|
在汽车产品开发方面，将系统或整车5%就是一件了不起的事了。在这样一个行业中，在任何方面获得哪怕1%的提升都要令工程师们殚精竭虑了。10%的效率提升便值得“普天同庆”了。
这就是为什么新的美国企业平均燃油经济性（CAFE）标准——要求企业的平均燃油效率到2016年提升到34.1mpg（2010年为25.3mpg）——那么让整个行业望而生畏了。这也是从1978-84年来，CAFE标准的最大一次提升。但是，与下面所说的相比，这却又算不了什么。 （图片） 去年8月份，奥巴马政府在一份长达2000页的文件中提出，到2025年企业平均燃油经济性标准须达到54.5mpg。新一轮CAFE标准的实施从2017年开始，与2016年的目标相比大大提高了59%。更为显著的是，相对2011年27.3mpg的标准提升了99%。
正如美国战略分析咨询公司Scenaria在2012年的一份报告中指出，这是汽车行业中有史以来最严苛的标准。据美国环保署（EPA）称，在从2017-25年整个目标兑现期间，整个汽车行业预计将节省约40亿桶油，减少约20亿公吨绿色气体的排放。
当美国政府确定这些目标时，这些数字让为整个行业一筹莫展。汽车制造商应该采用哪些技术，才能满足这些标准？他们会因此增加多少成本？同时增加的成本是否会最终提升汽车的零售价？（图片） “毫无疑问，这是一个难以逾越的障碍，”通用汽车北美科学实验室执行总监Dr. Gary Smyth表示——他还是一位动力总成方面的专家。“尤其对于像我们这样的制造商来说，就算努力接近这些数字都需要采用多种解决方案。而所有这些解决方案成本都不低。”
麦特华咨询公司（Martec Group）工程师及行业分析师Casey Selecman表示：“按照新的CAFE标准，每年将企业车辆平均燃油效率提升4%是一个艰巨的任务，尤其在车辆产品以六年为一周期这样的基础上。即使欧洲在本世纪初普遍采用柴油机的鼎盛时期也无法实现这样的目标。”
鉴于整个汽车行业为实现2025年CAFE目标将要遇到的挑战——这些挑战毫无疑问将促使企业不得不在技术资源、创新及一些突破性技术上进行大量的投资，AEI制作了此次专题。本专题第二部分将探讨乘用车为达到54.5mpg目标都有哪些选择。第三部分将探讨轻型卡车所遇到的更大的挑战，以及美国皮卡市场的未来发展。
本专题采访了二十多名专家，其中大部分专家认为汽车行业为了达到2025年的CAFE目标完全有能力开发出必要的技术并将这些技术推向市场。但是所有人都怀疑这些技术的开发和应用是否会大大提升车辆的售价，而让市场无法接受。
即使政府似乎都不确定CAFE标准能否为消费者带来一定回报性价值。在政府一份法规文档中有这么一句话：“目前我们还不十分确定燃油经济性对消费者购车的影响，因此无法最终判断法规对车辆销售的影响。”
轿车与卡车区别与平等对待
与CAFE 2012-16年目前覆盖的阶段相比，2017-25年的燃油经济性目标相当复杂，而且对技术非常依赖，旨在推动某些解决方案的应用（如边注所述）。与2012-16年规定相同的是，第二阶段法规也是以车辆尺寸为基准制订的。其中的公式是布什政府在MY2011轻卡法规中确定的。该公式根据车辆所占面积大小来为轿车和轻卡确定一个燃油效率“目标”，也就是车辆轮距和轴距相乘的数值。
一个企业的CAFE目标是按销量加权后的平均燃油效率，需要在某个车型年内实现。也就是说，具体的车型没有需要达到的燃油效率目标，而企业平均燃油效率目标也各不相同。
卡车企业平均燃油效率的计算方式与轿车相近，但是采用的公式不同。按目前所制订的2025年的目标来看，卡车的燃油效率目标在30.2到50.4mpg范围内，而2011年为21.1-27.1mpg。公式在设计时考虑了卡车的级别，这样低端卡车在效率提升方面的幅度就比高端的要低，目的是为了覆盖尺寸较大的卡车。
专家认为以车辆尺寸为计算基准的方式提高了整个法规系统的复杂程度。但是无疑这种方式规避了OEM仅仅通过减小车辆尺寸来达到目标的可能性。这也难怪许多业内人士最初都担心CAFE法规对燃油效率目标的大幅提升是为了督促美国人开始制造小型车，放弃那些体积较大的轿车和全尺寸的卡车。（详见下期本专题第二部分。）
真实油耗得到解释
因为新的CAFE标准是根据车辆尺寸作为基准来计算的，因此每个汽车制造商的CAFE目标都不相同，取决于产品的具体组合，真正销售的轿车和卡车的尺寸。每个车型年，OEM都要计算整个产品线的CAFE要求，然后算出根据销量加权后的CAFE平均值。举例来说，福特公司拥有大量的全尺寸皮卡和SUV车型，其所计算出来的CAFE目标就比现代要低，因为现代公司（目前）主要的产品是小型和中等尺寸轿车。（图片） 虽然我们一直听到的是54.5mpg这个数值，但是消费者在汽车展厅标价上看到的综合“真实世界”油耗会比这个低20%左右——轿车为45.4mpg，总重低于8500磅的轻卡为32.1mpg，产品组合包括轿车和轻卡的企业平均油耗为40mpg。这是因为CAFE数值来自于EPA自上个世纪70年代启用的城市及高速公路燃油经济性评测方式，此外还有其他三个排放评测结果。
2017-25年期间的CAFE标准的计算还考虑到了二氧化碳的排放（g/mi），将车辆行驶单位里程内排放的二氧化碳转换为燃油消耗数值（mpg）。这个转换方式采用了EPA的确认方式，即每加仑汽油燃烧后会释放8887g二氧化碳。这样2012-16年的35.5mpg目标即是让企业轿车及卡车平均二氧化碳排放量达到250g/mi（8887除以250）。如本文表格显示，到2025年，二氧化碳排放目标将逐级下降至163g/mi（54.5mpg）。
新的CAFE法规还包含了没有根据环保署现有五步法（five-cycle）评测法进行真实世界测试的技术所贡献的燃油效率分值（Credit）。（见边注“CAFE分值的解释”一文）。这些没有进行循环评测的技术如果同时采用几项的话总的燃效分值可达3mpg，如果制造商可以提供相应的支持数据，这个分值还会更高。
此外，插电式混合电动车、电池驱动电动车及燃料电池车都也有相应的贡献分值。为了刺激这些车辆的销售，美国政府对在2017车型年销售的每一辆电动汽车或燃料电池车在企业燃油效率方面的贡献都乘以2。比如销售5000辆此类车型在计算企业平均燃油效率目标时就被当作为1万辆。到2021年，这个倍数减少为1.5倍。对插电式混合电动车来说，这个倍数从2017年开始为1.6倍，然后到2021年逐步减少为1.3倍。
据政府法规事务咨询公司Miller Cole公司CEO Suzanne Cole表示，联邦政府通过将插电式混合电动车和燃料电池车纳入到法规考量中这种方式，在迎合加州零排放车辆法规（让该州空气质量立法委员会认同全国性的标准）和在全国50个州中维持一个统一的标准之间达成了一个平衡。
“联邦政府一直竭尽全力避免出现加州和全国其他州对立的这样的局面，这种方式可以说是对整个行业的一种胜利，毕竟两套法规带来的成本太高了，”她说道。
Cole指出汽车制造商可以彼此购买零排放分值来达到法规的要求。此外，如果微混和强混轻卡销售维持在一定水平之上，法规还可以为这些车辆提供具体的鼓励措施。
麦特华咨询公司的分析师Selecman坚持认为采用零排放车辆分值的方式并不是遵守CAFE法规的有效方式。“以CAFE的计算方式来看，一辆传统轿车55mpg的油耗与插电式混合动力车换算过来的100e-mpg的数值相差是微乎其微的，”他说道。“所以说增加这些e-mpg数值而不是鼓励大量的55mpg轿车，对整体法规的遵循的影响非常小。”
产品开发及技术咨询公司Munro & Associates的CEO Sandy Munro表示：“总体上看，动力总成零部件在达到54.5mpg目标方面或许会成为你最友好的朋友，也可能成为你最可怕的敌人。”
关键的2018中期评审
产品规划师、工程师以及企业管理人员普遍认为2017-25年CAFE标准是个不小的挑战。他们几乎都一致认同将于2018年进行的中期评审的重要性。此次中期评审可以说是整个汽车行业的第二个胜仗，将决定2021-25年这个期间在标准实施方面是否在技术上可行，是否具有成本效益，最终对消费者来说是否能够接受。
“老实说，我们认为2018中期评审是整个项目实施中至关重要的一面，”宝马北美工程副总裁Tom Baloga说道。“现在，我们还不知道我们是否需要一些目前还没有开发出来或通过验证的技术。整个行业和政府需要在那个时候作出一定的调整。”（图片） CAFE分值的解释
新的CAFE法规中的技术分值（credit）包括通过怠速启停系统获得的燃油节省、因发动机及变速器油温度快速提升而获得的摩擦损失减少，等等。正如之前弹性燃料分值被认定的那样，这些技术分值并不只是简单的“送分”。大多数这些技术在真实世界驾驶中都要能够真正地提升车辆效率。的确是这样，在新的法规中，弹性燃料车辆只有在汽车制造商可以证明他们的E-85车辆在真实世界中究竟可以燃烧多少燃料时才能够得到这些分值。（图片） 可以得到额外分值的主要技术领域包括：
空调系统：空调技术在新的CAFE公式中起着重要的作用，在新的规则中有两种分值。一种体现在效率方面，主要针对燃油经济性。另外一种是制冷剂对全球变暖趋势的影响。EPA鼓励采用R-1234yf制冷剂（全球变暖数值为4-10），用于替代目前的R-134a制冷剂，其全球变暖潜能值（GWP）为1430。4-10数值意味着每1g R-134a制冷剂的释放等同于4-10g二氧化碳释放对全球变暖的影响效果。数值越小，说明制冷剂对全球变暖趋势影响越小。
全球变暖分值与密封材料的使用有着紧密的关系，因为后者直接决定制冷剂泄露到大气中的量。因为R-134a制冷剂的活性较强，即使是性能较高的密封系统对轿车来说也只能获得6.3g/mi的分值，卡车仅为7.8g/mi。R-1234yf制冷剂之所以对全球变暖趋势影响较小，是因为如果这种制冷剂泄露的话，它很快就会消散掉（几天的时间，而R-134a则需要几年的时间）。所以说R-1234yf制冷剂获得的分值就高——轿车为13.8g/mi，卡车为17.2g/mi。
这两种制冷剂都可以与一些技术联合使用，来提高系统的工作效率，比如更先进的热换器、效率更高的压缩机，以及针对R-134a（当然对R-1234yf也可以）不时采用的内部热换器（IHX）。此外还需要对压缩机才去更加精确的控制，这样才可以更好地将压缩机输出功率与冷负荷匹配起来，将空气冷却至32° F（0° C），从而降低能量的损耗，然后再将其加热到车厢内舒适水平。鉴于此，两种制冷剂都可以获得同样多的效率提升分值：轿车为5g/mi，卡车为7.2g/mi（企业平均值为5.7g/mi）。
内部热换器可以为R-1234yf制冷剂的应用带来较大的潜在好处，但是同时也为空调标定工程师带来了一个难以处理的平衡工作。凯迪拉克在2013款XTS车型上率先采用了R-1234yf制冷剂，也是第一个采用该制冷剂的美国本土品牌，但是却在2013款ATS上暂停采用R-1234yf制冷剂。通用工程师称他们需要对系统进行重新标定，以提升在采用内部热换器情况下系统的整体性能。
怠速启停技术：该系统与多项技术归为一类，在提升车辆燃油经济性所起到的作用方面被赋予期望。这些技术包括高效的外部照明、废热（排气）回收、主动发动机及变速器油加热系统以及主动气动系统，比如进气格栅、可展开的扰流器以及空气悬挂等。这些主动式气动系统最低可以帮助降低3%的空气阻力。
汽车制造商期望可以在汽车售价标牌上为为怠速启停系统争取油耗评级加分，但是EPA却认为这样做有点“重复享受”政策之嫌，因为在CAFE法规下，启停系统已经获得了碳排放方面的分值——没有配备电子泵用于制冷剂循环的轿车和卡车分别为2.0g/mi和2.9g/mi，配备制冷剂电子泵的分别为2.5g/mi和4.4g/mi。电子泵则不会作为单独的分值项目（1.0g/mi）。（美国环保署目前还缺乏一套完善的评测循环程序，用于启停系统对汽车标牌上油耗级别影响的评定。）
以上这些技术从理论上可以为轿车带来10.8g/mi的分值（混合动力车、插电式混合电动车以及电动车为14.1g/mi），可以为卡车带来17.8g/mi的分值（混合动力车、插电式混合电动车及电动车为21.1g/mi）。不过正如下面将要指出的，这些分值都有限度，每个企业最高可获得10g/mi。
电动技术：为了刺激电动汽车的销售，CAFE为各种电池、燃料电池及压缩天然气（CNG）驱动的车辆提供了一种临时的“技术倍数”的鼓励方式，具体的倍数从2017-21年逐年递减。比如说，对电动汽车来说，这个倍数是2，意味着如果一个OEM销售掉5000辆电动车，则在企业燃油经济性计算方面当作是1万辆。到2020年，电动汽车和燃料电池车享受的倍数为1.75，到2021年为1.5。插电式混合动力车（以及还采用汽油的CNG车型）在2017年享受的倍数为1.6，到2020和2021年依次减少为1.45和1.3倍。
全尺寸混合动力皮卡如果销量较高，可以按每辆车获得一定分值。微混和重混分值分别为10g/mi和20g/mi。此外，针对皮卡碳足迹，可以大大降低车辆的排放，低于目标水平的，还可以得到性能方面的鼓励性分值。排放低于目标水平15%的皮卡可以获得10g/mi的分值，低于目标水平20%的可以获得20g/mi的分值。在任何一个车型年，要想获得混合动力与性能提升方面的分值，相应技术在制造商全尺寸皮卡销量中预计须达到一个最小的应用程度。
防光照/热量控制：CAFE还公布了针对此类技术新制订的分值准则，作为所有分值的子类。这些分值涉及的领域包括防光照玻璃、车身反光涂装、主动座椅通风以及主被动车厢通风。主动通风系统可以是由车内温度传感器触发的风扇系统，自动调节车内温度。
这方面一个很好的例子就是，一辆在阳光暴晒下的汽车，通过太阳能电池板获得的电能给车载电池充电，同时/或者通过风扇来降低车内温度。这不仅可以在车辆运转的时候降低空调系统的冷却负荷，还可以降低空调系统消耗的燃油。如果用于车厢通风及电池充电的话，仅一块75W的太阳能电池板就可以获得2.5g/mi的分值（如果仅用于电池充电则可获得3.3g/mi）。
虽然太阳能/热量管理技术方面的总分值可达8.3g/mi（轿车）和4.3g/mi（卡车），但是汽车制造商最多只能申请3.0 g/mi（轿车）和4.3g/mi（卡车）。这主要是为了防止汽车制造商在争取分值方面故意让车辆“超载”。而且太阳能/热量管理分值只能是汽车制造商在技术加分方面可以获得的10g/mi总企业平均燃油经济性分值的一部分，不能超过这个数值。(Paul Weissler)
8/16/2013
|
