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    基于质量和脚印基准的中国未来CAFC法规可行性对比研究

    【作者】赵福全 刘宗巍 张豪翊

    【单位】清华大学汽车产业与技术战略研究院

     

    一、研究脚印基准汽车油耗法规的意义

    目前,全球乘用车油耗法规按评价基准的不同可以分为质量和脚印两大体系。其中,中国、欧盟和日本均采用以整备质量为基准的油耗法规(后文简称质量法规);而美国则采用以脚印面积为基准的油耗法规(后文简称脚印法规)。

    理论上,质量法规存在一个先天缺陷——对车辆向轻量化方向发展的驱动力不足,因为车辆越轻,油耗目标值就越严。另一方面,美国作为世界上汽车产业最发达的国家之一,其汽车法规体系高度成熟,而且中国和美国同为全球最大的汽车市场,两个汽车产销量数以千万辆计的大国具有很强的可比性。因此,中国有必要评估美国脚印法规是否具有借鉴价值。

    对于石油对外依存度持续攀升的中国而言,CAFC(乘用车企业平均燃料消耗量)法规肩负着确保国家能源安全和汽车产业可持续发展的双重重任,而法规的执行效果在很大程度上取决于法规本身的科学性。系统研究美国采用的脚印法规,并与中国现行的质量法规进行对比分析,可以为未来中国乘用车油耗法规的制定提供重要参考。

     

    二、美国脚印法规的主要特点及制定原则

    美国脚印法规的最大特点:一是以车辆的脚印面积(轴距×轮距)为基准;二是将目标车型分为了乘用车(与中国的乘用车定义并不一样)与轻卡两类,分别设定不同的CAFE(企业平均燃料经济性)要求,即用两条法规曲线对车队的油耗进行约束。具体分类见图1。                                             

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    图1 美国汽车油耗法规的目标车型分类

    美国汽车油耗法规的根本出发点,是在合理约束车队燃料消耗量的同时,最大程度地保持市场中立性,即确保法规本身尽可能不干预消费者对汽车产品和技术的选择。这一制定原则在美国脚印法规中有充分的体现:例如,美国认为质量法规对于轻量化技术不够中立,所以选择了以脚印为基准。又如,美国市场上大型SUV(法规中所说的越野车辆)和皮卡倍受青睐,由于车型结构和尺寸的固有差异,在同等脚印面积下,这些汽车产品要比轿车产品油耗更高,如果采用同一条法规曲线来约束,前者将很难达标。实际上,最初美国油耗法规也只有一条曲线,后来意识到这样会影响消费者对大型乘用车的旺盛需求,因此才将目标车型一分为二,按照不同的法规曲线进行管理。此外,决定法规曲线的关键参数均是基于国家油耗目标值,通过市场数据拟合获得。

     

    三、不同法规对比研究的思路和方法

    对美国脚印法规的借鉴,应参考其制定原则即确保市场中立性的思路,而不应照搬车型分类、具体参数等细节。因为中国汽车市场具有不同于美国的自身特点:大型越野SUV和皮卡在中国的销量非常有限;但SUV和MPV产品的占比极高,两者相加基本与轿车产品各占半壁江山,且这两类产品差异明显。从这个角度出发,有必要探讨对两类车型进行分别管理,即将单曲线的油耗法规分解为双曲线的法规。同时,应重点评估以脚印取代质量作为基准可能带来的影响。

    为有效研究质量与脚印基准在未来法规制定中的影响,我们选取了中国即将出台的第五阶段CAFC法规标准作为基本输入,以期使研究成果对未来法规更具参考价值。由此,我们按照以下方法对中国五阶段CAFC法规进行了重新设计:(1)将目标车型即乘用车分为轿车类和SUV类(含MPV);(2)以国家汽车平均油耗控制目标值(4L/100km)作为基准点,确保双曲线法规对车队总体油耗的约束要求不变;(3)基于可以获得的最新市场数据进行拟合,确定法规曲线的基准点和斜率等关键参数(采用2017年乘用车销量排名前8的中国品牌车企和销量前6的国外品牌车企的全部车型数据,总计约为1550万辆,占乘用车市场的64%,以确保具有足够的代表性和覆盖性);(4)以脚印为基准设计出两条法规曲线,具体如图2所示。也就是说,本研究主要参考五阶段CAFC法规的目标值,而法规曲线的具体参数则不参考现有五阶段标准的设计方法。同时为了对比分析需要,按照同样的方法也设计了以质量为基准的双曲线法规。

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    图2 以脚印为基准的五阶段CAFC法规的设计结果

     

    四、脚印法规与质量法规的对比研究结果

    (1)脚印法规可能更能体现市场中立性

    将上述14家车企的产品数据,分别导入本研究设计的双曲线质量法规和脚印法规中,计算达标与不达标车型所占的比例,结果如表1所示。可以看到,无论是轿车类车型,还是SUV类车型,脚印法规的达标与未达标比例都比质量法规更加均衡。这表明脚印法规比质量法规更贴近市场现状,即不会抑制SUV类车型的发展。从本质上讲,只要将乘用车划分为两类车型进行分别管理,就会比单一管理更有利于保障市场的中立性。而根据目前实际市场数据的测算,在同样分为两条曲线的情况下,脚印法规似乎比质量法规更加公平。这可能是因为质量与车辆油耗存在直接相关性,而脚印则是间接相关。不过由于现有车型都是参照单一曲线的质量法规进行设计的,目前我们还无法假定车企均按单一曲线脚印法规设计产品的情形,因此针对该结论后续还有待一步深入研究。需要说明的是,本表中显示的是主要企业以2017年的产品数据满足五阶段(2025年)CAFC法规的情况,因此总体上未达标率均较高。

    表1 不同基准油耗法规下车型达标/未达标比例统计表

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    (2)脚印法规有助于驱动车辆轻量化

    对于既定级别的车型,车企通常是在保持轴距和轮距不变即脚印面积不变的情况下来进行轻量化升级的,因为如果脚印变化则意味着成为另一个级别的车型,甚至可能需要切换整车平台。由此,本文基于实际数据进行拟合,得到图3所示结果。可以看到,对于轿车类车型,在脚印不变的情况下,车辆每减重100kg,整车油耗可降低约0.191/100km,这在脚印法规下全部是该车型由于轻量化获得的油耗收益,而在质量法规下由于车辆减重造成目标值变严,导致车企的实际收益只剩下0.044L/100km;同样对于SUV类车型,在脚印法规下,车辆每减重100kg,可获得0.270L/100km的油耗改善收益,而在质量法规下则只能获得0.121L/100km的收益。显然,在质量法规下,车辆轻量化后面临更严格的法规约束,企业导入轻量化技术的动力变小;而脚印法规则没有这个问题,从而对通过车辆减重获得节能效果有明显的驱动作用。

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    图3 不同基准油耗法规对轻量化的影响

    (3)脚印和质量法规同样可以驱动车辆小型化

    对车型“抑大扬小”即优化产品结构来实现节能,也是中国汽车油耗法规的重要诉求之一,这主要通过顺时针旋转法规曲线来实现。在此方面,质量法规和脚印法规都具有调整的灵活性。例如在刚好实现车队整体达标的情况下,当脚印法规曲线旋转70%时(以原有的曲线斜率为基准),轿车类车型的平均脚印面积将下降约0.03 m²,而SUV类车型则将下降约0.04 m²,也就是说,可以产生驱动车型小型化的明显效果。 

    (4)双曲线法规比单曲线法规更有导向灵活性

    在车型分类管理下,无论质量法规还是脚印法规,均可对不同类别的车型实施差异化导向。在保持车队整体油耗目标值约束不变的前提下,可以通过调整两条曲线间的相对距离来实现。显然,两条曲线之间的距离越大,轿车类车型达标越难,SUV类车型达标越易;反之则效果相反。以前述市场完全中立的两条曲线为基准,如果轿车曲线向下平移5%,同时SUV曲线向上平移5%,即增加两者之间的距离,则在同样的市场数据下,达标比例将变得大不相同。如图4中右图右侧所示,轿车类产品的达标比例将锐减至24.5%,而SUV类产品的达标比例则将提升为77%。反过来,如果减少两条曲线的间距,反向的效果也非常明显,如图 4右图左侧所示。也就是说,政府如果希望以不同力度鼓励或抑制某类车型发展,可以按照不同比例增大或缩短两条法规曲线之间的距离,从而在管理汽车油耗水平和产品结构方面获得更大的灵活度。

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    图4 双曲线法规对车型种类的导向作用 

    (5)不同油耗法规对于车企的影响评估

    分析三种不同油耗法规对于车企的实际影响:即现有的单曲线质量法规,本文设计的双曲线质量法规和双曲线脚印法规。评估结果如图5所示。其中,C1-C8以及F1-F6分别代表8家中国品牌车企和6家国外品牌车企。

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    图5 不同油耗法规对中外品牌车企的影响

    整体来看,相比于单曲线质量法规,双曲线质量法规和脚印法规对于多数中国品牌车企的油耗要求将会放松,对于多数国外品牌车企的油耗要求将会变严。这可能是因为中国品牌的SUV和MPV车型更多,产品相对更重。也就是说,将现有乘用车划分为轿车和SUV两类产品进行分别管理,更有利于中国品牌车企。再比较同为双曲线的质量法规和脚印法规,发现脚印法规对中国品牌车企的油耗要求相对较严,对国外品牌车企的油耗要求相对较松。这可能是因为国外品牌车企总体上大车更多,脚印面积更大,因此在脚印基准下油耗目标值会更宽松些;同时中国品牌车企在轻量化技术上尚有差距,这一点在质量基准下体现得不如脚印基准下那么明显。

     

    五、结论与建议

    借鉴美国油耗法规的制定原则,本文基于大量实际市场数据,对质量基准和脚印基准、单曲线和双曲线的不同油耗法规设计方案进行了对比研究。结果表明:(1)将现有乘用车划分为轿车类和SUV类(含MPV)车型进行分别管理,即以双曲线法规替代单曲线法规,更有利于保障市场中立性;(2)脚印法规比质量法规更有助于驱动车型轻量化;(3)无论质量和脚印法规,均可通过旋转目标值曲线,推动汽车小型化;(4)双曲线法规可以通过调整两条曲线之间的距离对不同类别车型产生激励或抑制的导向作用;(5)不同基准和分类下的油耗法规,对于中外品牌车企有着不同的影响。

    当前,中国第四阶段(2016-2020)乘用车油耗法规已接近尾声,第五阶段(2021-2025)法规草案也即将正式发布。考虑到法规的延续性,避免过快变化造成企业应对困难,建议五阶段CAFC法规仍基于质量基准进行设计。同时,为保证市场中立性,让SUV类产品能够公平地接受消费者的选择,建议可以适时将乘用车油耗进行分类管理,即由单曲线法规转向双曲线法规,并适当调整两条目标值曲线的斜率和相对距离,以确保汽车产品结构更有利于节能诉求。而从更有效地导入轻量化技术出发,建议进一步研究脚印法规和质量法规的异同、优劣以及转换代价,在第六阶段(2026-2030)法规中明确是否由质量基准切换为脚印基准。

    最后,中国作为全球最大且独具特色的汽车市场,其法规的制定已经不仅限于影响本国产业走向,更对世界各国具有重要借鉴意义和引导作用。当此之际,我们必须以前所未有的科学态度和创新精神,对包括CAFC等在内的重大汽车产业政策及法规,进行更加系统深入的持续研究和动态评估,以期更好地服务于国家能源安全、产业升级的战略目标。

     

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