2020年我国重型商用车节能潜力和成本分析

郑天雷，王 兆，保 翔，金约夫

(中国汽车技术研究中心 天津300300)

0 引 言

为贯彻落实国务院《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》(以下简称《规划》)中提出的“2020年商用车新车燃料消耗量接近国际先进水平”的发展目标，促进我国重型商用车行业节能技术发展和节能减排，项目组作为第一起草单位制定完成了我国重型商用车辆第三阶段燃料消耗量标准。标准研究过程中，项目组针对我国重型商用车节能技术应用现状和发展趋势进行了分析，根据调查数据统计和技术验证结果对我国重型商用车行业未来节能潜力和成本进行了估算，为标准限值指标的确定提供了技术依据，同时成为我国重型商用车企业未来达标的重要参考技术路径。

1 节能技术现状和发展趋势

近年来，我国重型商用车行业通过加大技术和资金投入开展节能技术研发和应用，取得了较大的进步，重型商用车辆燃料消耗量限值标准的实施也在一定程度上促进了先进节能技术的引进、应用和发展，但与欧洲、美国、日本等汽车产业发达地区和国家相比，我国重型商用车先进节能技术应用比例仍较低，车型燃料消耗量仍然偏高。

1.1 发动机

我国重型商用车发动机以柴油机为主，通过近些年的发展，整体节能技术水平取得了较大的提高。电控技术、增压技术等已基本在行业内普及，多气门技术、高压共轨技术等也得到了广泛应用。随着未来更严格的燃料消耗量限值标准的发布和实施，可变气门技术、电控附件、减少发动机摩擦、断缸技术、废热回收技术等将逐步得到应用。

1.2 变速器

我国重型商用车变速器型式比较单一，除少数车型采用自动变速器或手自一体变速器外，其他全部为手动变速器。从全球来看，自动变速器是未来发展趋势，其中无级变速器在节油方面比其他类型变速器更具优势，但传动扭矩有限，在重型商用车领域的应用受到制约；手自一体变速器具有可靠性高、燃料经济性高等技术特点，是未来重型商用车领域的重点发展方向，目前已在少部分车型上得到应用。

1.3 改善空气动力学性能

通过改善车身的空气动力学性能可以降低整车空气阻力系数，在高速行驶工况下可显著降低燃料消耗量。我国重型商用车企业普遍采取了优化措施，例如改善驾驶室边角和形状、改进后视镜位置、优化进气口和格栅、加装导流罩等措施。下一阶段，通过在车尾部、驾驶室与挂车连接处加装空气套件，改善挂车空气动力学性能等还将进一步提升整车空气动力学性能并降低燃料消耗量。

1.4 轻量化技术

轻量化技术通过提高轻质材料的应用比例、结构优化和模块化设计、成形和联接技术改进等措施降低车辆自身质量从而改善燃料经济性。轻量化技术在乘用车领域应用较广，并逐步在商用车领域得到研究和应用，但受到重型商用车实际运行状态的影响，轻量化技术的应用比较有限。

1.5 车轮和轮胎

在各种轮胎类型中，子午线轮胎在节油方面优势较为明显，未来在重型商用车领域将得到更广泛的应用。同时，低能耗车轮技术也将得到快速发展，一是通过采用高强度钢板减轻车轮重量；二是采用无内胎、扁平化的低滚阻子午线轮胎。

1.6 新能源技术

除传统汽车节能技术之外，混合动力技术、纯电动技术也可显著降低车辆燃料消耗量。在国家相关政策的扶持下，怠速起停、制动能量回收、混合动力技术以及纯电动汽车技术在城市公交车以及城市物流车上得到了一定应用。受到电池、电机等关键技术的制约，未来新能源汽车在重型商用车领域的应用仍将以城市内短途运输为主。

2 节能技术调查

重型商用车辆第三阶段燃料消耗量标准研究过程中，在行业内开展了节能技术应用调查，统计了主要节能技术的节能潜力、应用成本、2015年应用比例以及 2020年应用比例预测等数据，以此为基础开展了未来重型商用车行业节能技术潜力和成本分析，进一步评估节能目标和燃料消耗量限值标准未来实施的可行性以及带来的成本增加值。在节能技术调查中，考虑的节能选项包括发动机、空气动力学、整车、传动系、轮胎和车轮、混合动力和新能源、工况外措施等几个方面，如表1所示。

表1 节能技术选项列表Tab.1 List of energy saving technology options

3 节能技术潜力和成本分析

项目组从国内十余家主要重型商用车企业调查得到了各节能技术选项的节能潜力、应用成本、2015年应用比例以及2020年应用比例预测数据，剔除明显偏离实际的数据后，统计得到全行业各项节能技术选项估测值，并对节能技术潜力、成本等进行分析：

3.1 节能技术选项分布

按照发动机及整车节能技术分别对各节能技术选项的节能效果和应用成本分布进行分析。其中，发动机相关节能技术分布如图1所示，主要分布于3个区域。下方区域为常见的发动机节能技术，包括高压共轨、增压、进排气优化等，成本在 500～5,000元不等，其中电控、增压等节能效果较好的技术已被广泛采用。EGR、SCR两种排放技术路线尽管不属于节能技术，但对发动机的燃料经济性具有一定影响，两种排放技术路线成本接近，SCR技术具有一定节能优势。废热回收技术具有较好的节能效果，由于成本较高且国内相关研究较少，目前在行业内应用有限。

图1 发动机节能技术潜力和成本分布Fig.1 Distribution of engine energy saving technology potentials and costs

整车相关节能技术分布如图2所示，主要分布于3个区域。下方区域包括改善空气动力性能技术、轮胎技术、传动效率优化等，成本在 100～8,000元不等，节能效果在1%,～4%,左右。上方区域中，CVT变速器节能效果大、成本高，但受扭矩等条件限制在重型商用车领域应用较少；轻量化和AMT变速器技术具有较大节能效果，但相应成本较高。

图2 整车节能技术潜力和成本分布Fig.2 Distribution of vehicle energy saving technology potentials and costs

3.2 节能潜力和成本曲线

为分析未来我国重型商用车节能潜力及相应的成本增加值，研究在汇总各项节能技术潜力和成本数据的基础上，结合各项技术在行业内 2015年的应用比例以及预测的 2020年未来应用比例，对各项节能技术效果和成本进行叠加，从而对我国重型商用车行业平均节能潜力和成本曲线进行分析。统计中采用的主要方法和原则说明如下：

①为简化分析过程，假设各项节能技术同时采用的综合节能效果为各单项节能技术效果之和；而在实际应用中不同节能技术效果可能互有抵消，综合节能效果将略低于理论分析结果。

②研究主要立足于重型商用车行业的平均节能潜力和成本进行分析，而非具体车型。例如，增压技术在单车型上具有 2.5%,的节能效果，成本增加约3,000元；若其在行业内的应用比例从2015年的90%,提高到 2020年的 100%,，则对重型商用车行业的总体节能贡献率为0.25%,，成本增加300元。

③研究对未来的节能技术应用分两种情景进行分析。情景1是最理想的情景，按“节能效果/成本”由大到小的顺序对各节能技术选项进行叠加，在实际应用中，考虑到各企业产品、技术的实际情况以及各项技术研发或获取的难易程度，往往无法按照最理想情景发展，因此可作为未来发展场景分析的上限。情景2是假设现行油耗限值标准不加严的情况下，行业内重点企业对未来产品节能技术的规划情况，未来更严格的油耗限值标准将进一步提高节能技术应用比例，因此作为未来发展场景分析的下限。

④重型商用车车型较多，且质量跨度较大，在节能技术选项的应用及节能效果上有一定差异。研究根据各类车型技术特征，分两类进行分析。第一类是半挂牵引车、大质量货车和客车；第二类是城市客车、小质量货车和客车。

综合以上分析方法对两类车型在情景 1、情景 2下的节能技术潜力和成本曲线进行分析，如图 3、图4所示。总体上看，两类车型的节能潜力和成本曲线接近，但具体技术特征有一定差异，第一类车型在实际运行中以高速工况为主，改善空气动力外形具有较大节能效果；第二类车型在实际运行中以低速工况为主，混合动力技术具有较大效果。从企业现有规划的情景2看，与2015年相比，2020年全行业最大节能潜力在18%,左右，单车成本增加约4.0万元。在情景1下，18%,节能潜力对应的成本增加值约为 1.5万元，而当现有节能技术全部应用时，我国重型商用车节能潜力可达 40%,以上，但相应的成本增加也将超过10.0万元。

图3 半挂牵引车、大质量货车和客车节能技术潜力和成本曲线Fig.3 Curve of energy saving technology potentials and costs of semi-trailer tractors，heavy-duty trucks and buses

图4 城市客车、小质量货车和客车节能技术潜力和成本曲线Fig.4 Curve of energy saving technology potentials and costs of city buses，light-duty trucks and buses

3.3 成本回收周期

基于上述重型商用车行业未来节能潜力和成本测算，以及与国外相关车型和标准法规的比对结果，项目组制定完成了我国重型商用车辆燃料消耗量第三阶段限值标准。在限值指标方面，第三阶段限值标准(2020年)较第二阶段(2015年)平均加严约15%,。第三阶段标准的实施将促进节能技术在行业内的应用，相应地也将导致车辆成本和售价的增加，然而由于车辆燃料经济性的改善，消费者往往可在一定周期内节省回收车辆成本增加值。根据3.2分析结果对成本回收周期进行估算，计算中采用以下假设：

车辆基础燃料消耗量按 30,L/100,km计算，当燃料消耗量下降15%,时，按照3.2中情景1、情景2分析，相应成本增加约 1.5～2.0万元；车辆年行驶里程按50,000,km计算；燃油价格按6元/L计算。

综上假设可以计算得到，原车辆每年燃油使用成本约为 9.0万元，若百公里燃料消耗量下降 15%，每年节省费用为1.35万元，成本回收周期为1.1～1.5年，即消费者可在购买车辆的 2年内回收购买车辆的成本增加值，而在车辆超过回收周期后的使用时间里为消费者继续节约大量燃油费用。

4 结 论

本研究针对我国重型商用车节能技术应用现状和发展趋势进行了分析，根据调查数据统计和技术验证结果对我国重型商用车行业未来节能潜力和成本进行了估算。与 2015年相比，2020年我国重型商用车行业有 18%,～40%,的节能潜力；成本方面，当车型百公里燃料消耗量下降 15%,时，车辆成本增加约1.5～2.0万元，消费者可在购买车辆的2年内回收购车成本增加值。

本研究的开展为2020年重型商用车辆第三阶段燃料消耗量标准限值指标的确定提供了技术依据，从技术和成本角度论证了《规划》提出的“2020年商用车新车燃料消耗量接近国际先进水平”发展目标和第三阶段限值标准实施的可行性，同时也是我国重型商用车企业未来达标的重要参考技术路径。

［1］ 全国汽车标准化技术委员会. GB 30510—2014，重型商用车辆燃料消耗量限值[S]. 北京：中国标准出版社，2014.

［2］ NESCCAF，ICCT，SRI，et al. Reducing Heavy-Duty Long Haul Combination Truck Fuel Consumption and CO2Emissions[R]. 2009.

［3］ Raemdonck G M R V. Design of Low Drag Bluff Road Vehicles[R]. 2012.