基于层次分析法的新能源汽车驱动技术评估①

谢迪凡， 熊 璐

(1.同济大学中德学院，上海200092，2.同济大学汽车学院，上海201804)

0 引言

2012年是中国新能源汽车，尤其是电动汽车发展的重要一年.在经过多年大规模的研发制造、整车上市、示范运行、财政补贴之后，遇到了来自技术和市场的各种问题和挑战，比如关键零部件量产的可靠度、汽车续航里程、动力蓄电池安全性等.基于现状，政府和汽车工业界对于新能源汽车发展的指导思想产生了较大的转变［1］.插电式混合动力汽车，作为技术上最接近纯电动汽车的新能源汽车，取代了传统混合动力汽车，成为了实现纯电动汽车大批量生产之前的最好的过度技术.目前已有多款插电式混合动力量产并上市，比如丰田的插电式普锐斯、通用的沃蓝达等.

从欧美日等发达国家汽车制造商的技术引进和整车开发过程来看，对自身掌握或者拥有的先进技术进行评估和市场预测一样，对企业的产品创新和利润创造起到了极其重要的作用.目前，关于新能源的技术评估的研究，大多数是通过为数不多的几个指标进行评估，不能够全面地、动态地反映新能源汽车，尤其是电动汽车产业化的特殊需求.另外，鉴于目前新能源汽车发展趋势逐渐明朗，可以集中针对几款具有量产前景的车型进行评估.本文针对插电式混合动力、纯电动、燃料电池汽车，通过层次分析法进行动态评估，从制造商的角度分析了新能源汽车量产的趋势.

图1 技术管理过程［3］

1 技术评估和评估模型

1.1 技术评估

技术评估，又称技术评价、科技评估，广义上是指对某种技术可能带来的各种社会影响进行定性定量的全面研究，从而对其利弊得失做出综合评价的技术［2］.本文中的技术评估，属于企业经营决策的范畴之中，它是企业技术管理过程中关键的一部分.

图1以企业经营策略为背景，介绍了整个技术管理过程中的各个步骤.技术评估贯穿于整个流程之中，并且受到企业的技术和竞争策略的影响.在大多数研究中，技术评估被归于技术规划之中［3］.一般而言，从技术早期发现开始，企业有多款经过研究的技术方案可供选择，企业会在技术规划时选出综合评估后评分最高的一款或者几款技术方案，并展开进一步的开发.

图2 新能源驱动技术评估的AHP模型

图3 各个判断矩阵的偏差一致性计算

图4 2012－2028年四种不同驱动方案的动态评估

1.2 层次分析法

层次分析法(analytic hierarchy process，AHP)是美国国家工程院院士Saaty教授提出的一种多指标决策分析方法.该方法广泛应用于工程、经济、军事、政治、外交等领域，是一种定量分析与定性分析相结合的有效方法.它在对于复杂的决策问题的本质、影响因素及其内在关系等进行深入分析的基础上，把复杂问题分解成各个组成因素，并将这些因素按所属的关系层层分组形成层次结构，最终形成目标层、决策层和方案层等［4］.

评估采用的AHP模型考虑了企业在技术规划决策时的各大因素，考虑了新能源汽车的特殊性，比如对续航里程较短、充电时间长、基础设施不足、动力蓄电池技术成熟度和可靠性较低等，挑出了关键因素作为评估指标.各级评估指标在其上一级指标中都有相应的权重，评分过程结合权重逐级向高层进行.

如图2所示的AHP模型，以企业效益最大化为目标，拥有三级不同的评估指标，即三个决策层.一级决策层中的指标为企业外部因素和内部因素.两个二级指标全部归属于企业内部因素，其中技术因素反映了整车的综合性能，成本因素体现了企业的投入.其余指标都属于三级指标，其中税费、燃料费用、基础设施直接隶属于作为一级指标的外部因素;材料费用、研发费用、营销费用属于成本因素;另外7个三级指标属于技术因素，其中的加油时间，对于电动和燃料电池汽车而言分别是充电和加氢时间.方案层中有三种不同类型的新能源汽车，另外，传统内燃汽油机汽车为参考车型列入其中，以便比较分析.

2 动态技术评估

2.1 评估流程

评估中选择了四款已在国外量产并具有较高影响力的汽车，各自代表一种驱动方案，在动态评估中，各个指标的权重以及各个方案在各个指标的评分，根据时间会产生变动.本文技术评估的时间段是2012至2028年，主要着眼于近期(2012)、中期(2020)、远期(2028)三个时期.

利用AHP模型评估时，首先计算各个评估指标的权重.一般采用 Saaty“1 －9 标度法”［5］，通过两两比较列出判断矩阵方法确定每个层次中各个隶属于同一上级指标的指标权重.一般要计算各个判断矩阵的偏差一致性指数(C.I.)和随机性一致性比值(C.R)，如果 C.R.＜0.1，说明判断矩阵是可信的.

在不同时期的评估中，各项指标权重也是不同的.以第一级指标为例，由于新能源汽车的产业化对于加氢站、充电站等基础设施建设的依赖和对税费和油价的敏感，外部指标的权重会进一步扩大.三个不同时期的企业内外部因素指标的判断矩阵及权重如表1所示.

表1 不同时期的内外部因素的判断矩阵和权重

二级指标中，由于企业本身对于效益的偏重，成本因素比技术因素的重要性高许多，权重分别为0.875和0.125，并规定不随时间变动.与外部因素有关的三级指标中燃料(充电)基础设施相比于其他两个指标由于对用户接受程度有着决定性影响，因此权重也较高.在成本因素中，材料费用考虑到大批量生产的缘故，权重较高，而且三类成本的权重随时间保持不变;技术指标中，同样由于量产的缘故，可靠性的权重最高;加油时间和续航里程由于直接关系到用户对于新能源汽车的接受程度也拥有较高的权重.部分指标的权重如表2－4所示.

表2 外部因素下的权重

表3 成本因素下的权重

表4 内部因素下的权重

动态评估中，所有和权重计算相关的判断矩阵的偏差一致性指数如图3所示.

2.2 评估车型的基本指标评分

在确定了各指标的权重后，需要为每个方案在各个基本指标(即三级指标)下给出评分.基本指标根据评分对象的类型分为主观指标和客观指标.能给出明确的数值和单位的指标称作客观指标，比如行驶里程，其余为主观指标.关于主观指标的评分，可以通过专家打分的方式进行采用1－9档的评分制进行打分(1代表最差，9代表最好).对于应为近期、中期和远期的各项评分，通过专家打分的方法获得.具体评分如下表5和表6所示.

表5 汽油机和插电式混合动力各基本指标评分

表5所示，汽油机的多项指标考虑到未来发动机的小型化以及各项节能技术的采用，也将得到提升.Volt的燃料费用既包括油费、也包括电费.材料费用由于增加了动力蓄电池、电机和电控设备，将大大高于一般汽油机.预计，随着其整车技术成熟和蓄电池技术的提高，在未来10年内材料费用会大大降低［6］.

表6 纯电动和燃料电池汽车各基本指标评分

日产Leaf是最早量产的纯电动车之一，它的材料费用、续航里程、充电时间和可靠性主要取决于动力蓄电池技术的发展.由于电动汽车充电桩目前处于发展的初期，普及率很低，基础设施评分较低，结合近年来电动汽车的发展趋势，在未来一段时间内会有所改观.排放和能源费用主要由发电方式和电费决定.

燃料电池汽车，是四种技术方案中目前最不成熟的，近中期内没有大批量生产的可能性.小批量生产的FCX Clarity，目前还不能购买，只能在日美租用.燃料电池堆虽然有很大的研发潜力，但是价格非常昂贵，它对材料费用、可靠性、空间需求、续航里程有着较大的负面的影响，近期这些指标评分都相对较低.加氢站等基础设置，需要长期发展.随着中远期内燃料电池汽车的逐渐普及，燃料电池汽车的各项成本也会降低许多.

2.3 指标评分的规范化

得出了每个方案在各个指标下的评分后，由于各个指标下评分的量纲不同，需要做规范化处理.使各指标的评分在同一层次中具有可比性［7］.

主观指标评分，将每两个方案的评分两两相除，代入判断矩阵后即可计算出，如表7和表8.

表7 近期基础设施的规范化评分

表8 中期排放的规范化评分

客观指标的评分，由于一般都是正数，也采用每两个方案的评分两两相除再代入判断矩阵的办法.对于评分越高越好的指标，比如行驶里程，将两个评分相除的值直接代入矩阵，如表9.对于评分越低越好的指标，比如燃油费用，必须将两个评分相除后的倒数直接代入矩阵，如表10.

表9 近期行驶里程的规范化评分

表10 中期燃油费用的规范化评分

2.4 评估结果

将某时期的各项评分规范化后，乘以相应指标的权重且相加，可计算出各方案的总评分，如表11.

表11 近期各类方案的权重及其总评分

四款汽车的总评分和时间的关系如图4所示.其中，插电式混合动力和汽油机汽车有着接近的总评分发展，它们总体的发展上比其他两款处于领先地位.纯电动在近期量产的可能较低，燃料电池在近期几乎没有量产的可能，随着时间的推移，两者量产的可能性会不断增加.在2025年之后，电动汽车会一跃成为最有可能量产的车型.预计2028年三种新能源汽车和传统汽油车对制造商的重要性将并驾齐驱.

由于插电式混合动力与纯电动汽车同样拥有大容量的动力蓄电池、充电设备、电动机和电控设备等特点，插电式混合动力的发展，有助于电动汽车相关核心技术的发展.插电式混合动力与传统汽车一样也拥有内燃机，因此插电式混合动力的发展也不会对传统发动机产业产生较大的冲击.因此，发展插电式混合动力汽车，从长远角度看来，对企业开拓市场，创造效益有着重要的意义.

3 结论

从汽车制造商进行技术规划的视角出发，利用层次分析法，构建技术评估的动态模型，并确定了各层次指标在2012－2018年间不同时期权重，对三款新能源汽车的量产可能性进行动态评估，从而得出了插电式混合动力是未来20年内最有可能量产的新能源车型的结论.纯电动汽车在中远期会有较大的量产可能性，燃料电池汽车的量产需要更长的时间.

［1］国务院通知.节能与新能源汽车产业发展规划(2012―2020年)［R］.2012.

［2］刘仲康，郑明身.企业管理概论［M］.武汉大学出版社，2005:318.

［3］Schul，Klappert.Technologiemanagement［M］.Berlin/Heidelberg:Springer Verlag，2011:86，316.

［4］阮娴静.新能源汽车技术经济综合评价及其发展策略研究［D］.2010:116.

［5］吴旭燕.基于AHP的企业品牌危机模糊综合评价［J］.评价与预测，2005:1.

［6］麦肯锡报告.振兴中国电动汽车行业［R］.2012:10.

［7］Zimmermann/Gutsche.Multi－ Criteria Analyse Berlin/Heidelberg［M］.Springer Verlag，1991:86.