动力总成选型评价方法研究

宋敏

摘 要：在汽车整车项目开发中动力总成的选型对经济性、动力性性能起着决定性作用。文章先分析已有的动力总成评价方法的侧重点，提出结合主成分分析方法的动力总成选型方法，该方法能有效对汽车动力总成选型提供决策依据。

关键词：动力总成;主成分分析方法选型评价方法

中图分类号：U461.2  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）12-73-03

Abstract： The selection of powertrain plays a decisive role in the development of automobile project in terms of economy， power performance. In this paper， the emphasis of existing power assembly evaluation methods is analyzed， and a powertrain selection method combined with principal component analysis method is proposed. This method can effectively provide decision-making basis for vehicle power assembly selection.

Keywords： powertrain; Principal components analysis Selection Evaluation method

1 前言

动力总成选型主要是指对发动机总成、离合器或液力变矩器、变速器速比、主减速比、轮胎规格进行匹配。动力总成匹配决定着整车的经济性、动力性。当前动力总成选型评价方法主要分为基于整车性能指标和基于能量利用程度来评价。燃料经济性-加速时间评价方法能够直观地反应出整车动力性与经济性折中方法，但是不能体现对排放性能的影响[1];“蜘蛛图”评价方法能够用直观图形表示出各个评价指标与标准之间的优劣，但是该方法给每个评价指标赋予相同的权重，并且当动力总成选型方案较多时，不容易通过图形观察[2];针对上述方法的不足，综合评价体系被提出，基本思路为针对整车的每一项指标，采用有所侧重，有所限制，综合全面地考虑，但是该方法没有针对各个指标的权重分配提出参考[3]。近年来，应用Hotelling在1933年提出的主成分分析法较为广泛，利用降维的思想，把多指标转化为少数几个综合指标[4]。郝圣杰等人采用主成分分析法对汽车操纵稳定性进行评价[5];叶志伟在研究基于用户打分的制动性能分析方法时，引入主成分分析方法提取出用户较为敏感的指标[6]。

本文将主成分分析法引入汽车动力总成选型评价方法中，计算出涉及到的各个指标权重因子，为动力总成选型评价提供客观参考依据，减少主观性。

2 主成分分析法的基本原理与计算步骤

主成分分析法的原理是设法将原来变量重新组合成一组新的相互无关的几个综合变量，同时根据实际需要从中可以去除几个较少的综合变量后，尽可能多地反映原来变量的信息的统计方法。在数学上也是一种降维的方法，设法将原来众多具有一定相关性（比如p个指标），重新组合成一组新的互相无关的综合指标来代替原来的指标。

主成分分析法的計算步骤如下：

（1）将样本数据标准化变换样本数据的标准化就是为了消除不同指标间量纲的差异，将不同量纲的指标，通过适当的变换，化为无量纲的标准化指标。假设有m个方案，n项指标，xij为指标值，则方案的决策矩阵为：。对决策矩阵进行标准样本变换，令：

其中，样本均值，样本均方差 ，则样本数据的标准化矩阵即为：。

（2）计算相关系数矩阵

在（2）式中，rij（i，j=1，2，…，p）为原变量的xi与xj之间的相关系数，其计算公式为：

因为R是实对称矩阵（即rij=rji），所以只需计算上三角元素或下三角元素即可，主对角线上元素均为1。

（3）计算特征值与特征向量

由特征方程  解出n个特征值

由齐次线性方程组 ，解出对应的特征向量

（4）求各指标的权重

在主成分分析法中，各指标的权重系数即为各主成分的方差贡献率。

通过比较各指标的贡献率的大小，可对各指标进行排序，从而确定其重要性。

3 动力总成选型评价方法

3.1 动力总成选型评价方法总体构思

动力总成选型性能评价指标首要考虑有关政策法规的排放和燃油经济性要求，同时需要考虑企业技术水平和用户需求;依据项目实际，提出构建动力总成选型评价体系的框架，如图1所示。然后对不同动力总成方案采用主成分分析法进行计算，得出优选方案。

3.2 动力总成选型法规

不同的动力总成性能指标都有不同的法规标准，现阶段与传统燃油车动力总成的动力性、经济性和排放性能有关的标准有：GB/T 12543-2009 汽车加速性能试验，GB/T 12536- 1990 汽车滑行试验方法，GB/T 12537-1990 汽车牵引力性能试验方法，GB/T 12539-2018 汽车爬坡度试验方法，GB/T 12544-2012 汽车最高车速试验方法，GB 19578-2014 乘用车燃料消耗量限值，GB 27999-2014 乘用车燃料消耗量评价方法及指标，GB/T 19233-2008 轻型汽车燃料消耗量试验方法， GB 18352.5-2013 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段），GB 18352.6-2016 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）。