關鍵節(jié)能技術節(jié)油效果與技術成本測算

曹一哲　冉純嘉　禹如杰

摘 要：隨著油耗法規(guī)的逐步加嚴，企業(yè)在進行產品開發(fā)時對于車型燃油經濟性的考量將占據(jù)越來越重要的位置。但目前行業(yè)對于各項節(jié)能技術節(jié)油效果與技術成本的評估多基于經驗值，缺乏建立于國內現(xiàn)有乘用車大數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的數(shù)理分析結果。本文基于近6000條車型數(shù)據(jù)，構建了計量模型，篩選出30余項可影響車型油耗的技術升級手段，對其節(jié)油效果與成本提升進行了測算。結果表明，節(jié)油效果超過10%的技術均為混合動力相關技術，即HEV強混與48V弱混，其余技術節(jié)油效果均在10%以內;而HEV強混技術成本接近3萬元，48V弱混技術成本僅不足3千元。

關鍵詞：節(jié)能技術 節(jié)油效果 技術成本

Calculation of Energy Saving Effect and Cost of Key Energy Saving Technologies

Cao Yizhe，Ran Chunjia，Yu Rujie

Abstract：With the gradual tightening of fuel consumption regulations， the consideration of fuel economy will occupy an increasingly important position in product development. However， at present， the evaluation of the fuel saving effect and cost of various energy-saving technologies in the industry is mostly based on empirical values， lacking of mathematical analysis results based on the existing domestic passenger car big data system. Based on the data of nearly 6000 vehicle models， this paper constructs a measurement model， selects more than 30 technical upgrading means that can affect the fuel consumption of vehicle models， and calculates the fuel saving effect and cost increase. The results show that the technologies with more than 10% fuel saving ratio are hybrid related technologies， that is， HEV technology and 48V MHEV technology， and the fuel saving ratio of other technologies is less than 10%; while the cost of HEV technology is close to 30000 yuan， and the cost of 48V MHEV technology is only less than 3000 yuan.

Key words：energy-saving technology， energy saving effect， cost

1 引言

1.1 研究背景

2021年起，我國即將實施乘用車第五階段油耗法規(guī)標準（2021～2025年），各乘用車企業(yè)都面臨很大的節(jié)能降耗壓力，因此，合理選擇各類產品所搭載的節(jié)能技術，將是企業(yè)進行產品開發(fā)時的重要環(huán)節(jié)，而只有在較為準確的了解各項節(jié)能技術的節(jié)油效果與技術成本之后，企業(yè)才可綜合判斷某項技術組合的合理性，在降低產品油耗的同時兼顧車型制造成本，最終選擇合理的技術升級方案。

目前，各項節(jié)能技術的節(jié)油效果與技術成本多數(shù)依靠行業(yè)流傳的經驗值，或源于國外一些知名機構公布的仿真或實驗結果，其中，行業(yè)流傳的經驗值存在來源不統(tǒng)一、權威性無法保證、數(shù)據(jù)偏差較大等問題，而仿真、實驗結果多數(shù)來自于歐盟或美國相關機構公布的結果，因此缺乏基于國內車型大數(shù)據(jù)的分析測算。

1.2 國外相關機構公布的技術節(jié)油效果與成本數(shù)據(jù)

美國NHTSA（美國高速公路安全管理局）公布了較全面的節(jié)能技術節(jié)油效果與技術成本數(shù)據(jù)庫，詳見表1。

歐洲ACEA（歐洲汽車制造商協(xié)會）也公布了一些重點節(jié)能技術節(jié)油效果范圍與大致技術成本，詳見表2。

上述兩家機構針對各類節(jié)能技術對油耗及售價的影響研究目前多數(shù)是基于仿真或實車測試開展完成，其中美國NHTSA機構所使用的車型油耗是基于美國EPA工況的測試結果，與國內目前使用的NEDC工況不同，因此其節(jié)油效果仿真或測試結果會與NEDC工況下節(jié)油效果產生偏差;而歐洲ACEA機構所用測試工況雖然與國內NEDC工況相同，但其具體測試規(guī)程同樣會異于國內規(guī)程，因此，通過對國內車型數(shù)據(jù)庫展開的分析將更加適用于國內情況。

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 數(shù)據(jù)源

本研究采用的數(shù)據(jù)基于某知名汽車網站的車型配置信息數(shù)據(jù)庫，其包含一萬余條車型數(shù)據(jù)，車型覆蓋近10年來已上市的全部在售的乘用車車型。每條車型數(shù)據(jù)包含200余個車型參數(shù)或配置信息字段，包括整車參數(shù)、發(fā)動機參數(shù)參數(shù)、變速箱參數(shù)、新能源相關參數(shù)、底盤轉向參數(shù)等動力配置參數(shù)，以及安全、輔助/操控、座椅、門窗、燈光、多媒體等附加配置參數(shù)。樣本的具體統(tǒng)計情況見表3。

2.2 數(shù)據(jù)篩選

由于本文的研究對象為各項節(jié)能技術的節(jié)油效果與技術成本，其分別對應車型參數(shù)中的“工信部油耗”與“廠商指導價”，即通過比較不同動力配置下的車型油耗，可推算出一項或多項技術升級手段可實現(xiàn)的油耗降低程度，而通過比較不同動力配置下的車型指導價，可推算出一項或多項技術升級手段可實現(xiàn)的售價提升幅度，即可分別視為該技術組合的節(jié)油效果與技術成本。因此，需對同上市年份同車型的一組數(shù)據(jù)按照排列組合方式進行兩兩分組，并從中篩選出動力配置不同而附加配置基本相同的車型組。

由于安全、內外飾、座椅、門窗、燈光等附加配置全部相同的車型組合較少，為擴大樣本數(shù)量，需允許兩車型間的某些附加配置存在一定程度的不同。而附加配置的不同一般僅會影響車型售價，而不會影響油耗，因此，選取成本在1000元以下的配置為可變配置，如內置行車記錄儀、后排杯架、遮陽板化妝鏡等。由于本文僅針對傳統(tǒng)能源汽車的節(jié)能技術開展研究，因此需去掉插電式混合動力、純電動、燃料電池等動力類型的車型，僅保留傳統(tǒng)汽柴油、HEV強混、48V弱混車型。為了保持回歸結果的合理性，需要排除老舊車型對技術效果與成本的干擾因素，因此刪除2016年及之前年份的數(shù)據(jù)。另外，由于變速箱種類繁多，而樣本量不支持如此多種類變速箱的分析，因此將不同檔位的AT變速箱簡化為4～6擋AT與7～10擋AT兩類，而MT、DCT、AMT等同樣存在細分擋位數(shù)的變速箱分別統(tǒng)一視為一類變速箱技術。通過對數(shù)據(jù)庫的篩選與整理，最終形成2947組車型數(shù)據(jù)，每組包含兩條車型數(shù)據(jù)，即共包含5894條車型數(shù)據(jù)。

該數(shù)據(jù)即為后續(xù)分析的基礎數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計該數(shù)據(jù)庫可知，其上市年份覆蓋從2017年到2021年，包含主流自主、合資、進口企業(yè)，以及歐、美、日、韓、中系主流品牌，技術方面，涵蓋動力類型技術、發(fā)動機技術、變速箱技術、輕量化技術、排放水平技術、助力類型技術等共30余項技術。

3 研究方法

由于一組中的兩車型間一般存在2～5項技術差異，即一組車型的油耗與售價差異是由2～5項技術差異共同疊加形成的，為了研究單項技術的節(jié)油效果與技術成本，需排除技術組合的疊加影響。為了解決這一問題，本文基于上述已整理好的車型參數(shù)數(shù)據(jù)庫，采用計量經濟模型來估計和分析單一變量對車型油耗與售價的影響，可有效排除各因素間的相互影響。這一方法首先被Knittel[8]采用，并在后續(xù)的研究中被廣泛使用[9-11]。本文在以上學者的研究基礎上，構建了針對性分析節(jié)能技術對油耗與售價影響的計量經濟模型，分別以油耗變化的百分比與價格差值作為因變量構建兩種回歸模型，具體公式分別見公式（1）、（2）。

模型1

FCR=a0+∑jaj·pij+∑kβk·Xik+εi

其中FCR=-1（1）

模型2

其中PCD=P2-P1 （2）

其中FCR表示油耗變化的百分比，F(xiàn)1、F2分別表示一對車型中的第一個、第二個樣本的工信部油耗;PCD表示價格差值，P1、P2分別表示一對車型中的第一個、第二個樣本的廠商指導價。pij表示車型i的第j個影響因素，均為連續(xù)變量。Xik表示虛擬變量，具體含義包含以下兩種：（1）上市年份，例如2018年上市，則相應的虛擬變量取1，非2018年上市則取0;（2）動力配置是否相同，例如一對樣本中，進氣形式由自然吸氣變化為渦輪增壓，則相應的虛擬變量取1;進氣形式由渦輪增壓變化為自然吸氣，則相應的虛擬變量取-1;進氣形式無變化則取0。aj表示影響因素pij的回歸系數(shù)。βk、γk表示虛擬變量Xik的回歸系數(shù)。a0表示常數(shù)項。εi表示殘差項。

具體來說，自變量為車型上市年份、關鍵技術參數(shù)的差異、是否搭載關鍵節(jié)能技術的差異，包括動力類型差異、整備質量變化的百分比、進氣形式差異、氣缸數(shù)差異、最大功率變化的百分比、供油方式差異、環(huán)保標準差異、是否有怠速啟停、變速器差異、驅動方式差異、主力類型差異。由于功率、增壓直噴、排量有較強的相關性，通常情況下是保持功率不變的前提下，采用增壓技術可以減小排量，因此自變量中僅保留最大功率變化的百分比和進氣方式差異，而不含排量差異。

4 結果分析

4.1 回歸結果

對模型1和模型2分別進行回歸，其中由模型1可得到車型關鍵技術參數(shù)和節(jié)能技術對油耗的影響，回歸系數(shù)為正表示該技術變化將導致油耗增加;由模型2可得到節(jié)能技術變化對價格的影響成本，回歸系數(shù)為正表示該技術變化將導致價格上升?；貧w結果見表4。

4.2 對回歸結果的分析

從動力類型來看，在其他因素不變的前提下，從柴油切換到汽油之后，油耗上升9.4%，售價降低1.74萬元;48V弱混相對于汽油車，油耗降低12.7%;HEV強混相對于汽油車，油耗降低28.3%，售價提升2.92萬元。

從發(fā)動機技術來看，在其他因素不變的前提下，4缸發(fā)動機車型相對于3缸發(fā)動機車型油耗上升1.6%，售價提升1.31萬元;6缸發(fā)動機車型相對于4缸發(fā)動機車型油耗上升5.9%，售價提升6.01萬元;渦輪增壓相對于自然吸氣油耗下降3.2%，售價提升0.31萬元;缸內直噴相對于多點電噴型油耗下降4.9%，售價提升0.26萬元;缸內直噴相對于混合噴射油耗升高1.2%，售價下降0.34萬元;搭載啟停技術的車型相對于無啟停技術車型油耗下降1.9%;發(fā)動機功率提升10%，車型油耗上升1.98%。

從變速箱技術來看，在其他因素不變的前提下，綜合比較各類變速箱的節(jié)油效果可知，MT最省油，4-6AT最耗油，幾類變速箱的節(jié)油效果排名依次為MT>CVT>DCT>7-10AT>4-6AT，例如，DCT相對于CVT油耗上升2.9%，DCT相對于7-10AT油耗下降7.8%。另外，綜合比較搭載各類變速箱車型的成本可知，MT成本最低，7-10AT成本最高，幾類變速箱的成本排名依次為MT

從回歸結果還可看出，在其他因素不變的前提下，四驅車型相對于兩驅車型油耗上升4.4%，售價上升1.74萬元;車型整備質量上升10%，油耗上升4.8%。另外，助力類型、排放水平變化對車型油耗和售價無顯著影響。

5 結語

本文基于2947組（5894條）車型數(shù)據(jù)，構建了計量模型，分析了關鍵節(jié)能技術對車型油耗與售價的影響，并得出如下結論：

（1）在本文所分析的二十余項節(jié)能技術中，僅兩項技術節(jié)油效果超過10%，均為混合動力相關技術，即HEV強混技術與48V弱混技術，其中HEV強混技術節(jié)油效果最佳，達到28.3%，48V弱混技術節(jié)油效果達到12.7%。其余節(jié)能技術節(jié)油效果均在10%以內。

（2）整體來看，改變汽車動力類型可獲得的節(jié)油效果均較明顯，例如HEV強混、48V弱混與柴油發(fā)動機，該三項技術節(jié)油效果均接近或超過10%，位列所有技術節(jié)油效果的前三名。其中柴油機節(jié)油效果達到9.4%。

（3）在發(fā)動機節(jié)能技術中，減缸、直噴、增壓三項技術節(jié)油效果最明顯，分別為5.9%（6缸減至4缸）、4.9%、3.2%，因此增壓小型化的技術組合節(jié)油效果顯著，已得到目前行業(yè)的廣泛應用。

（4）變速箱技術方面，由于變速箱種類繁多，同類變速箱依然有更細的技術分類，因此兩兩比較時其節(jié)油效果存在一定偏差，但整體來看幾類變速箱的節(jié)油效果排名如下：MT>CVT>DCT>7-10AT>4-6AT。

（5）技術成本方面，HEV強混與混合噴射技術成本提升在2萬元以上，柴油機、7-10AT（相對于CVT、DCT）成本提升接近或超過1萬元，其他技術成本提升均在1萬元以下。

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