汽车能耗及成本问题.docx
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汽车能耗及成本问题
不同类型汽车的能耗和使用成本问题
摘要
为了方便选购车辆和增加以汽油为动力原料，利用燃油发动机驱动汽车传统汽车,以车载电源为动力用电机驱动车轮行驶的电动汽车和使用汽油驱动和电力驱动两种驱动方式,以节省燃油及降低排放为其主要优点行驶的混合动力汽车这三类汽车的能耗和成本（生产成本和使用成本）了解,进行了建模,求解和相关的分析。
对于问题一，从能耗的角度对传统汽车、电动汽车、混合动力汽车进行比较。
分别以百公里的能耗作为三类汽车节能效果的参考比较值。
通过必要的调研和数据分析最终得出百公里的能耗量：
汽车类型
传统汽车
电动汽车
混合动力汽车
百公里能耗（kj）
342278.6
141044.4
159350.4
易得出电动汽车能耗最低，传统汽车能耗最多，混合动力汽车节能效果居中。
对于问题二，我们基于全寿命成本理论,综合考虑多方面的因素,分阶段构建全寿命成本模型,它主要包括购置成本模型,驾驶维护成本模型,报废处理成本模型,环境成本模型（我国暂没相关规定,但实行了购车税）,对车的使用成本进行了分析。
对于问题三，在问题三中我们具体从传统汽车、电动汽车、混合动力汽车中分别选择比亚迪F3，比亚迪E6，比亚迪F3GM，借助问题二的模型分别计算出不同使用年限其使用成本，得出这三种汽车的使用成本如下：
1在汽车使用的前13年，传统汽车的使用成本最低；
2在使用汽车的14-15年，混合动力车的使用成本最低；
3在使用十五年内，电动汽车汽车的成本一直是最高；
4一般私家车的强制报废年限是15年，所以综合比较传统动力汽车的使用成本最低；
对于问题四，我们采用层次分析法来探讨汽油价格对三类汽车所占市场份额的影响.首先,建立层次结构模型,确定目标层准则层和措施层.然后通过查阅数据和经验分析构造成对比较阵,并对所构造矩阵进行抑制性检验确定权向量.通过层次分析法,应用matlab求解我们得出,在油价变化较小的情况下,三类汽车所占市场份额几乎不受影响,但随着经济的增长,油价大幅上升,混合动力的市场份额影响力会越来越大,而传统汽车市场的份额将会大幅下跌的结论
对于第五个问题，通过对三类车的使用成本和油价对汽车的所占市场份额的影响分析之后建议将要购买的热群以购买混合动力车为主。
关键词：
能耗使用成本全寿命成本理论（LCC）层次分析法
一问题重述
传统汽车以汽油为动力原料，利用燃油发动机驱动汽车行驶。
电动汽车是指以车载电源（蓄电池）为动力，用电机驱动车轮行驶的车辆。
混合动力汽车的混合动力就是指汽车使用汽油驱动和电力驱动两种驱动方式,以节省燃油及降低排放为其主要优点。
结合目前的汽油价格和电能（车用蓄电池）价格，对这三类汽车的能耗和成本（生产成本和使用成本）进行分析比较，试建立相应的数学模型，根据相关资料，解决以下问题：
1、从能耗的角度，分析比较这三类汽车哪一类节能效果最好；
2、从使用成本角度，分别为三类汽车建立相应的成本模型；
3、请具体选取三类汽车，对其使用成本进行比较和分析；
4、请探讨汽油价格的变化对三类汽车所占市场份额的影响。
5、请你写一篇建议稿，对即将购买汽车的人群提出几点合理化的建议。
二问题分析
针对题中涉及到三种不同动力汽车的没有确定具体的车辆，所以在下面建模的过程中，应当找出，三类车辆的代表型号。
对于问题1：
要从能耗的角度分析三类汽车的节能效果。
所以本文就将三类汽车的能量消耗全部转化为焦耳热来计算，这样就有统一标准来对三类车的能耗进行比较。
而汽油动力的汽车，则将汽车的消耗的汽油燃烧的产生的热值，电动汽车按电能的来源换算成煤的燃烧热值来比较。
对于第三类汽车，则将它消耗的汽油燃烧能加上蓄电池消耗的总热值进行计算。
在比较三类汽车热值消耗节能效果的时候，分别以三类汽车分别行驶一百公里所消耗的热值进行比较，得出节能效果。
对于问题2：
对于三类汽车的使用成本，就要考虑不同汽车的类型购置成本，政府税收,维修成本，以及燃料费、保养费、年检费、折旧费、保险费费，作为考虑指标。
因此我们以全寿命周期成本为基础，构建全寿命周期成本模型，它主要包括购置成本模型，驾驶维护成本模型，保费处理成本模型，环境成本模型四大模型。
对于问题3：
分别从传统汽车、电动汽车、混合动力汽车中各取同一种车型，查阅相关数据，利用问题2中的模型，计算出各自使用成本，并进行分析比较。
对于问题4：
三类汽车所占的市场份额之间体现人们购买三种汽车的比例，而影响人们购置车辆的主要因素有：
油价、电价、汽车能耗、购买成本、使用成本。
我们就采取层次分析法，讨论油价变化对于三类汽车的所占市场份额的影响。
对于问题5：
我们就从前面几个问题的分析解决过程中，找到三类车辆的成本差异，以及性能差异，对于不同的购买群体，提出合理化的建议。
三模型假设
1：
所有我们查到的数据都是准确可靠的。
2：
汽油价格和电价在中国范围内的价格无较大波动；
3：
三种汽车行驶同等距离的磨损程度相同；
4：
假设汽车三种汽车的使年限都只有15年；且行驶总里程达到30万公里就报废；
5：
假设三种汽车的保险、保养采用同种等级。
四符号说明
汽油热值
q
传统汽车的能耗
E1
传统汽车的能耗
E2
传统汽车的能耗
E3
购置成本
CA
驾驶成本
CM
维护成本
CDR
报废处理成本
CE
五模型的建立与求解
5．1问题1的求解
从能耗出发，就要将三类汽车的能耗统一标准。
根据题中所给的相关信息，我们可知，传统汽车以汽油为动力原料，电动汽车是以车载电源（蓄电池）为动力，混合动力汽车是以汽油和电力为动力。
而混合动力车所需电能是由其内燃机工作所提供的，不需要外加电源，故其消耗的能量可以说是只来自汽油。
因此问题一中从能耗角度比较这3类汽车的节能效果，我们可以从三类车辆每一百公里耗油与耗电进行转化换算成能量，统一单位为“千焦”。
5.1.1传统动力车的能耗
根据中国汽车网上查到的数据，我国的传统汽车百公里油耗分别为：
车辆类型
微型车
小型车
紧凑型车
中型车
中大型车
豪华车
耗油量（L/100km）
7.85125
8.64375
10.085
10.8225
12.608
14.815
汽油的比重为0.72,热值q=44000kj/kg。
所以一升汽油充分燃烧大约产生的热量为
车辆类型
微型车
小型车
紧凑型车
中型车
中大型车
豪华车
平均值
耗油量（L/100km）
7.85125
8.64375
10.085
10.8225
12.608
14.815
10.80425
等效热量（kj）
248727.6
273834
319492.8
342856.8
399421.4
469339.2
342278.6
传统汽车百公里能耗为：
5.1.2电动汽车的能耗
根据中国汽车网上查到的数据，我国的电动百公里耗电量分别为：
车辆类型
小型车
紧凑型车
中型车
d耗电量（kw*h/100km）
12
16
15
由于我国的能源构成以煤炭为主，目前火力发电量占比重80%以上，因此以火电发电作为计算火电效率的主要计算依据。
其发电效率为37%。
根据《2009年中国工业化蓝皮书》，火力发电线路损失率是6.5％，全国电网输电损耗率为6.97%。
因此计算电动汽车能耗:
电动汽车百公里能耗为
车辆类型
小型车
紧凑型车
中型车
平均数
d耗电量（kw*h/100km）
12
16
15
14.33333333
等效热量（kj）
118083.7226
157444.9635
147604.6532
141044.4464
5.1.3混合动力汽车的能耗
根据中国汽车网上查到的数据，我国的混合动力汽车百公里油耗分别为：
车辆类型
小型车
紧凑型车
中型车
中大型车
豪华车
平均值
耗油量（L/100km）
4.4
4.7
3.5
3.5
9.05
5.03
根据5.1.1的推导，我们得出：
车辆类型
小型车
紧凑型车
中型车
中大型车
豪华车
平均值
耗油量（L/100km）
4.4
4.7
3.5
3.5
9.05
5.03
等效热量（kj）
139392
148896
110880
110880
286704
159350.4
5.1.4三类车的能耗比
从上述数学模型及计算得出如下的三类车能耗对比表格
车类
传统汽车
电动汽车
混合动力汽车
百公里能耗（kj）
342278.6
141044.4
159350.4
以上表格易看出混合动力汽车能耗最低，传统汽车能耗最好，混合动力汽车节能效果最好!
5.2问题2的模型建立
5.2.1传统汽车的寿命周期成本
5.2.1.1传统汽车全寿命周期成本分析
传统汽车的全寿命周期成本由购置成本、驾驶与维护成本以及报废处理成本、环境成本等构成。
（1）购置成本
购置成本是一次支出或集中支出在短期内的支出费用，包括传统汽车的购置成本购置过程中的费用两部分。
（2）驾驶成本
驾驶维护成本是指消费者接受传统汽车之后，在传统汽车使用、维护以及保障方面所需的费用。
是保障传统汽车正常运行而支付的费用，包括燃油费用，车辆保养费用、维护费用、备件保障费用、保险费用、养路费等。
（3）报废处理成本
报废处理成本是指传统汽车报废之后进行各种善后处理所需的费用。
（4）环境成本
环境成本是指在开采、生产、运输、使用、回收和处理商品所造成的环境污染和生态破坏所需要的不错费用。
5.2.1.2传统汽车全寿命周期成本模型构建
以传统汽车的全寿命成本模型主要包括四大块，购置成本模型、驾驶维护成本模型、报废处理成本模型、环境成本模型。
1）购置成本模型
传统汽车购置成本包括汽车价格和其它附加费用，计算模型为：
…………………………
（1）
式
（1）中P为传统汽车原价，C为购置牌照费用和相关手续费之和。
2）驾驶维护成本模型
………………
（2）
式
（2）中CM是驾驶维护成本；CM2为传统汽车零部件维护成本；P1是汽油价；L是传统汽车的百公里耗油。
3）报废处理成本模型
传统车辆汽车使用够十五年就需要进行白费处理。
在这个过程中产生的成本就称为报废处理成本，同时又会有一些零部件可回收利用，因此将报废处理成本和
备残值作为一项整体费用CDR。
计算模型为：
…………………（3）
式（3）中：
CDR为报废处理成本；R为报废年限（万公里）；CA为车辆购置价格；CS为回收残值。
4）环境成本模型
消费者在使用传统汽车的过程中，车辆排放了大量的污染物，主要包括二氧化碳、一氧化碳。
二氧化硫等，其对空气造成严重污染已成为空气的主要污染源之一。
消费者在使用传统汽车的过程中，其效用得到了满足，而传统汽车排放的有害气体对社会造成危害，这就涉及环境的外部性原理。
消费者使用汽车对外部环境造成污染的责任主体是消费者，作用主体却是社会，这是一种显著的外部不经济行为。
污染者（消费者）应为其行为支付全部成本。
因此，消费者就必须考虑到环境外部成本。
借鉴丹麦征收能源税的措施，在此构建环境成本模型：
………………………（4）
式（4）中：
CE为环境成本，r为能源效率税；L为传统内燃汽车每百公里的油耗。
综上我们可以得到传统汽车全寿命周期成本为：
………（5）
式（5）中；LCC为消费者传统汽车的全寿命周期成本；CA为购置成本；CM驾驶维护成本；CDR为报废处理成本；CE为环境成本。
5.2.2电动汽车全寿命周期成本模型构建
以电动汽车的全寿命周期成本为基础，按照分布、分阶段构建电动汽车全寿命周期成本模型。
它主要包括购置成本模型、驾驶维护成本模型、报废处理成本模型、环境成本模型四大模型。
分别构建过程如下：
（1）购置成本模型
电动汽车的购置成本和传统汽车的购置成本基本相同，其计算模型为：
……………………………（6）
式（6）中：
P为电动车原价；C为购置牌照费用和相互手续费用之和。
（2）驾驶成本模型
消费者购买电动车后就进入了使用阶段，也即驾驶维护阶段。
驾驶维护费用
在LCC中所占比例一般为50%至60%，故该阶段的成本模型是构成LCC模型的关
键。
这一阶段的成本主要由运行成本和维护成本构成，即
……………（7）
式（7）中，CM’为驾驶维护成本；CO为电池运行成本；CM1为电池维护成本：
CM2’为电动汽车其他零部件维护成本。
电动车的运行成本主要就是充电费用（即电价）和电池费用，可表示为：
………………………（8）
式（8）中：
CO为电池运行成本；Dcd为单位充点电价（元/度）；N为车辆每百公里充电电量；T为电池充电效率
（3）维护成本模型。
维护成本主要包括对电池的维护和对电动汽车其他部件的维护，而电池的维护是电动汽车维护的关键所在，这直接关系到电池的可靠性问题。
在此引入可靠度的概念，以可靠度为基础构造电池维护成本模型。
可靠度是“电池在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率”。
在此问题中可靠度主要是指电动汽车充电电池的可靠度，其定义如下：
式中：
t为规定的时间；T为电池寿命。
则：
R（t）则的估计值为：
……………………（9）
电池的可靠性是电动汽车的LCC决定性因素之一，它与购置成本、运行维护成本以及LCC之间的定性关系可以用图3来描述，其中R*表示最低是对应的可靠度。
电池维护费用计算公式如下：
………（10）
式（10）中：
T为电动汽车的使用年限；MTTF为电池的使用年限；
为T时间内所需更换电池组数量；P为电池单价；CMCCRC为设备更换时维修电池所耗人工、材料费。
（4）报废处理成本模型
电动汽车使用够一年限后需要进行报废处理，在这个过程中产生的成本就称为报废处理成本，同时又会有一些零部件可回收利用，因此将报废处理成本和设备残值作为一项整体费用CDR。
计算模型为：
……………………………（11）
其行为支付全部成本。
因此，消费者就必须考虑到环境外部成本。
借鉴丹麦征收能源税的措施，在此构建环境成本模型：
……………………………………（12）
式（12）中：
CE为环境成本，r为能源效率税；L为内燃汽车每百公里的油耗。
纯电动汽车以电能为动力，在行驶过程中没有尾气排放，消费者就不需要承担环境成本。
由以上分析可得，消费者拥有电动汽车的全寿命周期成本（不考虑资金的时间价值），LCC模型如下：
………（13）
式（13）中：
LCC’为消费者拥有电动汽车全寿命成本；CA为购置成本；CM’为驾驶维护成本；CDR为报废处理成本；CE为环境成本（对于消费者而言，纯电动汽车的CE近似为零）。
5.2.3混合动力汽车使用成本模型
（1）混合动力汽车使用成本研究
在国家节能减排政策的推动下，混合动力汽车已经越来越成为汽车行业应对能源危机的热点之一，混合动力就是指汽车使用汽油驱动和电力驱动两种驱动方式。
优点在于车辆启动停止时，只靠发电机带动，达到一定速度，发动机开始工作，因此，便能使发动机一直保持在最佳工作况状态。
动力性好，排放量很低。
而且电能的来源都是发动机，只需加油即可。
（2）混合动力汽车使用成本模型
图4混合动力汽车基本原理
所以对于混合动力汽车的全寿命成本就可以参照传统动力汽车和电动汽车的全寿命成本模型。
……………（14）
式（14）中：
LCC为消费者拥有电动汽车全寿命成本；CA为购置成本；CM为驾驶维护成本；CDR为报废处理成本；CE为环境成本。
5.3问题3的求解
5.3.1问题3的分析
本问题是将问题2具体化，将问题2的模型加以应用，用具体的车型和数据算出各种车型的使用成本。
5.3.2问题3的数据
由于各种汽车厂商的生产技术，信誉，对利润的要求都不尽相同，所以在选取车辆的时候，就选取了相同生产厂商生产的汽车进行比较。
选取具体三类汽车天我们分别是：
汽车种类
使用成本
BYDF3
（传统汽车）
BYDF3DM
（混合动力汽车）
BYDE6
（纯电动车）
车辆价格P（万元）
7.03
14.98
36.98
百公里耗油L（L）
7.97
3.5
0
百公里耗电
需要冲的电（KWh）
0
0
20
保养b（元/年）
2000
2000
2000
保险e（元/年）
3600
3600
3600
年检c1（元/年）
100
100
100
维修f（元/年）
1400
1400
1400
残值率cs
5%
5%
5%
牌照费
1000
1000
1000
车辆购置税
10%
10%
10%
以下是能源的单价：
汽油单价P1（元/L）
7.470
电费单价P2（元/KWh）
0.573
5.3.3问题三模型的求解
由
，和上面的的数据可以求出这三种汽车的全寿命成本。
由于我们国家没有关于这方面环境污染的税收，所以上述公式中的CE=0
项目
BYDF3
BYDF3DM
BYDE6
使用年数
传统汽车使用成本（万元）
混合汽车使用成本（万元）
电动汽车使用成本（万元）
1
10.1235
18.8608
44.083
2
12.0242
20.0937
45.048
3
13.9249
21.3266
46.013
4
15.8256
22.5595
46.978
5
17.7263
23.7924
47.943
6
19.6271
25.0253
48.908
7
21.5278
26.2582
49.873
8
23.4285
27.4911
50.838
9
25.3292
28.724
51.803
10
27.2299
29.9569
52.768
11
29.1307
31.1898
53.733
12
31.0314
32.4227
54.698
13
32.9321
33.6556
55.663
14
34.8828
34.8385
56.628
15
36.7335
36.1214
57.593
由模型求解得到的数据可知:
1在汽车使用的前13年，传统汽车的使用成本最低；
2在使用汽车的14-15年，混合动力车的使用成本最低；
3在使用十五年内，电动汽车汽车的成本一直是最高；
4一般私家车的强制报废年限是15年，所以综合比较传统动力汽车的使用成本最低；
结合问题1可知，若要促进低碳经济的发张就要不断提高技术，降低新型车的价格。
模型结果与实际比较贴近，通过观察得出的结果，参考生活中的实际情况，有这些可以看出，分析建模的结果与实际是非常接近的。
另外通过改变适当的量也可以做出类似的检验，均符合现实。
5.4问题4的模型建立与求解
5.4.1问题4的分析
三类汽车所占市场份额直接受人们选择购买三种车型比例的影响，而影响人们选择购买三种车型的因素主要有当前油价、电价、汽车能耗、购买成本、使用成本，考虑用层次分析法来确定人们对三种车型的偏好程度。
首先需确定目标层：
选择购买的车型；而准则层为当前油价、电价、汽车能耗、购买成本、使用成本；方案层为需要选择购买的三种车型，即传统汽车、电动汽车、混合动力车。
5.4.2模型4的建立
下面使用层次分析法来分析消费者选择传统汽车、电动汽车和混合动力汽车在理性选择时每个汽车所占的权重.
1.建立层次结构模型
目标层
汽车类型选择
准则层
能
耗
生
产
成
本
使
用
成
本
方案层
传统汽车
电动汽车
混合动力汽车
图7汽车选择的层析结构
2．构造成对比矩阵
我们用表示Z1,Z2,Z3能耗，生产成本，使用成本3个准则；用V1,V2,V3表示传统汽车，电动汽车，混合动力汽车这3个方案层。
通过翻阅图书资料还有人们凭借自己的知识和经验进行判断，构造一个三阶的成对比较矩阵:
3.一致性检验
明显的可以看出成对比较矩阵不是一致矩阵。
n阶一致矩阵的特征根n时;有定理又表明，n阶正反矩阵的最大特征根s≧n，而s=n当时是一致阵。
定义一致性指标CI.
通过matlab软件可以求得最大特征值s=3.0015对应的归一化特征向量即权向量w=（0.4367，0.3533，0.2100）.
由此可以算的一致性指标.
用过查阅随机一致性指标,当n=3时，RI=0.58
由此可以算的一致性比率
带入数据可以算的CR=0.00013<0.1，因此一致性检验通过。
此时我们已经得到了第二层（准则层）对第一层（目标层）的权向量，记做:
。
用同样的方法构造第3层对第2层的每一个准则的成对比较矩阵，不妨设它们为B1,B2,B3
由于n=3时随机一致性指标RI=0.58，所以上面的CIk均可通过一致性检验。
下面的问题是由各准则对目标权向量W2和各方案对每一准则的权向量W3,计算各方案对目标的权向量，称为组合权向量。
记作W用矩阵的形式表示出来:
×
得到矩阵
，即组合权向量。
于是我们就知道方案V1在目标中的组合权重是0.42682，方案V2在目标中的组合权重为0.24513，V3在目标中的组合权重为0.3342。
下面用上面所使用的层次分析模型来分析问题。
很显然当汽油价格在较小的范围内变动时，三类汽车所占市场份额几乎没有什么变化。
随着经济的高速发展，根据预测曲线，汽油的价格在未来较长一段时间不会下降，相反汽油的价格会越来越高，在这样的情况下，传统汽车所占的市场份额会缓慢的减少，但终究会停留在一个稳定值。
随机科学技术的不断提高，电动汽车和混合动力汽车的技术不断成熟，而且优势相当明显，再由于经济学中的边际效应原理，电动汽车和混合动力汽车的市场份额都会增加，但是混合动力汽车的份额增加比电动汽车份额增加更加明显。
5.5问题5的解决
我们就从前面几个问题的分析，解决后，找到三类车辆的使用成本差异，以及性能差异，对于不同的购买群体，下面提出我们的建议。
对于事业刚起步的单身白领或者经济基础不雄厚的年轻夫妻，安全和舒适比较重要，当然外观漂亮也很重要。
他们对市场格局不明,观望是最好选择,然后再选择一个经济省油的小型汽车,甚至可以选择一辆二手汽车作为代步工具。
而对于打拼多年的都市白领，或者幸福美满的三口之家，他们对车往往有品牌要求，空间大、技术较先进、外观时尚的中级车是比较符合他们的要求的。
对于某企业的中层领导或者事业渐入佳境的中小企业主，意向车型价格在20万到30万元,排量2.4L到3.0L,外观要大气，在能满足商务活动之需时，还要能照顾家庭成员的用车需求,所以售后服务完善的中高档汽车比较符合他们的要求。
车型，性能，燃油性，安全性都是要考虑得因素,但是越节能的车型越能得到消费者的认可。
在油价居高不下的趋势下,对于热爱环保的人士或者经济宽裕的人而言，混合动力汽车,电动汽车是他们最合适的选择。
六模型的
升级会员 