美国混合动力汽车销量生命周期

混合动力汽车

丰田普锐斯

混合动力汽车 (HEV) 是电动汽车和内燃汽车之间的交叉产品。它们结合了电动汽车的电动机和电池以及小型内燃机。电动机从电池获取能量，电池在需要时由内燃机电池充电。 混合动力汽车区别于电动汽车的突出之处在于其更大的续航里程。与通常在充电之间仅能行驶 130 公里的电动汽车不同，混合动力汽车可以持续行驶，直到电池和汽油都耗尽，这使其拥有显著更长的续航里程。 电动机往往在较低的速度下运行，而内燃机在较高速度下运行，并在电池耗尽时为电池充电。此外，由于内燃机为电池充电，混合动力汽车不需要像电动汽车那样插电。

与典型的内燃汽车相比，混合动力汽车的主要优势在于燃油效率更高。这将导致更少的排放和燃油节省。尤其是，混合动力汽车在城市驾驶中的燃油效率优于内燃汽车。电动机在处理频繁的加速和减速方面往往更有效率。部分原因是混合动力汽车能够捕获刹车时损失的部分能量。这是通过反转发动机并为电池充电来实现的。 这将导致比内燃汽车更高的燃油节省。当完全停止时，混合动力汽车可以自动关闭发动机，节省能量，而内燃汽车 (ICV) 则会继续运行，除非驾驶员手动关闭。

混合动力汽车和电动汽车的一个既有优势又存在安全隐患的特征是它们的静音性。在使用电动机（通常是在低速行驶时）时，混合动力汽车比内燃汽车安静得多。更安静的汽车通常是理想的，因为它们减少了噪声污染，这是一种昂贵的交通外部性。问题在于，行人习惯了内燃汽车的噪音。行人依靠汽车产生的噪音来提醒他们附近有汽车。缓慢移动的混合动力汽车产生的噪音不足，这对行人安全构成隐患。美国国会颁布了《行人安全增强法》，其中包括机动车的最低噪音要求。 制造商已开始添加车辆噪音和警报声以帮助保护行人。

混合动力汽车的主要市场包括具有经济意识和环保意识的消费者，他们希望减少排放并节省燃油，但不愿受制于电动汽车的局限性。大多数混合动力汽车都是小型汽车，因此市场围绕着愿意驾驶紧凑型汽车的驾驶员展开。然而，随着混合动力 SUV 的发展，这一趋势正在发生变化。由于混合动力汽车的成本高于内燃汽车，因此市场往往包括高收入驾驶员。此外，由于混合动力汽车相对较新，因此市场上可用的二手混合动力汽车较少。这进一步限制了市场，仅针对那些愿意购买全新或近乎全新的汽车的人。

混合动力汽车在市场上的成功在很大程度上取决于汽油价格和环境问题的普遍程度。这可以通过查看混合动力汽车销售历史与汽油价格的比较来观察。随着油价上涨，驾驶混合动力汽车节省的燃油量也随之增加。然而，正如 20 世纪 70 年代所见，混合动力汽车要想获得足够的市场份额，需要持续一段时间的油价上涨。在《能源百科全书》中，德国人讨论了新车购买者对燃油成本的漠不关心。 通常，内燃汽车的短期节省胜过混合动力汽车的潜在长期燃油节省。

混合动力汽车在试图建立其市场份额方面遇到的一个问题是，制造商继续对内燃汽车进行足够的改进。这些改进限制了混合动力汽车的优势。随着人们对燃油效率的担忧加剧，制造商生产了更多燃油效率高的内燃汽车。如果油价下降，制造商无需采取任何行动，因为消费者将继续购买内燃汽车。内燃机继续胜出，因为“混合动力汽车的增量优势 [小于] 切换基础设施的成本”。

历史

1999 年，混合动力汽车在美国并不新鲜，正如销售数据所表明的那样。事实上，它们的起源可以追溯到 1905 年。当时，美国工程师 H. Piper 想出了混合动力汽车的概念。他的动机是提高性能。他的混合动力汽车可以在 10 秒内加速到 40 公里/小时，而当时的内燃汽车需要 30 秒才能达到这个速度。 尽管这是一个巨大的进步，但在 Piper 获得专利时，内燃机已经赶了上来。汽油发动机的主要缺点是需要用曲柄启动。Piper 获得专利后，这一障碍已经被克服，内燃汽车开始主导市场。

与 Piper 同时，一些电动汽车在爱迪生和特斯拉等电力先驱的帮助下得到了发展。 与今天的电动汽车一样，主要缺点是电池技术，这极大地限制了汽车的续航里程。然而，最初这并不令人担忧，因为城市之间道路基础设施有限。该续航里程足以进行城市驾驶。 然而，随着道路的不断扩展，内燃汽车开始兴起。电动汽车所需的笨重电池使其变得沉重。增加额外的电池会因为额外的重量而产生递减收益。混合动力汽车必须依靠机械方法在电动机和汽油机之间切换。这很复杂，效率低于今天的混合动力汽车，后者使用计算机来优化和控制其操作。

直到 20 世纪 70 年代中期石油危机，汽油汽车几乎没有受到电动汽车的挑战。 由于汽油价格相对较低，石油充足，并且在市场上占据主导地位，汽油汽车没有受到威胁。动力和效率的改进进一步帮助阻止了任何潜在竞争对手进入市场。

20 世纪 70 年代，石油危机导致汽油价格上涨，为替代汽车提供了一个短暂的机会。Wouk 讨论了他自己在这个时期试图推出混合动力汽车的尝试。他的车型能够实现更高的燃油效率，并且似乎即将投入生产。然而，这场危机持续时间太短，一旦石油再次供应充足，对他的等替代汽车的资金也随之减少。 石油危机确实带来了《能源政策与节约法案》(EPCA)，该法案要求制定新的燃油效率标准。Wouk 等混合动力汽车立即满足了这些标准，但汽车制造商有时间到 1985 年才能让他们的内燃汽车符合标准。这使他们有足够的时间来改进内燃汽车，并为替代汽车进入市场留下了很少的机会。

近 20 年后，克林顿总统与美国主要汽车制造商达成协议。该协议不要求提高 CAFE（企业平均燃油经济性）标准，而是要求通用汽车、福特和克莱斯勒建立“超级汽车”。该计划将结合政府和企业资金来开发一款百公里油耗 3.1 升的汽车。 该协议的最大问题是 80 英里/加仑这一多少有些武断的目标。这一目标是可以实现的，但它要求汽车制造商使用非常轻，因此非常昂贵的材料。 汽车制造商成功地开发出了百公里油耗 3.1 升的汽车，但由于其成本过高，它根本无法面向公众销售。也许一个更为适中的目标会产生一款可销售的汽车，而这款汽车的燃油效率仍大大高于当时的内燃机汽车。尽管如此，超级汽车计划确实推动了替代汽车行业的创新。几年后，丰田和本田在日本推出了他们的混合动力汽车。他们的汽车所达到的燃油效率比超级汽车更低，但仍是平均内燃机汽车的两倍。 日本市场也更适合混合动力汽车。由于汽油价格更高、驾驶密度更高以及文化更习惯于小型汽车，丰田和本田在本土市场取得了成功。驾驶者对汽车性能的需求也低于美国。两家公司都努力调整他们的混合动力技术以适应美国市场。早在 1999 年，主要是从 2000 年开始，美国人开始购买混合动力汽车。

混合动力汽车技术的创新

过去 100 年的技术创新使各种类型的车辆变得更加安全、更快、更高效、更便宜。混合动力汽车也不例外。它们从 1905 年的派珀混合动力汽车到 1990 年代的丰田普锐斯之间取得的技术突破中受益匪浅。20 世纪初混合动力汽车的一个困难是电动和内燃动力切换的机械方法。这必须通过机械方式控制，而如今的混合动力汽车由微型微电脑控制。实际上，即使是内燃机汽车的系统也是由计算机控制的。将计算机应用于混合动力汽车，可以实现两种动力源之间的最佳控制。

电池技术是一个发展较慢的领域，并且一直是混合动力汽车的限制因素。虽然如今混合动力汽车中的电池比以前的型号有了很大的改进，但它们的改进速度远远低于其他汽车技术。电池仍然会给车辆增加相当大的重量，并且在容量方面受到很大限制。如前所述，电池的重量很大，意味着必须从电池中消耗相当数量的能量才能运输额外的电池重量。

混合动力汽车诞生的政策和市场

最初，混合动力汽车服务于利基市场，吸引了具有经济和环保意识的社区。随着技术的改进和混合动力汽车的普及，市场不断扩大。最初，混合动力汽车是小型汽车，以便尽可能提高燃油效率。然而，随着混合动力汽车寻求扩展并从内燃机汽车中夺取更大的市场份额，制造商开始开发更大的混合动力汽车车型。现在，人们可以购买 SUV 混合动力汽车，这证明混合动力汽车不再局限于其最初的利基市场。另一方面，电动汽车的续航里程有限，需要充电站。虽然它们在某些方面优于混合动力汽车，但它们的局限性导致它们主要服务于电力价格低廉、易于获得且距离较短的利基市场。 在这个市场的驾驶者必须高度重视减排，并且对长途驾驶的需求较低。此外，电动汽车需要额外的基础设施，例如充电站才能广泛使用。相比之下，混合动力汽车能够占领部分内燃机汽车市场，因为它们不需要额外的基础设施，而且限制较少。

1975 年的《能源政策与节约法案》是在 1970 年代石油危机期间颁布的一项立法，其中包含旨在提高燃油经济性的新要求。该法案对汽车制造商施加了新的燃油效率标准，但允许制造商有 10 年的时间来遵守这些标准。类似的政策，如企业平均燃油经济性标准，似乎有助于鼓励使用替代车辆。通过制定更严格的燃油效率标准，如果汽油车无法跟上，新型车辆可能能够在市场中占有一席之地。汽车制造商可能会决定对替代车辆进行额外的资本投资。另一方面，这些政策要求汽车制造商提高内燃机汽车的燃油经济性或停止生产内燃机汽车。对内燃机汽车的需求不受这些政策的影响，因此，制造商继续改进内燃机汽车的燃油效率。这会导致混合动力汽车相对于内燃机汽车的净效益降低。由于市场上出现了燃油效率更高的内燃机汽车，混合动力汽车所提供的燃油节省量减少了。如果制造商将这部分额外成本转嫁给消费者，内燃机汽车的成本可能会上升。然而，像 CAFE 这样的政策会导致高效率车辆的价格下降，因为制造商鼓励销售这些车辆以抵消低效率车辆的销量。这会进一步损害混合动力汽车的市场。

克林顿总统采取了一种不同的方法来提高燃油经济性标准，即同意与美国主要汽车制造商达成协议，共同开发一款百公里油耗 3.1 升的超级汽车。该计划有一些好处，但最终并没有直接导致美国混合动力汽车的开发，因为超级汽车材料的成本过高。

混合动力汽车的增长和成熟

正如以下定量分析所示，美国混合动力汽车的销量经历了非常快速的生命周期。 如果我们认为 1999 年是美国混合动力汽车销量的诞生年份，那么成熟期是在 8 年后。诞生年份大约涵盖了前 4 年。

大多数政府税收优惠措施是在 2004 年至 2007 年的快速增长期间实施的。在此期间，国家和州一级提供了各种税收抵免。然而，货币激励措施似乎在混合动力汽车的增长中发挥了很小的作用。一种可能的解释包括经销商可能已将这些激励措施计入其价格，从而使消费者没有获得任何净收益。 更有可能是经济的影响，尤其是燃油价格的影响。2004 年至 2008 年间，美国各地的燃油价格上涨，这很可能对混合动力汽车的增长起到了重要作用。 2008 年至 2009 年间燃油价格下降以及经济衰退对应于混合动力汽车销量下降。然而，即使在 2010 年至 2012 年间燃油价格稳步上涨的情况下，混合动力汽车的销量仍在继续下降。这是否表明混合动力汽车在 2007 年就已经成熟？尽管 2009 年至 2012 年间燃油价格上涨，但美国经济仍在衰退，这影响了所有车辆的销量。绝对需要车辆的消费者将继续购买，但他们不太可能支付购买混合动力汽车所需的额外预付款。

混合动力汽车的基础设施肯定不会消失。与过去成熟后迅速衰落的交通方式不同，混合动力汽车在成熟后可能会经历更缓慢的衰落。从 2007 年的数据中可以看出这一点。铁路等交通方式，其轨道被拆除，取而代之的是公路，经历了快速衰落。只要公路继续使用，并且人们关注能源问题，混合动力汽车很可能会继续成为内燃机汽车的替代品。最有可能导致混合动力汽车更快衰落的场景是电动汽车的改进或新能源的发现。电池技术在 100 年内几乎没有取得进展。如果这种情况发生改变，电动汽车可能会出现增长，导致混合动力汽车进一步衰落。无论如何，过去 100 年的经验清楚地表明，内燃机汽车不会在短时间内消失。

数据和分析

美国混合动力汽车销量

数据来源：国家交通统计

数据来源：国家交通统计

年份	销售的混合动力汽车数量	预计销量
1999	17	51
2000	9350	254
2001	20282	1254
2002	22335	6124
2003	47566	28386
2004	84199	106674
2005	205828	240706
2006	253518	322522
2007	352862	346286
2008	315688	351515
2009	290740	352590
2010	274421	352808
2011	269178	352852

回归结果

变量	值
K	352863
b	1.6
t0	2004.5227

回归统计
多元 R	0.98529429
R 平方	0.970804838
调整后的 R 平方	0.968150733
标准误差	29355.56109
观察值	13

	系数	标准误差	t 统计量	P 值	95% 下限	95% 上限	95.0% 下限	95.0% 上限
截距	-8565.603014	13168.79222	-0.650447123	0.528754947	-37549.91924	20418.71321	-37549.91924	20418.71321
X 变量 1	1.199158717	0.062700327	19.12523876	8.6304E-10	1.061156228	1.337161205	1.061156228	1.337161205

分析

以下模型用于预测 HEV 销量

S(t) = K/[1+exp(-b(t-t0)]

其中

S(t) 是状态指标（HEV 销量）

t 是时间（年）

t0 是拐点时间（达到 1/2 K 的年份）

K 是饱和状态水平，b 是系数。K 和 b 需要估算

推导出的回归方程为

Y=LN(Sales/(K-Sales))

在完成回归时，使用了 352863 的 K 值。该值代表 HEV 市场在 2007 年成熟。这是否属实尚难确定。自 2007 年以来，美国 HEV 销量一直在下降。经济衰退无疑是其中一个因素。现在的问题是 HEV 销量是否会再次上升并达到更高的峰值，或者 2007 年是否会是峰值。经济和油价等因素无疑会影响这一点。由于没有人能确定未来油价将如何走势，因此也很难确定 HEV 市场是否已达到峰值。如果油价大幅上涨，HEV 销量肯定会增加，但如果油价下降，HEV 销量也可能会加速下降。目前的趋势表明 HEV 销量正在缓慢但稳定地下降。该回归模型假设 2007 年是美国 HEV 销量的峰值。整体而言，替代车型仍处于起步阶段。如果 HEV 继续下降，其他替代车型可能会迎头赶上并取得增长。然而，由于自 2007 年以来下降速度相对缓慢，HEV 可能会卷土重来。只有时间会给出答案。

回归结果显示 R 平方值为 0.9708，t 统计量为 19.125。R 平方值接近 1.0，t 统计量尽可能高是理想的。为了获得最理想的拟合，并因此获得最佳的 R 平方值和 t 统计量值，对 b 值进行了估算。对曲线的分析表明，该模型最初低估了销量，然后在增长期高估了销量，在 2007 年达到成熟期后逐渐减少。与真实数据不同，该模型没有预测 2007 年峰值之后的下降。此外，t0 值是根据 2007 年的峰值以及 2004 年和 2005 年之间的斜率选择的。t0 代表峰值的一半，发生在 04 年和 05 年之间。

尽管 HEV 销量可能会因油价、税收抵免、法规和经济等各种影响因素而发生波动，但从 1999 年的诞生到 2007 年的成熟，数据显示了交通方式的 S 曲线相当一致。自 2007 年以来，下降情况略有不同，HEV 可能会在未来几年达到更高的峰值，这将极大地影响模型。然而，由于 1999 年至 2007 年之间增长性质的影响，该模型能够产生相当好的拟合。随着未来年份数据的公布，该模型将继续进行修改。