基于层次分析法的纯电动客车整车性能评价体系

2023-03-15赵红光薛守飞韩关文尹舜宇

客车技术与研究 2023年1期

赵红光，薛守飞，韩关文，刘雷，尹舜宇

(中通客车股份有限公司山东省新能源客车安全与节能重点实验室，山东聊城 252000)

纯电动客车越来越受到消费者的关注，因此需要纯电动客车整车评价体系为消费者的决策提供科学依据[1]。但实际评价中反映整车性能的评价指标较多，包括动力性、经济性、舒适性等。消费者要从众多评价指标中选取适合的性能指标，并以此确定需购买的车辆是非常困难的。因此建立一个过程明确、结果明晰、可信度高、关联性小、简单实用的纯电动客车的整车性能评价体系非常必要[2-3]。由于层次分析法过程简单且结果明晰,符合建立整车性能评价体系的要求，因此本文选择层次分析法作为纯电动客车的整车性能评价方法[4-6]。

1 层次分析法简介

层次分析法是一种定性和定量相结合的分析方法,利用较少的信息将人的主观判断数学化，为复杂的决策问题提供简单的决策方法[7-8]。通过对多种分析方法的学习比较，发现层次分析法具有以下优点：①系统性。将研究对象作为一个系统，不隔断各个因素对结果的影响，且每层的权重设置最后都会直接或间接影响结果。②便捷性。简单实用的决策方法，既不单纯追求高深数学，也不片面地注重行为、逻辑、推理。③准确性。层次分析法主要是从评价者对评价问题的本质和对评价问题要素的理解出发，比一般的定量方法更追求定性的分析和判断[9-10]。

应用该方法可从根本上解决以往整车评价方法中存在的整车定性分析不全面的问题，帮助消费者在整车性能评价过程中更好地运用整车性能信息，实现评价过程与思维过程相拟合。

应用层次分析法进行整车综合评价的主要步骤如下:① 分析整车性能参数，建立层次结构；② 构造判断矩阵；③ 确定评价指标权重；④ 进行一致性检验。

2 整车层次分析法综合评价

2.1 建立整车性能参数的层次结构

通过分析整车性能参数，确定目标层、准则层、基本指标层以建立其层次结构。

纯电动客车的整车性能评价模型可分为三层，如图1所示。其目标层评价整车的综合性能；准则层包括6个方面，即动力性(A)、经济性(B)、操纵稳定性(C)、安全性(D)、环境适应性(E)、舒适性(F)指标；基本指标层是组成整车综合性能的各分性能的总体指标层[11-12]，分别记为A1,A2,A3等。

图1 纯电动客车层次分析法评价结构模型图

2.2 构造判断矩阵

判断矩阵是对两个性能指标相对重要程度的描述，其元素Nij由多位技术专家判断的平均值构成，元素Nij位于矩阵N(表2)的第i行第j列，具体取值及含义见表1。元素Nij表示指标i相比指标j的重要程度,当i=j时，两个指标相同，因此记为1，即判断矩阵的对角线元素为1。如专家对因素B(经济性)相对于因素A(动力性)的重要性平均打分量化值为4，则N12=4。

表1 判断矩阵中Nij的取值含义

本文以我司某款8 m纯电动城市客车车型为例，对组成整车性能评价体系所设置的动力性(A)、经济性(B)、操纵稳定性(C)、安全性(D)、环境适应性(E)、舒适性(F)指标进行两两重要性比较[13]，可得到表2所示的综合性能判断矩阵N。

表2 综合性能判断矩阵N

2.3 确定评价指标的权重

由于不同的评价指标和不同的分性能对纯电动客车综合性能的影响程度不同，因此需先确定评价指标之间的权重分配集Wi，具体过程如下。

首先将表2中的矩阵按照式(1)进行归一化处理，得到表3指标归一化数据。

(1)

(2)

式中n为判断矩阵的阶数，本文为6。根据层次分析法的计算结果，确定各指标的权重分配集Wi。

A.恭喜你，你是一个绝佳的反派人选。虽然未必有人相信你的办事能力，但你非常有潜力，会有一鸣惊人的一天。你是一个可怕的敌人，有能力做反派主角。

Wi=(0.143 2 0.054 4 0.085 8 0.029 0 0.233 9 0.453 7)

表3 指标归一化数据

2.4 进行一致性检验

根据特征向量计算方法，该矩阵的最大特征根λmax为6.558 4。则一致性指标值CI由式(3)计算，式中n为判断矩阵的阶数，本文为6。

CI=(λmax-n)/(n-1)=0.111 68

(3)

一致性系数CR=CI/RI，式中RI为随机一致性指标，经查阅[9]n=6对应的RI=1.26。

(4)

如CR<0.1，则可接受一致性检验，否则需要对判断矩阵进行修正。计算结果表明，判断矩阵的结果可接受。

因此动力性、经济性、操纵稳定性、安全性、环境适应性、舒适性的权重依次为0.143 2、0.054 4、0.085 8、0.029 0、0.233 9、0.453 7。

3 确定整车综合性能分性能

根据层次分析法计算出整车综合性能后，同理可得到基本指标层中各指标对于准则层中相对应的分性能的相对权重值[13-14]。

最高车速、加速时间、最大爬坡度、坡道行驶车速、坡道起步能力5个指标对于准则层中动力性能指标的相对权重值依次为0.363 9、0.237 5、0.108 3、0.181 9、0.108 3。

等速能耗、等速续驶里程、标准工况能耗、标准工况续驶里程4个指标对于准则层中经济性能指标的相对权重值依次为0.270 8、0.523 7、0.070 1、0.135 4。

低速回正、稳态回转、转向轻便性、转向力、质心位置、侧倾稳定角6个指标对于准则层中操纵稳定性能指标的相对权重值依次为0.088 6、0.152 4、0.271 8、0.152 4、0.281 0、0.053 8。

制动性能、EMC性能、智能驾驶性能、碰撞安全性、涉水安全性5个指标对于准则层中安全性能指标的相对权重值依次为0.067 5、0.233 4、0.423 3、0.166 5、0.109 2。

低温冷启动、低温能耗、高温能耗3个指标对于准则层中环境适应性能指标的相对权重值依次为0.141 6、0.333 8、0.524 7。

车内噪声、加速车外噪声、平顺性、空调性能、除霜性能5个指标对于准则层中舒适性能指标的相对权重值依次为0.147 6、0.263 9、0.077 2、0.093 4、0.417 9。

在计算得到基本指标层28个指标对于准则层中相对应的分性能的相对排序权重值后，根据层次分析法计算就可得到基本指标层28个指标对于整车总体性能的相对总权重值W=(0.052 1、0.034 0、0.015 5、0.026 1、0.015 5、0.014 7、0.028 5、0.003 8、0.007 4、0.007 6、0.013 1、0.023 3、0.013 1、0.024 1、0.004 6、0.002 0、0.006 8、0.012 3、0.004 8、0.003 2、0.033 1、0.078 1、0.122 7、0.067 0、0.119 7、0.035 0、0.042 4、0.189 6)。

纯电动客车的整车总体性能的好坏由式(5)计算确定：

(5)

式中：H为纯电动客车的整车性能总分,1≤H≤5；Si为各影响元素的得分值，1≤Si≤5；Wi为各影响元素的权重值；n为影响元素的个数。

最后根据表4评级标准评价得出这款8 m纯电动城市客车的评价结果为良，可通过最终评价结果与不同车辆进行对比。评价结果与我司技术专家、试验人员、客户的反馈结果相近，对我司产品的优化提升提供了指导性思路。