郝瀚 陳康達 劉宗巍 趙福全

（清華大學，汽車產(chǎn)業(yè)與技術(shù)戰(zhàn)略研究院 汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室，北京 100084）

1 前言

2000年以來，中國汽車市場一直呈現(xiàn)中高速增長態(tài)勢，2001~2010年平均增速約為25%，2011~2016年平均增速約為8%[1]。從產(chǎn)業(yè)規(guī)模來看，2016年中國汽車產(chǎn)銷分別為2 811.9萬輛和2 802.8萬輛，同比增長14.5%和13.7%，自2013年以來連續(xù)4年超過2 000萬輛，連續(xù)8年穩(wěn)居世界第一[2]。同時，截至2016年底，中國機動車保有量達2.9億輛，其中汽車保有量為1.94億輛，平均千人汽車保有量突破140輛[3]。

但快速發(fā)展的同時，中國也面臨著嚴峻的能源和環(huán)境問題。中國原油對外依存度從2009年就已經(jīng)超過50%的國際安全警戒線，2011年首次超過美國達到55.2%，2015年達到60.6%，首次超過60%，而2016年則高達65.4%，遠超國際安全警戒線[4]。同時，受汽車市場爆發(fā)的影響，中國從2006年就已經(jīng)取代美國成為世界第一大CO2排放國，全球27.6%的CO2排放來自中國[5]。2015年，在巴黎氣候峰會上，中國也再次提出了2030年單位GDP的CO2排放量比2005年下降60%~65%的目標[6]。

為降低汽車行業(yè)燃油消耗水平，中國政府在2005~2015年分別實施完成了3個階段的乘用車燃料消耗量標準，并于2016年1月1日起正式實施《乘用車燃油消耗量限值》第四階段標準，進一步嚴格了汽車單車限值和目標值要求，根據(jù)第四階段標準，將于2020年達到5.0 L/100km的平均燃油消耗量目標[7]，推動我國先進節(jié)能技術(shù)發(fā)展和應用，持續(xù)降低乘用車燃料消耗量。但根據(jù)工信部最新發(fā)布的《2016年度乘用車企業(yè)平均燃料消耗量情況》，2016年中國市場乘用車企業(yè)油耗為6.56 L/100 km，距2020年5.0 L/100 km油耗的目標還有較大差距[8]，企業(yè)為滿足未來不斷嚴格的油耗法規(guī)，也面臨著巨大壓力。

在此背景下，辨明未來技術(shù)發(fā)展趨勢，科學評價技術(shù)的應用前景，前瞻性地制定適用于當下和中長期的節(jié)能技術(shù)路線，對于縮小中國與發(fā)達國家的技術(shù)差距、保證國家能源及環(huán)境安全，以及引導企業(yè)制定達標技術(shù)策略具有重要的戰(zhàn)略意義。

美國作為曾經(jīng)世界上最大的汽車市場，過去多年來一直引領著全球法規(guī)標準和先進汽車技術(shù)的發(fā)展趨勢，其法規(guī)制定、技術(shù)趨勢和達標路徑對于中國具有重要借鑒意義[9-10]。

本文根據(jù)《美國輕型車溫室氣體排放及燃油經(jīng)濟性法規(guī)中期評估報告》[11]的基礎數(shù)據(jù)，對2030年前美國市場上主流汽車制造商（OEM）為實現(xiàn)法規(guī)達標將采取的節(jié)能與新能源技術(shù)路線及達標成本進行了深入挖掘和對比分析，并對行業(yè)整體技術(shù)路線進行了綜合評估，對美國法規(guī)及節(jié)能技術(shù)發(fā)展趨勢進行解讀，以期為中國中長期節(jié)能與新能源技術(shù)發(fā)展提供借鑒。

2 方法論及數(shù)據(jù)

Volpe作為美國國家高速公路交通安全管理局（National Highway Traffic Safety Administration,NHTSA）制定和評估美國公司平均燃料經(jīng)濟性（Corporate Average Fuel Economy,CAFE）法規(guī)的核心模型，其主要思路是對給定法規(guī)標準下市場上主要汽車企業(yè)的決策進行仿真，如采用何種技術(shù)路線、是否接受罰款等，并對決策所產(chǎn)生的燃油消耗、技術(shù)滲透率、排放等影響進行預測。模型主要以技術(shù)數(shù)據(jù)、市場數(shù)據(jù)、車隊參數(shù)數(shù)據(jù)、情景參數(shù)數(shù)據(jù)等幾大數(shù)據(jù)庫為基礎輸入，以整個市場為框架，對每個主流OEM以最低成本滿足法規(guī)為目標進行戰(zhàn)略決策優(yōu)化，最終得到主流OEM各階段技術(shù)路線，以及系統(tǒng)的技術(shù)可行性及成本評估。所以本文所分析的數(shù)據(jù)均為Volpe仿真模型下的最優(yōu)達標技術(shù)路線，可以反映出美國法規(guī)下的技術(shù)導向和趨勢，但需要說明的是，企業(yè)并不一定嚴格采取此技術(shù)路線。模型整體框架如圖1所示。

圖1 美國Volpe模型整體框架

模型所評估的先進節(jié)油技術(shù)可分為發(fā)動機技術(shù)、變速器技術(shù)、電動化技術(shù)、整車技術(shù)4類，共覆蓋增壓、汽油缸內(nèi)直噴（Gasoline Direct Injection,GDI）、連續(xù)可變氣門正時（Variable Valve Timing,VVT）、先進柴油機等29項發(fā)動機技術(shù)，輕量化、減摩擦、減阻等11項整車技術(shù)，以及目前市場上所有變速器結(jié)構(gòu)和從起停、起動發(fā)電一體機（Integrated Starter Generator,ISG）、混合動力汽車（Hybrid Electric Vehicle,HEV）、插電式混合動力汽車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV）、純電動汽車（Battery Electric Vehicle,BEV）到燃料電池汽車（Fuel Cell Vehicle,FCV）等主要電動化技術(shù)。對每一個企業(yè)，模型首先判斷其銷量、價格、產(chǎn)品平臺、技術(shù)基準等車隊初始參數(shù)，再基于企業(yè)基礎通過技術(shù)決策樹的方法對每一類技術(shù)路徑依次進行選擇和應用，直到企業(yè)滿足法規(guī)標準。對于愿意接受罰款的企業(yè)，當接受的罰款低于增加技術(shù)應用所帶來的成本時，模型將停止技術(shù)應用并選擇接受罰款[11]。

模型所需技術(shù)效果、成本數(shù)據(jù)主要來源于技術(shù)仿真軟件和硬件拆解試驗，此外，美國環(huán)境保護署（Environ?mental Protection Agency,EPA）和NHTSA對來自聯(lián)邦及各地政府、非政府環(huán)保機構(gòu)及消費者團體、第三方智庫等的大量技術(shù)文獻進行了搜集、整理和研究，并與整車企業(yè)和主要供應商進行一對一訪談，對研究成果、企業(yè)戰(zhàn)略等進行詳細交流，最終對數(shù)據(jù)進行整合和綜合評估。因此，數(shù)據(jù)更加客觀，也更能真實反映先進技術(shù)的節(jié)油效果、成本及節(jié)油潛力。

本文基于EPA報告數(shù)據(jù)，分行業(yè)整體、三大車系、典型企業(yè)3個層次，進一步從關鍵技術(shù)滲透率、整體節(jié)油貢獻率、達標成本及策略等幾個角度對美國2030年前主流OEM節(jié)油技術(shù)路線進行了建模計算和對比。

3 美國主流OEM節(jié)能技術(shù)路線預測及行業(yè)整體評估

3.1 發(fā)動機關鍵技術(shù)滲透率

3.1.1 VVT技術(shù)

VVT技術(shù)作為復雜性較低的技術(shù)，可帶來2.1%~5.5%的節(jié)油率[12]，幾乎所有汽車企業(yè)未來都將持續(xù)導入。VVT技術(shù)當前已經(jīng)具有較高的技術(shù)滲透率，2030年前，豐田、本田、現(xiàn)代起亞、寶馬、福特等企業(yè)都將達到接近100%的滲透率，如圖2所示。

3.1.2 渦輪增壓小型化技術(shù)

汽油機一直存在兩條主流技術(shù)路線：以日本豐田、韓國現(xiàn)代為代表的自然吸氣發(fā)動機和以德國大眾、寶馬為代表的渦輪增壓直噴發(fā)動機。自然吸氣發(fā)動機技術(shù)相對成熟，峰值有效熱效率在40%左右，且與增壓直噴發(fā)動機相比成本較低，但其升功率低，發(fā)動機整機動力性和強化程度低于渦輪增壓直噴發(fā)動機。與自然吸氣發(fā)動機相比，渦輪增壓直噴發(fā)動機峰值有效熱效率略低，且成本高，但其具有較高的升功率，動力性能強且結(jié)構(gòu)緊湊，可有效實現(xiàn)輕量化[13-14]。

圖2 VVT技術(shù)滲透率

渦輪增壓小型化技術(shù)（Turbochargingand Downsizing）作為重要的發(fā)動機節(jié)油技術(shù)，EPA評估其在中型車上節(jié)油率可達到11%~17%[12]，美國國家研究委員會（National Research Council，NRC）評估其節(jié)油率可達到9%~12%[15]，如圖3所示。2015年美國市場渦輪增壓小型化技術(shù)滲透率約為17%，其中主要為歐系產(chǎn)品。如前文所述，增壓直噴技術(shù)作為歐系車企的核心技術(shù)，保持著相當高的技術(shù)滲透率，寶馬2015年增壓小型化技術(shù)滲透率甚至達到96%。以福特和通用為代表的美系品牌則同時兼顧渦輪增壓和自然吸氣兩條技術(shù)路線，分別有33%和21%的產(chǎn)品應用渦輪增壓技術(shù)。而日系品牌當前則普遍選擇自然吸氣技術(shù)路線，極少應用渦輪增壓技術(shù)。

圖3 渦輪增壓小型化技術(shù)滲透率

未來，以本田為代表的大量日系企業(yè)在堅持自然吸氣式發(fā)動機技術(shù)路線的同時，將逐步推出增壓直噴技術(shù)，利用后發(fā)優(yōu)勢實現(xiàn)技術(shù)升級進化，在傳統(tǒng)燃油車領域與歐洲路線趨于融合，2030年，豐田、本田、日產(chǎn)等企業(yè)渦輪增壓技術(shù)滲透率均將達到20%左右。

目前保持較高渦輪增壓技術(shù)應用的歐美車企，未來技術(shù)滲透率將持續(xù)下降，產(chǎn)生這一轉(zhuǎn)變的主要原因是歐美品牌產(chǎn)品以大型、豪華型轎車為主，車型平均尺寸普遍大于日系品牌產(chǎn)品或以追求更好的動力性為主要目標，當前，歐美品牌，尤其是歐系品牌已經(jīng)大量應用增壓直噴技術(shù)，2021年即將把增壓直噴技術(shù)應用到極致，之后再進行技術(shù)升級將面臨巨大的成本增加，因此2022年開始，歐美企業(yè)將普遍轉(zhuǎn)向混合動力技術(shù)以實現(xiàn)車型達標，這一技術(shù)趨勢也將在后文電動化技術(shù)路線分析中得以驗證。

3.1.3 汽油缸內(nèi)直噴技術(shù)

汽油缸內(nèi)直噴（Gasoline Direct Injection,GDI）技術(shù)作為發(fā)動機關鍵節(jié)油技術(shù)之一，與增壓技術(shù)結(jié)合可將壓縮比提高0.5~1.5，并可減輕渦輪增壓的敲缸問題，因此，GDI技術(shù)在渦輪增壓發(fā)動機中普遍采用[11]。自然吸氣式汽油機過去多采用進氣道噴射（PFI）方式，而近年來隨著GDI技術(shù)在自然吸氣式發(fā)動機上不斷成熟，采用GDI技術(shù)實現(xiàn)進一步節(jié)油的自然吸氣式發(fā)動機也越來越多。

2015年，美國市場GDI技術(shù)滲透率在45%左右，其中，以渦輪增壓直噴技術(shù)路線為主的歐系品牌普遍具有較高GDI技術(shù)滲透率，以自然吸氣發(fā)動機為主的豐田、日產(chǎn)等日系品牌GDI技術(shù)滲透率較低，現(xiàn)代、馬自達、本田等則憑借率先將缸內(nèi)直噴技術(shù)成熟應用于自然吸氣發(fā)動機，具有較高的GDI技術(shù)滲透率。同時兼顧渦輪增壓直噴和自然吸氣缸內(nèi)直噴技術(shù)路線的美系企業(yè)同樣具有70%左右的高滲透率，如圖4所示。

圖4 GDI技術(shù)滲透率

未來，GDI技術(shù)憑借廣泛的適用性，在美國市場的平均滲透率將不斷提高，2030年將達到69%。日系企業(yè)GDI技術(shù)滲透率未來將大幅度提高，日產(chǎn)甚至將從2015年3%的技術(shù)滲透率上升到2030年的93%。這一方面得益于GDI技術(shù)在自然吸氣式發(fā)動機上的不斷應用，另一方面，大量日系企業(yè)也在逐步推出渦輪增壓直噴發(fā)動機，利用后發(fā)優(yōu)勢實現(xiàn)技術(shù)升級進化。

同渦輪增壓技術(shù)趨勢類似，目前保持較高GDI技術(shù)應用的歐系車企，未來GDI技術(shù)滲透率將普遍下降，大眾、寶馬、奔馳均將發(fā)生這一技術(shù)趨勢轉(zhuǎn)變，奔馳GDI技術(shù)滲透率更是將從2015年的94%下降到19%。與渦輪增壓技術(shù)相同，2021年即將把增壓直噴技術(shù)應用到極致，之后再進行技術(shù)升級將面臨巨大的成本壓力。而美系品牌憑借在自然吸氣技術(shù)路線上的儲備，2022年之后GDI技術(shù)滲透率下降幅度將遠小于歐系品牌。

3.1.4 先進柴油機技術(shù)

柴油機與汽油機相比具有更高的熱效率，先進柴油機技術(shù)可實現(xiàn)20%~30%的節(jié)油率[12]，但同時排放問題也是制約柴油機發(fā)展的致命缺陷，需要采用大量高成本的后處理技術(shù)以實現(xiàn)排放達標[16]。當前美國市場上柴油機技術(shù)滲透率較低，只有大眾在以相對高的比例投入先進柴油機技術(shù)，技術(shù)滲透率達到15%，但仍會隨時間下降，如圖5所示。

圖5 先進柴油機技術(shù)滲透率

3.2 變速器技術(shù)滲透率

3.2.1 日韓品牌變速器技術(shù)

日韓品牌變速器技術(shù)發(fā)展路徑可分為兩類，一類是以AT作為核心技術(shù)發(fā)展，例如豐田、現(xiàn)代等；另一類是以CVT技術(shù)為主持續(xù)推進，本田、日產(chǎn)、三菱、斯巴魯?shù)却罅咳障灯放七x擇此類技術(shù)路線。

未來，豐田、現(xiàn)代等將逐漸淘汰5AT，同時，6AT將不斷向8AT轉(zhuǎn)換。2030年，豐田將有接近60%的汽車搭載8AT，而CVT滲透率一直保持在16%左右。本田等則將繼續(xù)以發(fā)展CVT技術(shù)為主，同時輔以20%左右的AT。與豐田類似，5AT將逐漸被淘汰，2021年后6AT將不斷向8AT轉(zhuǎn)換。

3.2.2 歐系品牌變速器技術(shù)

歐系品牌變速器技術(shù)發(fā)展路徑也分為兩類，一類聚焦于DCT技術(shù)發(fā)展，以大眾為主要代表，另一類則以發(fā)展AT技術(shù)為主，除大眾以外的其他歐系企業(yè)，如寶馬、奔馳、菲亞特、捷豹路虎、沃爾沃等均選擇此技術(shù)路線。

作為DCT的主要推動者，2015年大眾變速器產(chǎn)品中DCT占據(jù)90%的比例。2021年之后，由于混合動力技術(shù)不斷被導入，歐系品牌傳統(tǒng)燃油車的比例普遍快速下降。大眾DCT技術(shù)滲透率也將隨之下降到2030年的49%，寶馬將剩34%的8AT和16%的DCT。

3.2.3 美系品牌變速器技術(shù)

美系品牌主要以福特和通用為主，兩大企業(yè)核心技術(shù)路線相似，都以發(fā)展AT為主。2015年福特公司有64%的汽車產(chǎn)品搭載6AT，未來6AT向8AT轉(zhuǎn)換的趨勢明顯，2030年，福特所有傳統(tǒng)燃油車都將搭載8AT。通用公司當前主要以6AT為主，技術(shù)滲透率達到92%，同時有少量8AT和CVT，未來6AT將迅速向8AT轉(zhuǎn)換，并在2030年實現(xiàn)6AT全部被8AT替代。

同時，由于電動化技術(shù)的沖擊，未來美系品牌傳統(tǒng)變速器份額也將呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢。

3.2.4 行業(yè)整體技術(shù)滲透率

從美國市場行業(yè)整體來看，目前占據(jù)市場主流的6AT未來向8AT轉(zhuǎn)換的趨勢明顯，并且2030年8AT將占據(jù)近一半市場，6AT將在2030年左右被徹底淘汰。由于大量日系品牌的持續(xù)推動，美國市場CVT技術(shù)滲透率將保持在21%左右。而大眾主推的DCT技術(shù)將占5%左右市場份額。

綜合來看，混合動力及新能源汽車技術(shù)對自動變速器搭載率有一定沖擊，自動變速器技術(shù)滲透率將從2015年的90%逐漸下降到2030年的71%，但自動變速器仍將有巨大的市場，如圖6所示。

3.3 電動化技術(shù)滲透率

3.3.1 日韓品牌電動化技術(shù)

日韓企業(yè)產(chǎn)品一直保持高燃油經(jīng)濟性，在傳統(tǒng)燃油車法規(guī)達標上處于領先。未來將持續(xù)導入起停技術(shù)，并借助起停、ISG及少量強混滿足法規(guī)。具體到每個企業(yè)，未來達標技術(shù)路線各有側(cè)重。豐田目前主要借助強混實現(xiàn)法規(guī)達標，未來在強混基礎上導入少量起停技術(shù)將能以最低的成本滿足2030年法規(guī)。本田等企業(yè)則可能選擇大力導入起停技術(shù)以實現(xiàn)達標?？傮w而言，日韓品牌僅依靠較低電動化水平就可以滿足2030年法規(guī)。

圖6 行業(yè)整體變速器技術(shù)滲透率

3.3.2 歐系品牌電動化技術(shù)

歐系企業(yè)電動化技術(shù)發(fā)展路徑與日系企業(yè)呈現(xiàn)出較大不同，由于歐系品牌產(chǎn)品以豪華型轎車為主，已經(jīng)搭載的大量先進節(jié)油技術(shù)潛力即將被挖掘到極致，傳統(tǒng)燃油車達標壓力將不斷增大，未來為滿足法規(guī)必須大量導入ISG和強混技術(shù)。以大眾和寶馬為典型企業(yè)進行分析：

大眾2021年之前主要依靠繼續(xù)挖掘增壓直噴等技術(shù)的節(jié)油潛力，同時發(fā)展8%左右的起停技術(shù)可滿足法規(guī)，2021年轉(zhuǎn)而以ISG和強混為主要方向大力發(fā)展混合動力技術(shù)，并在2030年分別實現(xiàn)ISG和強混45%和44%的技術(shù)滲透率。

與大眾類似，寶馬、奔馳、捷豹路虎等豪華車品牌在2021年之前仍可憑借對增壓直噴技術(shù)節(jié)油潛力的挖掘，加上大面積搭載起停技術(shù)實現(xiàn)達標，2021年之后將同樣面臨傳統(tǒng)燃油車技術(shù)升級成本過高的壓力，轉(zhuǎn)而快速發(fā)展更深層次的混合動力技術(shù)，2021年開始，寶馬的最佳達標技術(shù)路線是快速應用ISG和強混替代起停技術(shù)，最終在2030年以33%的ISG和57%的強混技術(shù)實現(xiàn)法規(guī)達標。

3.3.3 美系品牌電動化技術(shù)

美系企業(yè)電動化技術(shù)路線與歐系企業(yè)總體相似，都將大量導入ISG和強混技術(shù)以滿足未來法規(guī)，同時，美系品牌將發(fā)展少量PHEV。福特和通用在起停技術(shù)發(fā)展比例上存在一定差異，在混合動力技術(shù)發(fā)展上福特以ISG和強混為主，2021年前發(fā)展少量起停技術(shù)。通用當前已經(jīng)有18%的起停技術(shù)應用，近期（2021年前）將大力發(fā)展起停和ISG技術(shù)，遠期（2021~2030年）隨著法規(guī)不斷加嚴，將大力發(fā)展ISG和強混技術(shù)。

3.3.4 行業(yè)整體技術(shù)滲透率

從美國市場行業(yè)整體來看，未來ISG將成為眾多OEM法規(guī)達標選擇的對象。同時，雖然對于各大OEM來說，以最小成本達標側(cè)重的技術(shù)各不相同，但從行業(yè)整體來看，隨著法規(guī)的不斷加嚴，起停、ISG和強混3種不同程度的混合動力技術(shù)將并進發(fā)展，2030年三者技術(shù)滲透率分別達到29%、24%和22%。同時，2021~2030年僅分別有1%左右的PHEV和BEV產(chǎn)品導入市場。2030年以前，企業(yè)并不需要FCV即可達到法規(guī)要求。

綜合各大OEM技術(shù)發(fā)展路線，日韓系品牌僅依靠較低電動化水平即可滿足2030年法規(guī)，歐系和美系品牌為滿足法規(guī)則必須大量導入ISG和強混技術(shù)。2030年前，PHEV和BEV市場滲透率較低，僅部分OEM有少量發(fā)展，而FCV在2030年前市場滲透率基本為零，如圖7所示。

圖7 行業(yè)整體電動化技術(shù)滲透率

3.4 整車關鍵技術(shù)滲透率

3.4.1 輕量化技術(shù)

輕量化技術(shù)（Mass Reduction）作為重要整車技術(shù)，具有極大的節(jié)油潛力。美國EPA和NHTSA根據(jù)所實現(xiàn)的減重效果將輕量化技術(shù)分為不同等級，本文評估了MR7.5、MR10、MR15、MR20共4種等級的輕量化技術(shù)。其中，MR7.5代表輕量化7.5%，主要為車身以外，如線束、裝飾、儀表板等的材料初步替代技術(shù)；MR10主要是采用高強度鋼車身和鋁覆蓋件；MR15主要采用鋁車身及鋁覆蓋件；MR20主要采用鋁車身、鎂和復合材料組件、復合材料發(fā)動機罩等。

圖8所示為對豐田、大眾、通用3家企業(yè)輕量化技術(shù)路線的預測，可以看出，未來 MR7.5技術(shù)將快速發(fā)展，2030年左右將基本覆蓋所有車型，2030年之前MR7.5以上的輕量化技術(shù)發(fā)展相對有限。

圖8 豐田、大眾、通用輕量化技術(shù)滲透率

3.4.2 空氣動力學技術(shù)

綜合來看，空氣動力學技術(shù)（Aerodynamic，AERO）節(jié)油潛力為2%~5%，且所需成本較低，空氣阻力降低10%（AERO10）單車成本約為200元，降低20%（AERO20）單車成本約為880元[15]，具有較好的成本有效性。

行業(yè)整體空氣動力學技術(shù)現(xiàn)狀和趨勢預測見圖9，雖然當前空氣動力學技術(shù)滲透率不高，但未來隨著法規(guī)越來越嚴格，幾乎所有企業(yè)都將大力導入空氣動力學技術(shù)。行業(yè)整體技術(shù)滲透率在2021年將達到86%，到2030年幾乎所有車型都將應用不同層級空氣動力學技術(shù)。

3.4.3 低滾阻技術(shù)

綜合來看，低滾阻技術(shù)（Low Roll Resistance，ROLL）節(jié)油潛力為2%~4%，滾阻降低10%（ROLL10）單車成本約為35元，滾阻降低20%（ROLL20）單車成本約為240元[15]，同樣具有較高成本有效性，但需綜合考慮油耗、磨損和制動效果的平衡，有一定技術(shù)難度。

行業(yè)整體低滾阻技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢預測見圖9，與空氣動力學技術(shù)相似，雖然當前美國市場上幾乎沒有企業(yè)采用低滾阻技術(shù)，但未來隨著法規(guī)加嚴，幾乎所有企業(yè)都將大力導入空氣動力學技術(shù)，行業(yè)整體技術(shù)滲透率將在2021年接近100%。

3.5 行業(yè)整體技術(shù)路線綜合評估

3.5.1 行業(yè)整體達標技術(shù)路線

由圖9可以看出，當前整體滲透率較高的是VVT、GDI、6AT等技術(shù)，且29項先進節(jié)油技術(shù)中只有VVT和6AT技術(shù)滲透率超過50%，其他先進節(jié)油技術(shù)還未被大量導入。

隨著法規(guī)的不斷加嚴，VVL、GDI、停缸、冷卻EGR、8AT及整車技術(shù)將迎來快速發(fā)展，尤其是MR7.5、AERO、ROLL等整車技術(shù)將出現(xiàn)大幅增長。同時，2021年之前依靠發(fā)動機、變速器及整車技術(shù)等傳統(tǒng)節(jié)能技術(shù)，搭配少量混合動力技術(shù)即可實現(xiàn)達標，起停、ISG、強混3種混合動力技術(shù)滲透率分別達到10%左右。

到2030年，幾乎所有車型都將搭載VVT、AERO20、ROLL20技術(shù)，VVL、GDI、MR7.5技術(shù)滲透率也將分別達到62%、69%、80%。TURBO2（2級增壓技術(shù)，BMEP為2.4 MPa）將不斷替換TURBO1（1級增壓技術(shù)，BMEP為1.8 MPa）。同時，2030年停缸和冷卻EGR技術(shù)滲透率將分別達到22%和29%。8AT將成為未來市場主力，幾乎完全替代5AT和6AT，實現(xiàn)44%的滲透率，CVT技術(shù)滲透率則將穩(wěn)定在21%左右?？傮w來看，2030年法規(guī)達標需大力挖掘發(fā)動機、變速器、整車節(jié)油技術(shù)潛力，同時發(fā)展30%左右起停技術(shù)、25%左右ISG和20%左右強混技術(shù)。2030年之前只需微量PHEV和BEV，不需要FCV即可實現(xiàn)達標。

圖9 行業(yè)整體技術(shù)滲透率

3.5.2 技術(shù)整體節(jié)油貢獻率預測

行業(yè)整體以及豐田、大眾、通用3家典型企業(yè)的節(jié)油貢獻率如圖10所示，可以看出發(fā)動機、變速器、電動化、整車技術(shù)將分別為2021年法規(guī)達標貢獻37.3%、15.1%、21.2%、26.4%的節(jié)油率。2030年發(fā)動機和變速器節(jié)油貢獻率有所下降，電動化及整車技術(shù)貢獻率逐步上升，尤其是整車技術(shù)將從2021年的26.4%上升到31.9%。2030年之前法規(guī)達標路徑中發(fā)動機和整車技術(shù)仍將是重中之重，電動化技術(shù)節(jié)油貢獻率將逐步接近發(fā)動機和整車技術(shù)。

圖10 技術(shù)節(jié)油貢獻率

3.5.3 企業(yè)達標成本及戰(zhàn)略決策

圖11對2025年企業(yè)單位節(jié)油率技術(shù)成本增量和企業(yè)單車達標總成本增量（以2015年為基準）進行了預測，其中,達標總成本包括技術(shù)成本、積分交易或罰款成本?？梢钥闯?，未來歐美企業(yè)達標所需技術(shù)成本和總成本都普遍高于日系企業(yè)，這也意味著歐美企業(yè)未來技術(shù)升級成本壓力將不斷變大。豐田是所有OEM中單位節(jié)油率提升所需技術(shù)成本增量最低的，也是將技術(shù)成本有效性挖掘最好的企業(yè)。綜合來看，2025年行業(yè)整體燃油經(jīng)濟性每提升1%，所需增加的技術(shù)成本為77美元。相比2015年，行業(yè)平均單車達標總成本增量為2 070美元，平均年增加成本為207美元。

圖11 2025年企業(yè)單位節(jié)油率技術(shù)成本增量及單車達標總成本

美國2017~2025年輕型車燃油經(jīng)濟性法規(guī)所確定的標準年改善率為4%[17]，2025年之后的法規(guī)還未頒布?？紤]到積分后向轉(zhuǎn)結(jié)、產(chǎn)品開發(fā)周期等因素，部分企業(yè)在2025年之后還需要幾年燃油經(jīng)濟性才能達到2025年法規(guī)標準水平，所以模型將2030年法規(guī)標準設定為與2025年水平一致，以分析樂觀情景下企業(yè)達標情況。

綜合分析可知，日韓企業(yè)在法規(guī)達標上始終處于領先，2015年本田、馬自達、三菱、日產(chǎn)、豐田等企業(yè)展現(xiàn)出較大的達標優(yōu)勢。未來，日韓企業(yè)始終可以滿足美國CAFE法規(guī)而不被罰款。美系企業(yè)現(xiàn)階段達標情況不容樂觀，而未來將大力發(fā)展節(jié)油技術(shù)以實現(xiàn)達標。

以豪華車型為主的歐系企業(yè)則始終在“水位線”以下。根據(jù)EPA和NHTSA與各大OEM的一對一調(diào)研，在技術(shù)升級成本和罰款的權(quán)衡問題上，歐系品牌表示在沒有達到法規(guī)標準的情況下愿意接受罰款，而日韓及美系企業(yè)則表示不愿接受罰款，將通過技術(shù)升級實現(xiàn)達標。限于過高的技術(shù)升級成本，歐系品牌目前及未來很長一段時間將采取的策略是即使被罰款，但依靠盈利較強的豪華車仍可換來較大收益。目前美國法規(guī)已經(jīng)將罰款額度從$129/（km·L-1）上調(diào)至$329/（km·L-1），未來若進一步上調(diào)罰款力度，歐系企業(yè)的技術(shù)策略可能會出現(xiàn)巨大變化。

4 總結(jié)

4.1 美國節(jié)能與新能源技術(shù)發(fā)展趨勢

4.1.1 節(jié)能技術(shù)發(fā)展

未來美國CAFE法規(guī)將持續(xù)促進各大企業(yè)對先進節(jié)能技術(shù)潛力的挖掘。在動力總成方面，除了VVT、VVL、GDI等發(fā)動機技術(shù)將被幾乎所有美國市場上的企業(yè)大力導入之外，各大OEM根據(jù)派系不同，將呈現(xiàn)出一定的技術(shù)路線差異。

歐系企業(yè)的產(chǎn)品以豪華型轎車為主，目前已經(jīng)大力發(fā)展增壓直噴，長期來看將無法滿足法規(guī)要求，因此，2021年之后將大力發(fā)展ISG和強混技術(shù)。先進柴油機技術(shù)方面，只有大眾會以相對高的比例（15%）投入，但仍會隨時間推移不斷下降。

以豐田為代表的大量日系企業(yè)在堅持自然吸氣式發(fā)動機技術(shù)路線的同時，將逐步推出渦輪增壓直噴發(fā)動機。2021年前大部分日系企業(yè)將深入挖掘發(fā)動機技術(shù)潛力，依靠自然吸氣直噴技術(shù)和增壓直噴技術(shù)進行法規(guī)達標，少部分企業(yè)如豐田將在此基礎上同步發(fā)展強混技術(shù)。2021年之后幾乎所有日系企業(yè)都將借助“自然吸氣直噴+增壓直噴+起停+強混”的技術(shù)組合實現(xiàn)法規(guī)達標。

美系企業(yè)的產(chǎn)品以中大型車為主，因此油耗更高，達標壓力更大。美系企業(yè)兼顧自然吸氣直噴發(fā)動機和增壓直噴發(fā)動機兩條技術(shù)路線，并且2021年前將在傳統(tǒng)汽油機和混合動力技術(shù)兩方面同步發(fā)展。2021年之后將大力發(fā)展ISG和強混技術(shù)，部分企業(yè)將逐漸以更深度的混合動力技術(shù)全面替代起停技術(shù)。

韓系企業(yè)始終以自然吸氣發(fā)動機為主要技術(shù)路線，2021年之前將主要以自然吸氣直噴技術(shù)搭配起停技術(shù)滿足法規(guī)。2021年之后在此基礎上將逐漸導入ISG和強混技術(shù)。

變速器方面，多擋化是未來自動變速器技術(shù)發(fā)展的重要趨勢，美國市場6AT向8AT轉(zhuǎn)換的趨勢明顯，同時，幾乎所有企業(yè)都將AT作為重要技術(shù)進行應用，2030年，AT將占據(jù)近一半變速器市場。本田、日產(chǎn)、三菱、斯巴魯?shù)热障灯髽I(yè)會持續(xù)大力發(fā)展CVT。DCT技術(shù)應用主要以歐系企業(yè)為主，大眾作為DCT的主要推動者，未來仍會繼續(xù)發(fā)展DCT技術(shù)，但受混合動力及新能源車型的影響，滲透率也呈現(xiàn)下降趨勢。

綜合來看，傳統(tǒng)動力總成技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化和采用混合動力技術(shù)將是滿足美國CAFE法規(guī)的必由之路。日系品牌憑借在節(jié)能技術(shù)和車型上的優(yōu)勢，僅依靠較少強混技術(shù)就可以滿足2030年法規(guī)，歐系和美系品牌為滿足法規(guī)則必須大量導入ISG和強混技術(shù)。

對于整車技術(shù)而言，未來行業(yè)整體技術(shù)趨勢趨同。雖然目前美國市場上整車技術(shù)應用比例不高，但整車技術(shù)具有較大節(jié)能潛力，并且隨著時間推移，技術(shù)成熟度和成本有效性不斷提高。未來在動力總成技術(shù)不斷被挖掘到極致的情況下，整車技術(shù)對于法規(guī)達標至關重要。并且整車技術(shù)對于傳統(tǒng)燃油車和新能源車都適用，未來美國市場上幾乎所有的廠商都會大力導入空氣動力學、低滾阻技術(shù)以及輕量化技術(shù)，并在2030年實現(xiàn)接近100%的滲透率。

4.1.2 新能源技術(shù)發(fā)展

對于CAFE法規(guī)下的美國市場而言，2030年前PHEV和BEV市場滲透率較低，只有部分OEM有少量發(fā)展，F(xiàn)CV在2030年之前市場滲透率基本為零。2021年之前，依靠發(fā)動機、變速器及整車技術(shù)等節(jié)能技術(shù)的充分優(yōu)化即可實現(xiàn)CAFE法規(guī)達標，2022~2030年需根據(jù)企業(yè)實際導入起停、ISG及強混技術(shù)，但只需要微量新能源汽車和先進柴油車，基本不需要燃料電池汽車的貢獻。這也在一定程度上說明了CAFE法規(guī)還沒有為新能源汽車的發(fā)展提供足夠的推動力。

4.2 美國CAFE法規(guī)評估

美國乘用車節(jié)能技術(shù)發(fā)展在全球范圍內(nèi)一直處于領先地位，其技術(shù)趨勢和達標路徑可為中國中長期技術(shù)發(fā)展路徑提供重要參考。但另一方面，由于美國目前缺少全國性NEV法規(guī)，因此新能源汽車發(fā)展動力不足。雖然CAFE法規(guī)規(guī)定以新能源汽車真實燃油經(jīng)濟性除以0.15的“杠桿”作為其核算的燃油經(jīng)濟性，且沒有CAFE放大作用的上限規(guī)定[17]，同時溫室氣體（Greenhouse Gas，GHG）排放法規(guī)也對EV等進行了核算乘數(shù)優(yōu)惠[18]，以鼓勵企業(yè)發(fā)展新能源汽車。但始終保持一致性原則的CAFE和GHG法規(guī)對新能源汽車的推動力都不明顯，2025年法規(guī)達標中新能源汽車的貢獻都微乎其微[11]。加州零排放汽車（Zero Emission Vehicle，ZEV）法規(guī)雖然對各類新能源汽車的發(fā)展有極大的推動作用，并且獲得了另外10個州和華盛頓特區(qū)的響應和加入，但合計也只覆蓋了美國30%的汽車市場[19-20]，還無法形成對全國范圍內(nèi)新能源汽車的推動。因此，相比對新能源汽車發(fā)展的推動，美國燃油經(jīng)濟性和溫室氣體排放法規(guī)對節(jié)能技術(shù)的導向和技術(shù)發(fā)展趨勢對中國更具有借鑒意義。

長期來看，先進節(jié)能技術(shù)投入應用和新能源汽車開發(fā)均不可松懈。尤其是中國近期最新發(fā)布的“雙積分”法規(guī)[21]，可謂率先在全國范圍內(nèi)建立節(jié)能與新能源汽車管理長效機制，為節(jié)能與新能源技術(shù)發(fā)展提供了倒逼動力。同時雙積分并行管理法規(guī)的出臺也將更加挑戰(zhàn)企業(yè)產(chǎn)品組合和技術(shù)決策能力。相比中國政府對節(jié)能減排政策的積極推動，美國新一屆政府退出《巴黎協(xié)定》等舉措很可能將減緩節(jié)能與新能源技術(shù)發(fā)展步伐，不利于未來節(jié)能與新能源技術(shù)發(fā)展。

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