 | Redelbach M. Entwicklung eines dynamischen nutzenbasierten Szenariomodells zur Simulation der zukunftigen Marktentwicklung fur alternative PKW-Antriebskonzepte: Diss. … Dr.-Ing. / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Fahrzeugkonzepte, Stuttgart. - Köln: DLR, 2016. - XXIII, 226 S.: Ill., Tab. - (Forschungsbericht; 2016-12). - Res. auch engl. - Literaturverz.: S.180-197. - ISSN 1434-8454
Шифр: (Pr 1120/2016-12) 02
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Danksagung .................................................... III
Kurzfassung/Abstract ........................................... IV
Inhaltsverzeichnis ............................................. VI
Abbildungsverzeichnis .......................................... IX
Tabellenverzeichnis ........................................... XVI
Abkürzungsverzeichnis ......................................... XIX
Formelzeichen ................................................. XXI
1 Einleitung ................................................. 1
1.1 Aktuelle Herausforderungen für die Automobilindustrie und
Problemstellung der Arbeit ................................. 1
1.2 Stand der Forschung ........................................ 3
1.3 Zielsetzung der Arbeit ..................................... 6
1.4 Aufbau der Untersuchung .................................... 8
2 Technische und methodische Grundlagen der Arbeit ............ 10
2.1 Der deutsche PKW-Markt .................................... 10
2.1.1 Marktentwicklung und Marktzusammensetzung .......... 10
2.1.2 Gesetzliche Rahmenbedingungen zur CO2-Regulierung .. 12
2.2 Fahrzeugtechnische Grundlagen ............................. 15
2.2.1 Definition und Stand der Technik alternativer
Antriebskonzepte ................................... 15
2.2.1.1 Hybridantrieb .................................. 16
2.2.1.2 Elektroantrieb ................................. 17
2.2.1.3 Wasserstoffantrieb ............................. 18
2.2.1.4 Erdgasantrieb .................................. 19
2.2.2 Bewertung des Energieverbrauchs konventioneller
und elektrifizierter Antriebe ...................... 19
2.3 Methodische Ansätze zur Modellierung von
Kaufentscheidungen ........................................ 23
2.3.1 Grundlagen der mikroökonomischen Konsumtheorie ..... 23
2.3.2 Nutzenbasierte Modelle diskreter Entscheidungen .... 25
2.3.2.1 Grundlagen diskreter Entscheidungsmodelle ...... 25
2.3.2.2 Mathematische Formulierung diskreter
Entscheidungsmodelle ........................... 26
2.3.2.3 Anwendung auf den PKW-Markt .................... 29
2.3.3 Kostenbasierte Fahrzeugmarktmodelle ................ 31
3 Konzipierung eines nutzenbasierten Szenariomodells zur
PKW-Marktsimulation ....................................... 33
3.1 Der Fahrzeugmarkt als reales System und Modellbildung ..... 33
3.1.1 Fahrzeugangebot .................................... 34
3.1.2 Fahrzeugnachfrage .................................. 37
3.1.3 Externe Einflussfaktoren ........................... 39
3.2 Konzeptioneller Aufbau des Fahrzeugmarktmodells ........... 41
3.3 Systemarchitektur und eingesetzte Software ................ 42
4 Untersuchung und Modellierung relevanter
Fahrzeugeigenschaften ..................................... 45
4.1 Energieverbrauch und fahrdynamische Eigenschaften ......... 45
4.1.1 Fahrzeugsimulation mit Dymola und SimVeC ........... 45
4.1.2 Konfiguration und Validierung der Fahrzeugmodelle .. 48
4.1.3 Energieverbrauch ................................... 50
4.1.4 Einfluss des Fahrzeuggewichts auf den
Energieverbrauch ................................... 52
4.1.5 Beschleunigungsverhalten ........................... 55
4.1.6 Fahrzeugreichweite ................................. 57
4.1.7 СО2-Emissionen ..................................... 58
4.2 Fahrzeugkosten ............................................ 61
4.2.1 Das Total-Cost-of-Ownership-Modell .................. 61
4.2.1 Anschaffungskosten ................................. 62
4.2.2 Wiederverkaufswert ................................. 67
4.2.3 Betriebskosten ..................................... 68
4.3 Effizienztechnologien ..................................... 71
5 Untersuchung und Modellierung relevanter
Nutzercharakteristika ..................................... 74
5.1 Nutzersegmentierung und sozioökonomische Faktoren ......... 74
5.2 Analyse des Fahrverhaltens ................................ 77
5.2.1 Jahresfahrleistung ................................. 78
5.2.2 Verteilung der Tagesfahrstrecken und elektrischer
Fahranteil ......................................... 79
5.2.3 Fahrgeschwindigkeit und Zyklusmix .................. 83
5.3 Analyse der Fahrzeughaltedauer ............................ 85
5.4 Analyse der Präferenzen und Zahlungsbereitschaft
beim Fahrzeugkauf ......................................... 88
5.4.1 Verteilung der Präferenzen innerhalb der
Käuferschaft ....................................... 89
5.4.2 Ermittlung der durchschnittlichen
Zahlungsbereitschaft ............................... 91
5.5 Nutzergenerierung im Marktmodell .......................... 96
6 Modellierung der nutzeroptimalen Antriebsauslegung und
Antriebsauswahl .......................................... 100
6.1 Optimierung der Antriebskonfiguration .................... 100
6.1.1 Einsatz von Effizienztechnologien im Fahrzeug ..... 101
6.1.1.1 Ermittlung von Kostenkurven ................... 101
6.1.1.2 Kostenoptimale Auswahl von
Effizienztechnologien ......................... 106
6.1.2 Dimensionierung der Batteriegröße ................. 109
6.1.2.1 Methode zur kostenoptimalen Auslegung der
Batterie ...................................... 110
6.1.2.2 Optimierung der Batterie für unterschiedliche
Nutzertypen ................................... 111
6.2 Multikriterielle Bewertung der Fahrzeugeigenschaften ..... 115
6.3 Modellierung der Kaufentscheidung ........................ 119
6.3.1 Lineare Nutzenfunktion ............................ 120
6.3.2 Nichtlineare Nutzenfunktion ....................... 126
6.3.3 Least-Cost-Ansatz ................................. 127
6.3.4 Einfluss der Infrastrukturverfügbarkeit ........... 128
6.4 Berechnung des Gesamtmarktes ............................. 130
6.5 Modellvalidierung ........................................ 132
6.5.1 Validierung anhand historischer Marktdaten ........ 132
6.5.2 Validierung anhand des realen Kaufverhaltens ...... 136
6.5.3 Vergleich und Wertung der untersuchten Ansätze .... 137
7 Anwendung des Szenariomodells auf den deutschen PKW-
Markt .................................................... 139
7.1 Szenariodefinition ....................................... 139
7.2 Szenarioauswertung ....................................... 142
7.2.1 Entwicklung des Marktanteils alternativer
Antriebstechnologien .............................. 143
7.2.2 Flottenemissionen und Energieverbrauch ............ 146
7.2.3 Entwicklung der Fahrzeugkonfiguration ............. 148
7.2.4 Fahrzeug- und Mobilitätskosten .................... 151
7.2.5 Einfluss der Nutzercharakteristika auf die
Fahrzeugwahl ...................................... 153
7.3 Sensitivitätsanalyse ..................................... 156
7.3.1 Einfluss der Kraftstoff- und Energiepreise ........ 156
7.3.2 Einfluss politischer Steuerungsinstrumente ........ 159
7.3.3 Einfluss der Zahlungsbereitschaft von PKW-Käufern . 161
7.3.4 Einfluss der untersuchten Nutzerpopulation ........ 164
7.3.5 Einfluss des Modellansatzes ....................... 166
7.4 Vergleich der Untersuchungsergebnisse mit anderen
Studien .................................................. 168
8 Zusammenfassung und Ausblick ............................. 172
8.1 Methodik und Modellansatz der Arbeit ..................... 172
8.2 Zentrale Ergebnisse der Szenarioanalyse .................. 173
8.3 Ableitung von Handlungsempfehlungen für Politik und
Industrie ................................................ 175
8.4 Zukünftiger Forschungsbedarf ............................. 177
Literaturverzeichnis .......................................... 180
Anhang A: Fahrzeugdaten ....................................... 198
Anhang B: Nutzerdaten ......................................... 207
Anhang C: Modellbildung ....................................... 213
Anhang D: Szenarioauswertung .................................. 220
Lebenslauf .................................................... 226
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