基于模糊评价的电动汽车多性能研究

刘佳瑜 赵伟 莫志遥

【摘 要】电动汽车是未来发展的热点，分析电动汽车的各性能，达到目标协同，效益最佳，有利于其市场推广。通过分析影响电动汽车安全、舒适、节能的因素，选取电池故障率、平稳性、比能耗等指标进行性能量化。建立电动汽车不同性能下以各评价指标为因素集的一级模糊评判模型，以指标权重为目标层，各指标下的因素为准则层计算。最后得到在安全性能评判上，40%的人认为很满意，20%认为满意，10%认为一般，20%认为不满意；舒适性能评判上，30%认为很满意，50%认为满意，40%认为一般，20%认为不满意。

【关键词】电动汽车；性能研究；层次分析法；模糊评价

中图分类号： U469.72 文献标识码： A 文章编号：2095-2457（2018）05-0060-002

【Abstract】Electric vehicle is a trend of future development. We analyze the performance indexes of electric vehicles by taking some factors like safety， to help it fit in the market. Set level fuzzy comprehensive evaluation model， and the index weight as goal， factor as the criterion layer index weight calculation. In the final analysis， 40.0% of the people were satisfied with the safety performance， 20.0% were satisfied， 10.0% thought that the average， 20.0% were not satisfied. In terms of comfort performance， it is 30.0%，50.0%，40.0%，20.0%.

【Key words】Electric vehicles； Performance； Analytic hierarchy process； Fuzzy evaluation

0 引言

伴隨着电动汽车产业的高速发展，我国电动汽车政策不断完善，力度加强。从2000年国家科技部开展“863计划”电动汽车重大专项开始，许多政策接连出台。尤其在2015年，国务院出台了《电动汽车发展指导意见》，发改委发布了《电动汽车充电基础设施建设规划》，这些政策强有力的促进了电动汽车的发展。如何优化电动汽车，使其多性能目标协调发展，成为了当今的热点话题。

能源问题一直备受关注，电动汽车的问世让人们看到了发展与环境相协调的可能。如何优化电动汽车性能，使其被人们广泛接受是本文要探讨的问题。本文分析电动汽车性能影响因素，选取合适量化指标，利用层次分析法计算各性能权重，最后用模糊评价得到目标函数满意程度的模糊描述。

1 确定量化指标

电动汽车性能的好坏主要由安全性、节能性和舒适性评判。研究车辆多性能的数学量化方法，从影响因素入手，选取合适评价指标并对其进行筛选，确定描述汽车安全、节能、舒适三个性能的合理量化指标。

1.1 安全性量化指标

1.1.1 电池失效率

蓄电池提供的电能是电动汽车的主要动力来源，因此电池失效率是评判电动汽车安全性的重要指标之一。蓄电池是渐变失效产品，在实际使用过程中，其放电容量是逐渐衰退的。蓄电池组失效概率分布函数F（t）是一个两参数指数分布函数[1]，即：

其中，t0表示蓄电池组的最小保证寿命，与蓄电池产品的设计制造水平和使用维护技术有关；表示失效率，是一个常数。

1.1.2 车型安全系数

汽车安全受车型、驾驶员、路况等多方面因素的影响， 本文从车辆本身入手进行汽车产品安全评定。为尽量保证评价体系的科学性，从安全装置、车速、车型等方面所占权重对汽车产品安全进行综合评价。即[2]：

其中，Fa为车型安全系数；Fx为车型国别安全系数， 即车系系数；Fv为车速安全系数；F为安全装置系数。

其中，Xj为第j个安全指标，安装取1，未安装取0；Wj为第j个安全指标的权重；P为安全装置具体指标的个数。

1.2 节能性量化指标

在现有技术水平下，电池能量存储密度达不到燃油的水平，电动汽车续驶里程短成为电动汽车发展的瓶颈。纯电动汽车采用单位里程能量消耗来评价其能耗特性。

电动汽车的比能耗是单位质量、单位里程电动汽车消耗的总能量，即单位里程能耗除以质量，即[3]：

式中，m为汽车总质量，kg；e0为电动汽车的比能耗，kw·h/（km·t）；e为行驶工况单位里程能耗，kw·h/km，即电动汽车平均每行驶1km所消耗的电池电量；E为行驶工况能量消耗，kj；s为相应工况行驶距离，km。

1.3 舒适性量化指标

1.3.1 平稳性

车辆行驶过程中的平稳性是评判电动汽车是否舒适的重要指标之一。根据斯佩林经验公式得到汽车行驶的平稳性指标及其评定标准如下[4]：

其中，W为平稳性指标；a为振幅，cm；f为振动频率，Hz；j为振动加速度，cm/s^2；F（f）是与振动频率有关的函数，称为频率修正系数，由经验公式求得，其值为：

对于垂直振动，当f=0.5～5.7Hz时，F（f）=0.325f2；当f=5.9～20Hz时，F（f）=400/f^2；当f>20Hz时，F（f）=1。

对于横向振动，当f=0.5～5.4Hz时，F（f）=0.8f2；当f=5.4～26Hz时，F（f）=650/n^2；当f>26Hz时，F（f）=1

1.3.2 续驶里程

电动汽车使用电能，虽然更加环保，但却缩短了电动汽车的续驶里程。续驶里程越长，对车辆拥有者就越方便，就越让人感到舒適。根据查阅资料，得到以下续驶里程的计算表达式[5]：

其中，S为续驶里程，m；EB为蓄电池总能量，kw·h；ηT为传动效率；ηmc为电机及控制器效率，取0.9；ηq为电池平均放电效率，取0.95；m为蓄电池质量，kg；ρ为蓄电池的比能量，表示电池单位质量所能输出的电能，Wh/kg。

2 构造判别矩阵

电动汽车节能性仅由比能耗决定，安全性由电池失效率和车型安全系数决定，同理舒适性由平稳性和续驶里程决定。为计算各指标所占权重，采用层次分析法构建递阶层次结构模型和判断矩阵，并进行层次单排序及一致性检验。

以电动汽车安全性为例，比较2个指标X={x1，x2}对目标Z的影响大小。其中，x1表示电池失效率，x2表示车型安全系数，Z表示电动汽车安全性目标满意。采取两两比较性能并建立成对比较矩阵的办法，得到电动汽车安全性的判断矩阵A，同理可得舒适性的判断矩阵B。

A=1 30.33 1B=1 1.50.67 1

针对安全性，编写Matlab程序，通过判别矩阵求出2个指标的权向量并进行一致性检验，运行结果如下：权向量ω=（0.75，0.25）；一致性指标CI=-5.0001e-05；一致性比例CR=-Inf，因CR<0.10，所以该判断矩阵的一致性可以接受。同理，舒适性权向量ω=（0.6，0.4）；一致性指标CI=-5.0000e-07；一致性比例CR=-Inf<0.10，亦可以接受。

3 模糊综合评价

本文采用一级综合评价对各指标所占权重进行评价。一级综合评价是指通过第一层子因素的信息对上一层因素进行的单因素评价，得到后者对最终评价的贡献度。

以电动汽车安全性能模糊综合评价为例，首先建立因素集U1={电池失效率，车型安全系数}，由层次分析法得权重集为W1=[0.75 0.25]。综合评判的目的是了解驾驶人对电动汽车的安全性能是否满意，总评判的结果是各个满意等级。因此，建立备择集为V={很满意，满意，一般，不满意}。单独从影响安全性能的两个因素出发进行评判。选取n位驾驶员，对电动汽车的单因素选择。如对车型安全系数这一因素，有n1个人认为很满意，n2个人认为满意，n3个人认为一般，n4个人认为不满意，其中n1+n2+n3+n4=n，则车型安全系数的单因素评判为R2'=（n1/n，n2/n，n3/n，n4/n）。用此方法得到电动汽车安全性的单因素评判矩阵为：R1=0.4 0.3 0.1 0.20.5 0.2 0.1 0.2

模糊评价模型B1=W1*R1=[0.75 0.25]*0.4 0.3 0.1 0.20.5 0.2 0.1 0.2，标准化处理后得到B'1=[0.400 0.200 0.100 0.200]此式表明，在电动汽车安全性能的评判上，有40%的人认为很满意，20%认为满意，10%认为一般，20%不满意。

同理得到电动汽车舒适性能评判，30%的人认为很满意，50%认为满意，40%认为一般，20%不满意。

【参考文献】

[1]兰汉金.蓄电池失效概率分析[J].船电技术，2007，（05）：321-324.

[2]黄永和，方仲友，双磊，潘建亮，陈亮，孟岩.构建中国汽车安全性能评价体系[J].汽车工业研究，2010，（07）：12-17.

[3]周兵，江清华，杨易，王继生.基于行驶工况的纯电动汽车比能耗分析及传动比优化[J].中国机械工程，2011，22（10）：1236-1241.

[4]闫东.高速铁路车辆运行舒适性评价系统研究与应用[D].北京工业大学，2014.

[5]余志生.汽车理论[M].第四版.北京：机械工业出版社，2006.