充电器，电气上，一般是将由交流电网中获得的交流能量，转换为直流电能，以合适的电压、电流向电池输出。而物理上，需要先把充电器的输出端与电池进行连接。

　　对于AGV的自动充电，常规的实现方式，是在充电桩上设置与充电器输出端连接的金属端子，且在AGV上设置与电池连接的金属端子；由AGV自主移动到充电桩旁边，经由两个设备上金属端子的接触，则可实现充电器输出端与电池的连接。

　　金属端子在未接触进行充电时一般不带电，正常运行时一般是安全的。而AGV的定位精度一般能够达到厘米级，因此两端的充分接触一般情况下不成问题。因此，到目前为止，金属端子接触充电仍然是AGV自动充电的主流方式。

　　当然，这种方式的缺点，对于部分应用场合，也是很明显的。首先，金属端子不适用于较为恶劣的环境，比如高湿度、高浓度的腐蚀性化学物质、易积灰环境，都可能损坏金属端子，或者使接触变得不充分、不安全。其次，对于特别频繁的充电（例如每小时内进行一次几分钟的补电），金属端子的接触与分离都更为频繁，端子的磨损也更容易发生，导致增加保养次数，甚至需要更换金属端子。另外，金属端子上不能喷漆，金属光泽未必能够与车体或桩体形成很好的匹配，给ID设计带来困难。

　　无线充电，不是一个新概念。它并不是完全不使用线材，而是通过非接触式地传递电磁能量，来避免充电时对线的插拔。在手机等消费电子产品上，无线充电已经基本成了标配。在电动汽车上，不少EV厂商与无线充电方案供应商也已在赛道上准备好，只待风来；可以想象，在无人驾驶得到广泛应用的未来，无线充电同样可能成为电动汽车的标配。在这两个领域中，无线充电解决的最重要的问题都是“如何避免人工插拔充电接头”，把充电过程从人工完成变为自动完成。

　　对于AGV，主流的充电方式已经是如前所述的自动方案了，无线充电在其中最主要的功能，就是在部分领域取代的金属端子，解决它所带来的应用痛点。

　　诚然，中大功率的无线充电，仍然在效率、成本、可靠性等方面都有可提升之处，也未必能够在所有AGV上都完全替代目前的金属端子方案。但随着无线充电技术的不断与市场的不断培育，两种方案并存、互为补充，很可能是AGV自动充电的未来。

　　《万亿级工程机械市场，静待电动化率提升 -- 工程机械行业专题报告》，渤海证券股份有限公司

　　廖永恺，2012年毕业于浙江大学电力电子与电力传动专业，获硕士学位。后加入台达电子企业管理（上海）有限公司杭州设计中心，一直从事无线电源、工业与医疗电源、服务器电源的产品研究开发，现任无线电源设计部电子副理。已获发明专利授权十余项、参与制订标准两项。