左 志，王 濤，劉 鍇

（大連理工大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，遼寧大連116024）

新能源汽車購買行為及其環(huán)境影響效果研究

左 志，王 濤，劉 鍇

（大連理工大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，遼寧大連116024）

為了考量新能源汽車的推廣使用對(duì)環(huán)境的具體影響，對(duì)新能源汽車的購買行為和普及率進(jìn)行了研究，同時(shí)分析新能源汽車在優(yōu)惠政策條件下在實(shí)際路網(wǎng)中的環(huán)境影響。首先，對(duì)大連市居民進(jìn)行了意向問卷調(diào)查，建立描述家庭新能源汽車購買行為的模型；然后，應(yīng)用該模型對(duì)新能源汽車在大連市的普及率進(jìn)行分析；最后，在道路收費(fèi)優(yōu)惠政策條件下，考慮新能源汽車的普及率和出行頻率的變化，利用多用戶交通平衡分配模型進(jìn)行實(shí)例分析，探索新能源汽車在實(shí)際路網(wǎng)中的排放影響。結(jié)果表明，在低普及率情況下，新能源汽車的減排效果并不明顯，而在高普及率情況下，減排效果比較顯著。對(duì)于交通領(lǐng)域巨大的碳排放體量而言，低普及率帶來的碳排放量下降的累積效應(yīng)仍是非常可觀的。

新能源汽車；購買行為；多用戶交通分配；道路收費(fèi)；減排

emission reduction

0 引言

隨著私家車的普及，人們的生活變得愈加便利。然而由于人們對(duì)私家車的依賴與過度使用，造成諸如汽車尾氣污染和溫室效應(yīng)等一系列問題。同時(shí)，依賴私家車的工業(yè)化社會(huì)也面臨著未來石化能源枯竭的可能。為解決此類問題，低能耗、低環(huán)境負(fù)荷的生活方式以及環(huán)境友好的交通系統(tǒng)成為社會(huì)的發(fā)展目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好的交通系統(tǒng)，提高公交網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)水平是非常好的措施，但是由于環(huán)境、人口分布以及人本身意愿等因素的制約，在很多情況下該措施并不可行。

近年來，新能源汽車得到了世界各國的廣泛關(guān)注并成為未來綠色出行最為可能的交通方式。國內(nèi)外的專家學(xué)者對(duì)新能源汽車的推廣進(jìn)行了大量的研究：羅少文[1]研究了我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略；徐國虎等人[2]、譚慧[3]分別應(yīng)用主成分分析法和離散選擇模型對(duì)新能源汽車的購買決策影響因素和消費(fèi)者偏好進(jìn)行了探討；王穎等人[4]從感知風(fēng)險(xiǎn)和涉入程度角度入手，建立結(jié)構(gòu)方程模型對(duì)消費(fèi)者的購買意愿進(jìn)行了實(shí)證研究；孫小慧等人[5]對(duì)電動(dòng)汽車的補(bǔ)貼政策進(jìn)行了總結(jié)；方景瑞[6]對(duì)新能源汽車的能源和環(huán)境效益進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)；Steven J. Skerlos等人[7]討論了插電式混合動(dòng)力汽車補(bǔ)貼政策的社會(huì)效益，指出插電式混合動(dòng)力車的社會(huì)效益嚴(yán)重依賴于所使用的地區(qū)，同時(shí)給出影響效益規(guī)模的重要因素，其中包括燃油效率、排放及到充電網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性，另外汽車的行駛里程也是需要考慮的重要因素；Theo Lieven等人[8]通過對(duì)德國1 152名參與者的在線購車意向調(diào)查，利用多重一致性分析方法對(duì)費(fèi)用、實(shí)用性、可行駛里程、生活方式4大因素在8種不同車型和6種使用目的上的影響進(jìn)行分析，并提取費(fèi)用和可行駛里程作為核心因素計(jì)算出個(gè)人購買電動(dòng)汽車妨礙指數(shù)，預(yù)測(cè)了電動(dòng)汽車的市場(chǎng)潛力，結(jié)果表明約有5%的人是電動(dòng)汽車的潛在購買者；Sashank Musti等人[9]研究汽車保有量與汽車花費(fèi)及汽車技術(shù)之間的關(guān)系，研究采用微觀仿真的方法，利用家庭人口出生、死亡、結(jié)婚、離婚、遷入、遷出以及汽車選擇偏好模型和汽車報(bào)廢模型的綜合模型框架，對(duì)德克薩斯奧斯汀地區(qū)家庭車擁有情況利用4個(gè)腳本（基礎(chǔ)腳本、折扣與額外費(fèi)用腳本、高油價(jià)腳本和低價(jià)車腳本）進(jìn)行了25年模擬，結(jié)果顯示在對(duì)低能耗車輛給予折扣與對(duì)高能耗車輛征收額外費(fèi)用腳本取得了比較好的尾氣排放效果和經(jīng)濟(jì)效果。

上述研究多數(shù)集中在購買影響因素和政策制定方面，而對(duì)于環(huán)境的影響分析也偏向于宏觀，定量的研究尤其是對(duì)新能源汽車在路網(wǎng)內(nèi)的交通分配模型及環(huán)境影響的研究并不多見。因此，本文對(duì)新能源汽車替換普通汽車的可能性進(jìn)行了探索，同時(shí)考慮這種替換對(duì)新能源汽車的普及路網(wǎng)中尾氣排放的影響。本文對(duì)家庭購買新能源汽車的行為進(jìn)行了詳細(xì)的建模，進(jìn)而使用模型對(duì)大連市未來年份新能源汽車普及率進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。最后，假定新能源汽車在優(yōu)惠政策下，考慮其出行頻率以及普及率變化，利用普通汽車和新能源汽車共存的多用戶交通平衡分配模型，對(duì)城市道路交通的環(huán)境影響效果進(jìn)行分析。

1 新能源汽車購買意向調(diào)查

本文于2015年5月就新能源汽車購買意向進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查以網(wǎng)上問卷調(diào)查形式進(jìn)行，共回收有效問卷283份。問卷參考正交表設(shè)計(jì)，主要包括被調(diào)查人的屬性，家庭汽車保有量，普通汽車?yán)们闆r，新能源汽車預(yù)想特征如價(jià)格、最高速度、駕駛費(fèi)用、續(xù)航里程等必要的功能特征，另外還包括扶持措施諸如充電設(shè)施數(shù)目、購車補(bǔ)貼等。本次調(diào)查由于條件所限，并未考慮品牌因素。

根據(jù)調(diào)查的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，潛在購車者選擇新能源汽車特征值的均值如表1所示。

表1 新能源汽車特征均值

從表1中可以看出，大部分人對(duì)于新能源汽車的要求是價(jià)廉物美，價(jià)格上要跟普通燃油汽車類似，行駛費(fèi)用小，續(xù)航里程也不能過低。

2 新能源汽車購買意愿模型

2.1 購買意愿模型

對(duì)于新能源汽車的購買意愿主要是基于汽車本身的特征及消費(fèi)者的家庭基本屬性，該意愿可以用概率表示。假定概率變量服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，則支付意愿的對(duì)數(shù)值的誤差服從正態(tài)分布，可以用下列多變量回歸模型表示：

式中：ya,n(yc,n)是家庭n購買第一輛（第二輛及以上）新能源汽車的意愿概率；Va,n(Vc,n)是可觀測(cè)的效用部分，用合適的變量和未知的參數(shù)以線性效用函數(shù)表示。εa,n(εc,n)是均值為0、方差為σa2(σc2)的正態(tài)分布的誤差項(xiàng)。

未知參數(shù)可以用以下似然函數(shù)表示，并利用最大似然估計(jì)得到估計(jì)值：

式中：da,n(dc,n)是購車選擇的輔助變量，如果選擇購買則是1，否則為0；f(·)是正態(tài)概率密度函數(shù)；Xa,n(Xc,n)是解釋變量的向量；βa(βc)是待估計(jì)的參數(shù)向量。

家庭購買汽車時(shí)，根據(jù)支付意愿模型分布假定，買第一輛車（第二輛車以上）的概率可用以下的二項(xiàng)Probit模型計(jì)算：

這樣，得到了家庭n購買新能源汽車的概率，Φ(·)是標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的累積概率函數(shù)。對(duì)數(shù)似然函數(shù)公式用下式表示：

解釋變量包括家庭屬性以及前部分提到的新能源汽車的特征，利用公式（2）與公式（4）對(duì)通過調(diào)查得到的數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行估計(jì)。

2.2 模型參數(shù)估計(jì)

本文采用SAS統(tǒng)計(jì)軟件8.02中Logistic過程進(jìn)行Probit回歸分析，標(biāo)定了新能源汽車購買意愿模型的參數(shù)，結(jié)果如表2所示。

表2 購買意愿模型參數(shù)標(biāo)定

從表2可以看出，該模型的擬合優(yōu)度達(dá)到0.324，擬合效果較好。從系數(shù)的對(duì)比來看，家庭消費(fèi)者第二次購買汽車對(duì)于汽車的價(jià)格、補(bǔ)貼、性能等要求跟買第一輛汽車相比，相對(duì)要寬松一些，而對(duì)于第一次購車的用戶來說，對(duì)于汽車的性能價(jià)格等方面相對(duì)要求較高。大部分參數(shù)對(duì)應(yīng)的t值的絕對(duì)值均大于1.96，說明這些估計(jì)參數(shù)的置信程度較高。部分參數(shù)的t值不高，如第一次購車意愿模型中的家庭12歲以下人口數(shù)，這是由于購買第一輛車的家庭多數(shù)組建時(shí)間不長(zhǎng)，較少有生育情況，第二輛車購買意愿模型中的續(xù)航里程這一變量參數(shù)對(duì)應(yīng)的t值也小于1.96，此現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于這些家庭購買的第一輛車均為傳統(tǒng)汽油汽車，第二輛車多作為特定時(shí)期的替代選擇，對(duì)里程關(guān)注明顯下降。此外，Logsum是表示兩個(gè)模型之間的關(guān)系變量，反映了第一輛車購買新能源汽車對(duì)于第二輛車購買帶來的影響，該系數(shù)的t值只有1.3，置信程度較低，同時(shí)該系數(shù)絕對(duì)值只有0.015 8，說明第一輛車購買新能源汽車時(shí)對(duì)于第二輛車購買意愿的影響很小。綜合以上分析，從目前的新能源汽車的性能看，很明顯混合動(dòng)力型汽車更受消費(fèi)者青睞。

通過上述模型標(biāo)定，按照現(xiàn)有機(jī)動(dòng)車規(guī)模，對(duì)大連市主城區(qū)一個(gè)使用周期后（10年）的機(jī)動(dòng)車保有量進(jìn)行初步預(yù)測(cè)，得到的結(jié)果為新能源汽車約占機(jī)動(dòng)車總保有量的11%。

3 基于道路收費(fèi)政策的多類別用戶交通平衡分配模型

從動(dòng)力性能方面而言，新能源汽車和普通的燃油車屬于不同類型。我國已經(jīng)制定了多項(xiàng)購車補(bǔ)貼政策推動(dòng)新能源汽車的普及，而對(duì)于在鼓勵(lì)政策下新能源汽車在網(wǎng)絡(luò)中的走行以及環(huán)境影響模型，國內(nèi)外所做的研究并不多，已有的少量研究也僅局限于在較為簡(jiǎn)單的路網(wǎng)上[10]。因此，本文基于多類別用戶交通平衡分配模型，探索新能源汽車達(dá)到一定普及率時(shí)，在道路收費(fèi)優(yōu)惠政策下（非新能源汽車收費(fèi)，新能源汽車免費(fèi)），新能源汽車對(duì)于路網(wǎng)中的CO2排放的影響。該模型具體形式如下：

關(guān)于模型解法細(xì)節(jié)，請(qǐng)參考文獻(xiàn)[12]中的多類別用戶平衡問題章節(jié)，現(xiàn)簡(jiǎn)要介紹如下：

Step 1：路段花費(fèi)時(shí)間的更新，路段上所有類別交通量進(jìn)行加和，，計(jì)算路段上花費(fèi)的時(shí)間，對(duì)于普通燃油汽車阻抗仍需要計(jì)算道路收費(fèi)換算得到的時(shí)間。

Step 3：利用下降方向的步長(zhǎng)ζ(n)計(jì)算更新的流量：

這里，解出步長(zhǎng)ζ(n)需要對(duì)下列函數(shù)進(jìn)行非線性一維搜索求最小值，常用的方法有二分法和黃金分割法，本文采用的是黃金分割法：

Step 4：更新可行解，將前一步驟得出的步長(zhǎng)代入公式（6），求出更新的可行解。

Step 5：收斂判斷，如果不滿足收斂條件，則n=n+1，返回Step 1；如果滿足收斂條件，計(jì)算終止，輸出分類的路段交通流量解。

通常關(guān)于機(jī)動(dòng)車排放的研究多是基于工況軟件如Mobile,MOVES,Emfac,Ive,Cmem,Copert等，但這些軟件無法與上述交通分配的結(jié)果聯(lián)系到一起。因此，為利用分配結(jié)果得到的速度參數(shù)和交通量參數(shù)，某一路段單個(gè)汽車的排放用以下公式計(jì)算[13]：

式中：EF為單位車輛行駛每公里CO2排出量（g）；va為路段a上車輛的平均速度（km/h）；la為路段a的長(zhǎng)度；ta為公式（5）解得的路段a的通行時(shí)間。

以某城市路網(wǎng)為例，該路網(wǎng)共有單向路段2 195條，在城市中心區(qū)域粗線范圍內(nèi)設(shè)置擁堵收費(fèi)區(qū)域，如圖1所示。收費(fèi)規(guī)則如下：普通燃油汽車進(jìn)入收費(fèi)區(qū)域?qū)⒈籈TC設(shè)備自動(dòng)收費(fèi)，新能源汽車則不收費(fèi)，擁堵收費(fèi)水平為10元。最后，運(yùn)用基于道路收費(fèi)政策的多類別用戶交通平衡分配模型求得不同條件下路網(wǎng)車輛總體CO2排放量，得到如表3所示的結(jié)果。

圖1 城市路網(wǎng)及收費(fèi)區(qū)域示意圖

表3 CO2排放變化率（%）

從表3中可以看出，無論收費(fèi)與否，新能源汽車的普及率增加會(huì)導(dǎo)致道路網(wǎng)的CO2排放減少。而在出行頻率增加的情況下，CO2的排放量減少程度會(huì)有所降低，這是由于出行頻率的增加變相增加了路網(wǎng)中擁堵，降低了機(jī)動(dòng)車走行速度，從而導(dǎo)致減排效果漸弱。而在有收費(fèi)的情況下，非新能源汽車會(huì)繞路，導(dǎo)致減排效果降低；同樣情況下，無道路收費(fèi)情況反而收到了更好的減排效果。但是，該計(jì)算結(jié)果是在非新能源汽車在收費(fèi)情況下不減少出行頻率的假設(shè)下得出的，實(shí)際上在收費(fèi)情況下，非新能源汽車的出行頻率降低，計(jì)算結(jié)果會(huì)有所變化。此外，根據(jù)我國歷年的統(tǒng)計(jì)年鑒顯示，交通運(yùn)輸、倉儲(chǔ)和郵政業(yè)約占石油消費(fèi)碳排放量的20%，可見即便是新能源汽車的少量普及對(duì)于我國減少碳排放的作用也是十分可觀的。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)大連市新能源汽車潛在購車者進(jìn)行SP問卷調(diào)查，得出了新能源汽車購買意向模型，并估計(jì)模型參數(shù)，對(duì)新能源汽車的可能替換率進(jìn)行預(yù)測(cè)。在對(duì)新能源汽車與傳統(tǒng)燃油汽車性能分析的基礎(chǔ)上，本文利用多用戶交通平衡分配模型，定量分析不同普及率和在優(yōu)惠的道路收費(fèi)政策下新能源汽車出行頻率增加對(duì)道路網(wǎng)絡(luò)CO2排放的影響，補(bǔ)充了該方向上定量研究的不足。

由于本文的調(diào)查是采用網(wǎng)上問卷的形式，在模型上會(huì)有一定的偏差，未來的研究需要在樣本選取上進(jìn)行一定的修正。同時(shí)，由于多用戶交通平衡分配模型屬于固定需求的分配模型，還不能反映在收費(fèi)情況下一些燃油汽車的退出和方式變更行為，在未來的研究中，變需求的多用戶平衡分配模型應(yīng)是較好的研究方向。

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Purchase Behavior ofAlternative Fuel Vehicle and Its Environmental Impact Effect

ZUO Zhi,WANG Tao,LIU Kai
(School of Transportation&Logistics,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China)

In order to consider the specific impact of the use of alternative fuel vehicles on the environment,the purchase behavior and penetration ratio of alternative fuel vehicle(AFV)were studied and the environmental impact of AFV in the real network under preferential policy was analyzed.Firstly,a questionnaire survey was carried out in Dalian city,and models which depict household purchase behavior based on the questionnaire data were established.Then,the penetration rate of AFV in Dalian city was analyzed by applying the established models.Finally,under road preferential pricing policy,by conducting multi-class traffic assignment calculation which considered the change of penetration ratio and trip frequency of AFV,the impact of AFV on emissions in the real road network was explored.The results show that,the emission reduction effect of AFV is not obvious in the case of low penetration ratio while this effect is remarkable in the case of high penetration ratio.However,the cumulative effect of low carbon emissions which the low penetration rate of AFV brings is still very considerable for the huge amount of carbon emissions in the transport field.

alternative fuel vehicle;purchase behavior;multi-class traffic assignment;road pricing;

U491

A

2095-9931（2015）06-0040-05

10.16503/j.cnki.2095-9931.2015.06.007

2015-11-24

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51278087）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51378091）；遼寧省教育廳科學(xué)研究一般項(xiàng)目（L2012026）

左志（1980—），男，遼寧大連人，講師，工學(xué)博士，研究方向?yàn)榻煌ㄒ?guī)劃、交通需求管理。E-mail:zuozhi@dlut.edu.cn。