关键节能技术节油效果与技术成本测算

曹一哲　冉纯嘉　禹如杰

摘 要：随着油耗法规的逐步加严，企业在进行产品开发时对于车型燃油经济性的考量将占据越来越重要的位置。但目前行业对于各项节能技术节油效果与技术成本的评估多基于经验值，缺乏建立于国内现有乘用车大数据的系统的数理分析结果。本文基于近6000条车型数据，构建了计量模型，筛选出30余项可影响车型油耗的技术升级手段，对其节油效果与成本提升进行了测算。结果表明，节油效果超过10%的技术均为混合动力相关技术，即HEV强混与48V弱混，其余技术节油效果均在10%以内;而HEV强混技术成本接近3万元，48V弱混技术成本仅不足3千元。

关键词：节能技术 节油效果 技术成本

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，我國即将实施乘用车第五阶段油耗法规标准（2021～2025年），各乘用车企业都面临很大的节能降耗压力，因此，合理选择各类产品所搭载的节能技术，将是企业进行产品开发时的重要环节，而只有在较为准确的了解各项节能技术的节油效果与技术成本之后，企业才可综合判断某项技术组合的合理性，在降低产品油耗的同时兼顾车型制造成本，最终选择合理的技术升级方案。

目前，各项节能技术的节油效果与技术成本多数依靠行业流传的经验值，或源于国外一些知名机构公布的仿真或实验结果，其中，行业流传的经验值存在来源不统一、权威性无法保证、数据偏差较大等问题，而仿真、实验结果多数来自于欧盟或美国相关机构公布的结果，因此缺乏基于国内车型大数据的分析测算。

1.2 国外相关机构公布的技术节油效果与成本数据

美国NHTSA（美国高速公路安全管理局）公布了较全面的节能技术节油效果与技术成本数据库，详见表1。

欧洲ACEA（欧洲汽车制造商协会）也公布了一些重点节能技术节油效果范围与大致技术成本，详见表2。

上述两家机构针对各类节能技术对油耗及售价的影响研究目前多数是基于仿真或实车测试开展完成，其中美国NHTSA机构所使用的车型油耗是基于美国EPA工况的测试结果，与国内目前使用的NEDC工况不同，因此其节油效果仿真或测试结果会与NEDC工况下节油效果产生偏差;而欧洲ACEA机构所用测试工况虽然与国内NEDC工况相同，但其具体测试规程同样会异于国内规程，因此，通过对国内车型数据库展开的分析将更加适用于国内情况。

2 数据处理

2.1 数据源

本研究采用的数据基于某知名汽车网站的车型配置信息数据库，其包含一万余条车型数据，车型覆盖近10年来已上市的全部在售的乘用车车型。每条车型数据包含200余个车型参数或配置信息字段，包括整车参数、发动机参数参数、变速箱参数、新能源相关参数、底盘转向参数等动力配置参数，以及安全、辅助/操控、座椅、门窗、灯光、多媒体等附加配置参数。样本的具体统计情况见表3。

2.2 数据筛选

由于本文的研究对象为各项节能技术的节油效果与技术成本，其分别对应车型参数中的“工信部油耗”与“厂商指导价”，即通过比较不同动力配置下的车型油耗，可推算出一项或多项技术升级手段可实现的油耗降低程度，而通过比较不同动力配置下的车型指导价，可推算出一项或多项技术升级手段可实现的售价提升幅度，即可分别视为该技术组合的节油效果与技术成本。因此，需对同上市年份同车型的一组数据按照排列组合方式进行两两分组，并从中筛选出动力配置不同而附加配置基本相同的车型组。

由于安全、内外饰、座椅、门窗、灯光等附加配置全部相同的车型组合较少，为扩大样本数量，需允许两车型间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仅会影响车型售价，而不会影响油耗，因此，选取成本在1000元以下的配置为可变配置，如内置行车记录仪、后排杯架、遮阳板化妆镜等。由于本文仅针对传统能源汽车的节能技术开展研究，因此需去掉插电式混合动力、纯电动、燃料电池等动力类型的车型，仅保留传统汽柴油、HEV强混、48V弱混车型。为了保持回归结果的合理性，需要排除老旧车型对技术效果与成本的干扰因素，因此删除2016年及之前年份的数据。另外，由于变速箱种类繁多，而样本量不支持如此多种类变速箱的分析，因此将不同档位的AT变速箱简化为4～6挡AT与7～10挡AT两类，而MT、DCT、AMT等同样存在细分挡位数的变速箱分别统一视为一类变速箱技术。通过对数据库的筛选与整理，最终形成2947组车型数据，每组包含两条车型数据，即共包含5894条车型数据。

该数据即为后续分析的基础数据，通过统计该数据库可知，其上市年份覆盖从2017年到2021年，包含主流自主、合资、进口企业，以及欧、美、日、韩、中系主流品牌，技术方面，涵盖动力类型技术、发动机技术、变速箱技术、轻量化技术、排放水平技术、助力类型技术等共30余项技术。

3 研究方法

由于一组中的两车型间一般存在2～5项技术差异，即一组车型的油耗与售价差异是由2～5项技术差异共同叠加形成的，为了研究单项技术的节油效果与技术成本，需排除技术组合的叠加影响。为了解决这一问题，本文基于上述已整理好的车型参数数据库，采用计量经济模型来估计和分析单一变量对车型油耗与售价的影响，可有效排除各因素间的相互影响。这一方法首先被Knittel[8]采用，并在后续的研究中被广泛使用[9-11]。本文在以上学者的研究基础上，构建了针对性分析节能技术对油耗与售价影响的计量经济模型，分别以油耗变化的百分比与价格差值作为因变量构建两种回归模型，具体公式分别见公式（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表示油耗变化的百分比，F1、F2分别表示一对车型中的第一个、第二个样本的工信部油耗;PCD表示价格差值，P1、P2分别表示一对车型中的第一个、第二个样本的厂商指导价。pij表示车型i的第j个影响因素，均为连续变量。Xik表示虚拟变量，具体含义包含以下两种：（1）上市年份，例如2018年上市，则相应的虚拟变量取1，非2018年上市则取0;（2）动力配置是否相同，例如一对样本中，进气形式由自然吸气变化为涡轮增压，则相应的虚拟变量取1;进气形式由涡轮增压变化为自然吸气，则相应的虚拟变量取-1;进气形式无变化则取0。aj表示影響因素pij的回归系数。βk、γk表示虚拟变量Xik的回归系数。a0表示常数项。εi表示残差项。

具体来说，自变量为车型上市年份、关键技术参数的差异、是否搭载关键节能技术的差异，包括动力类型差异、整备质量变化的百分比、进气形式差异、气缸数差异、最大功率变化的百分比、供油方式差异、环保标准差异、是否有怠速启停、变速器差异、驱动方式差异、主力类型差异。由于功率、增压直喷、排量有较强的相关性，通常情况下是保持功率不变的前提下，采用增压技术可以减小排量，因此自变量中仅保留最大功率变化的百分比和进气方式差异，而不含排量差异。

4 结果分析

4.1 回归结果

对模型1和模型2分别进行回归，其中由模型1可得到车型关键技术参数和节能技术对油耗的影响，回归系数为正表示该技术变化将导致油耗增加;由模型2可得到节能技术变化对价格的影响成本，回归系数为正表示该技术变化将导致价格上升。回归结果见表4。

4.2 对回归结果的分析

从动力类型来看，在其他因素不变的前提下，从柴油切换到汽油之后，油耗上升9.4%，售价降低1.74万元;48V弱混相对于汽油车，油耗降低12.7%;HEV强混相对于汽油车，油耗降低28.3%，售价提升2.92万元。

从发动机技术来看，在其他因素不变的前提下，4缸发动机车型相对于3缸发动机车型油耗上升1.6%，售价提升1.31万元;6缸发动机车型相对于4缸发动机车型油耗上升5.9%，售价提升6.01万元;涡轮增压相对于自然吸气油耗下降3.2%，售价提升0.31万元;缸内直喷相对于多点电喷型油耗下降4.9%，售价提升0.26万元;缸内直喷相对于混合喷射油耗升高1.2%，售价下降0.34万元;搭载启停技术的车型相对于无启停技术车型油耗下降1.9%;发动机功率提升10%，车型油耗上升1.98%。

从变速箱技术来看，在其他因素不变的前提下，综合比较各类变速箱的节油效果可知，MT最省油，4-6AT最耗油，几类变速箱的节油效果排名依次为MT>CVT>DCT>7-10AT>4-6AT，例如，DCT相对于CVT油耗上升2.9%，DCT相对于7-10AT油耗下降7.8%。另外，综合比较搭载各类变速箱车型的成本可知，MT成本最低，7-10AT成本最高，几类变速箱的成本排名依次为MT

从回归结果还可看出，在其他因素不变的前提下，四驱车型相对于两驱车型油耗上升4.4%，售价上升1.74万元;车型整备质量上升10%，油耗上升4.8%。另外，助力类型、排放水平变化对车型油耗和售价无显著影响。

5 结语

本文基于2947組（5894条）车型数据，构建了计量模型，分析了关键节能技术对车型油耗与售价的影响，并得出如下结论：

（1）在本文所分析的二十余项节能技术中，仅两项技术节油效果超过10%，均为混合动力相关技术，即HEV强混技术与48V弱混技术，其中HEV强混技术节油效果最佳，达到28.3%，48V弱混技术节油效果达到12.7%。其余节能技术节油效果均在10%以内。

（2）整体来看，改变汽车动力类型可获得的节油效果均较明显，例如HEV强混、48V弱混与柴油发动机，该三项技术节油效果均接近或超过10%，位列所有技术节油效果的前三名。其中柴油机节油效果达到9.4%。

（3）在发动机节能技术中，减缸、直喷、增压三项技术节油效果最明显，分别为5.9%（6缸减至4缸）、4.9%、3.2%，因此增压小型化的技术组合节油效果显著，已得到目前行业的广泛应用。

（4）变速箱技术方面，由于变速箱种类繁多，同类变速箱依然有更细的技术分类，因此两两比较时其节油效果存在一定偏差，但整体来看几类变速箱的节油效果排名如下：MT>CVT>DCT>7-10AT>4-6AT。

（5）技术成本方面，HEV强混与混合喷射技术成本提升在2万元以上，柴油机、7-10AT（相对于CVT、DCT）成本提升接近或超过1万元，其他技术成本提升均在1万元以下。

参考文献：

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