综合评价体系在整车动力匹配计算中的应用

张辉（上海柴油机股份有限公司，上海200438）

综合评价体系在整车动力匹配计算中的应用

张辉
（上海柴油机股份有限公司，上海200438）

最优的动力传动系统必须兼顾整车的动力性和经济性，如何从众多的动力传动系统中选择出适合某型客车的最优动力系统配置一直是大多数客车厂家比较关心的问题。本文通过建立某种综合评价体系，将各种相互制约的评价指标统一为唯一的评价标准，使得动力传动系统的选择更加的简单直观。

客车 动力匹配 综合评价体系 权重

1　前言

汽车动力传动系统优化匹配计算的关键是如何从众多的计算方案中选择出最优的方案。传动系统的优劣是由一系列的动力性和经济性的评价指标来确定的，由于各种评价指标考虑的侧重点不同，所以经常会出现满足了经济性的要求，整车动力性会急剧恶化的情况［1］。因此为了对动力传动系统进行合理的评价，必须建立起一套行之有效的综合评价体系。通过这个评价体系，能够将各种相互制约的评价指标统一到一个唯一的衡量标准。这样整车的动力性、经济性以及排放性能不再是孤立存在的，而是有效的整合在一起。

综合评价体系的评价指标有很多，分别从不同的层面上反映了整车的动力性、经济性及排放性能，因此一个综合评价体系必须要充分考虑这些不同评价指标的影响程度。但是每种评价指标也有着各自不同的量纲，想建立统一的衡量标准，首先就要统一量纲。各项性能指标在统一量纲后，输入预先设定好的目标函数，通过加权平均后，就可以得到各评价指标的无量纲系数。这些无量纲系数是通过加权的方法得到，而不同指标的权重也真实地反映了该指标在整个系统中的重要程度，所以这种做法不断地在实践中被证明其简单有效性。

2　评价体系的建立

客车综合评价体系的建立主要包括以下3个部分：（1）确定动力传动系统的评价指标；（2）统一各种评价指标的量纲，使其都变成无量纲系数；（3）确定各评价指标在系统中的权重比例。下面将以某中型客车的动力总成为例，具体介绍评价体系的建立。

2.1动力总成评价指标的确定

动力总成的综合评价体系是由若干个不同评价指标构成，对于整车性能而言评价指标主要包括动力性指标、经济性指标、排放性指标［2］。本文所研究的综合评价体系主要讨论动力性指标和经济性指标。

（1）动力性指标：主要包括最大爬坡度、最高车速、0～100 km/h和60～100 km/h的加速时间等；

（2）经济性指标：包含多工况行驶循环油耗、100 km/h和50 km/h的等速百公里油耗；

（3）排放性指标：排放性指标是关乎整车能否正常营运的必要条件，目前国内强制实施的是国Ⅳ排放标准，而在上海、北京等地已经提前进入国Ⅴ排放阶段。

从指标类型上区分，评价指标可以分为强制性指标和优化性指标。强制性指标是指该指标对于动力传动系统评价是作为必要条件存在的，如排放指标必须达到，否则车型就不能投入营运。又如最大爬坡度要求，如果最大爬坡度偏小，就有可能在车辆营运过程中出现坡道熄火情况。因此在统计计算数据时，所有不能满足强制性指标要求的配置都应被剔除。强制性指标的建立一般是根据计算的目标车辆的实际使用工况。本文所研究的中型客车，其主要使用工况是城际之间的旅游路线，因此强制性指标为以下3点：（1）25%＜最大爬坡度＜45%；（2）最高车速＞100 km/h；（3）60～100 km/h的加速时间＜60 s。

2.2评价指标的无量纲化

由上面内容介绍可知，综合评价体系中包含着众多的评价指标，而这些指标往往都具有不同的量纲标准，变化趋势也都有差异，如果直接使用必将造成评价的无序和混乱。以最高车速为例，变化趋势自然是车速越高越优，但是对于油耗而言，它的变化趋势就变成了越小经济性越优异。鉴于以上情况，所有进入评价体系的参数指标不仅需要进行量纲的同一处理，同时还要统一指标的变化趋势。要选定一个基准值作为参考，设为B，其余需要评定的参数为校验值，设为C。在这里基准值的选择没有特定的规定，但是对于综合评价体系得到的最终结果却存在较大的影响。一般情况下会按照类似车型的性能指标，或者按照用户提出的具体要求作为基准值。本次研究就是结合这两方面要求，选择的基础值为按照该客车实际动力配置构建的仿真模型计算出的参数，具体见表1。

表1　各评价指标基准值

确定好基准值，通过仿真模拟软件计算出的各种动力传动系统方案的指标，就可以通过校验值与基准值的差值，看出各种方案相对于基础要求的优劣程度，这里设定校验值与基准值的差值为W。之前曾经说到评价指标的变化趋势分为越大越好（简称“大指标”）和越小越好（简称“小指标”）两种，所以首先要将所有评价指标按照“大小指标”划分。分析本次研究的几种评价指标，循环油耗、等速油耗、加速时间归为小指标，而最大爬坡度和最高车速归为大指标。同时规定本次研究指标变化趋势为越大越好，所以对于大指标而言Wmax= C-B，这样的话当Wmax为正值，就说明校验值大于基准值，差值越大说明该方案越优秀；反之如果为负值，说明校验值小于基准值，负值越大，说明方案越差。而对于小指标而言Wmin=B-C，这样的话当Wmin为正值，就说明校验值小于基准值，差值也越大也同样说明越优秀，反之亦然。通过这样的处理有效地将两种变化趋势统一到一个趋势下。最后还要将差值W值除以基准值B，以此达到评价指标的无量纲化。由此可以得到对于各种评价指标的无量纲化公式：其中Q代表无量纲值，B代表基准值，C带表校验值［3］。

大指标的无量纲化：Qmax=（C-B）/B小指标的无量纲化：Qmin=（B-C）/B

2.3评价指标在评价系统中权重的划分

最后需要讨论分析评价体系第三个组成部分，各个评价指标权重系数的划分。目前对于评价体系中各指标的权重分配没有明确的理论指导，一般都是基于整车的匹配经验以及用户的使用要求。简单地说，就是该车型的各项指标在市场和用户心中关注的重要程度。占主导地位的指标会影响市场的接受程度以及用户的购买意愿，那么这些指标在评价体系中就要占有比较大的权重，而那些次要的指标，占有的权重就会稍微小些。因此获取这方面的资料，是建立一个有实际意义的评价体系的前提。

根据前面的介绍，影响整车性能的评价指标主要包括动力性、经济性和排放性能3个方面。这3项内容是看成构成评价体系的最基础的指标，可以称之为一级指标。进一步分析可以看到，构成一级指标的是一些更加细分的指标，如经济性指标中还可细分为等速油耗、多工况循环油耗，动力性指标则可分为最高车速、最大爬坡度以及加速时间等等。这些细分指标可以使评价体系更加的精确化，因此这些细分的指标也是要研究的对象，称之为二级指标。这里设定综合评价系数为σ，动力性指标权重为P，经济性指标权重为C，排放性能指标权重为E，那么这3项一级指标权重之后即为综合评价体系σ：

σ=P+C+E =1

以上3种指标的权重之和为1，这样的话增加某一项的权重，必然会对另外的两项权重产生影响。可以根据市场定位和用户使用要求，调整3项内容的权重比例，以便制定出一套适合于目标用户的动力传动系统的评价体系。以动力性指标P为例，最高车速、最大爬坡度、加速性能及超车性能等二级指标权重之和亦为1，代表了各二级指标在所属一级指标中所占据的重要程度，其中最高车速为P1，最大爬坡度为P2，加速时间为P3，超车时间为P4，则有

其中，n代表每项一级指标所包含的二级指标的数量。

同样如果某项二级指标关注点加重，只需要调整其在一级指标中的权重即可，无需再对具体评价指标做出修改，即维持了评价体系的整体性，也方便使用操作。

本文在研究综合评价体系中，排放性指标在发动机开发过程中已经得到了满足，因此在一级权重的分配上不用再考虑。而从满足市场和用户的需求角度上考虑，经济性指标无疑要高于动力性指标。但是良好的动力性对于研究的中型旅游客车又是必要因素，所以在权重分配中，经济性指标占60%，动力性指标占40%。对于动力性的二级指标，最高车速、60～100 km/h的加速时间指标各占30%权重，最大爬坡度、0～100 km/h的加速时间各占20%的权重［4］。由此可以得到各评价指标在整个评价体系中所占的比重，见表2。3综合评价体系在实际匹配计算中的运用

表2　不同评价指标在评价体系中所占权重

按照上节所说的步骤，就可以建立起一个有效的评价体系。下面结合某个实际的中型客车，来介绍评价体系在实际工作中的运用。

首先需要根据实际客车的动力配置，利用Cruise软件构件模拟计算的模型。其次确定进行匹配计算的动力系统各组成部件的样本数量，选择5种发动机、5种变速箱、5种主减速器作为变化因子，根据排列组合形成了125种样本。利用Cruise仿真计算软件，可以方便地计算出每种样本的各种评价指标。结合上节制定的强制性指标的要求，从这125种样本中，剔除不符合强制性指标的样本，剩下93种样本，可以进入评价体系进行分析。最后利用上节介绍的内容，将这93种样本的评价指标值，分别进行去量纲化和权重加乘，就可以得到每种样本配置的综合评价系数，见图1。

图1　动力传动系统综合评价系数图

评价系数为正值，数值越大说明综合性能越优秀；评价系数为负值，负值越大说明综合性能越恶劣。由此可以找出最优方案的评价系数为3.08%，最差方案的评价系数为-11.91%。

在表3中整理了基础模型和最优配置模型（序号23）的各评价指标的值。从对比数据可以看出，最优配置的各项经济性指标均优于基准值，优化程度最大的是车速为50 km/h时的等速油耗，优化率达到了7.8%。动力性指标中最大爬坡度优率达到15.5%，其他动力性指标都接近基准值，因此选用23号方案可以在充分保证整车动力性的前提下，最大地提升整车的经济性，同时证明该评价体系是行之有效的。

表3　基础模型和最优模型优化对比

4　结论

本文简单探讨了综合评价体系的建立以及在实际配套中的应用。由于整车的经济性和动力性在进行动力匹配时存在一定的相互制约作用，所以合理地运用综合评价体系，可以方便而快捷地从复杂的动力传动系统配置中快速地找出最适合目标车型实际工况的动力配置。由上面的实例可以看出，根据综合评价体系选出的最优配置，在保证整车动力性不差于基础模型的条件下，所有的经济性指标都有了一定程度上的增加，很好地兼顾了经济性和动力性。因此在主机厂进行模拟计算分析新车动力系统配置时，需要通过充分合理的研究，制定出符合产品要求的评价体系，可以使匹配工作事半功倍。

［1］岳惊涛，廖苓平，彭莫.汽车动力系统的合理匹配评价［J］.汽车工程，2004，26（1）：102.

［2］张京明，温新.汽车动力型与燃油经济性评价指标的研究［J］.山东工程学院学报，1997，11（2）：39-40.

［3］张京明，周金宝.汽车动力性燃油经济性的综合评价［J］.汽车工程，1996，18（1）：51-53.

［4］刘疆.公交客车动力传动系统优化匹配［D］.同济大学，2007：61-68.

The Application of Comprehensive Evaluation System in Vehicle Power Matching Calculation

Zhang Hui
（Shanghai Diesel Engine Co.，Ltd.Shanghai200438，China）

Optimal power transmission system must take account of the power and economy of the vehicle.For a certain type ofbus configure bestpower system is bus companies the mostattention problem. In this paper，a comprehensive evaluation system is established，and the evaluation criteria of the mutual constraints are unified as the only evaluation criteria，which makes the selection of power transmission systemmoresimpleand intuitive.

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10.3969/j.issn.1671-0614.2016.02.003

来稿日期：2015-09-14

张辉（1976-），男，工程师，主要研究方向为动力传动系统匹配研究。