動(dòng)力總成選型評(píng)價(jià)方法研究

宋敏

摘 要：在汽車整車項(xiàng)目開發(fā)中動(dòng)力總成的選型對(duì)經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性性能起著決定性作用。文章先分析已有的動(dòng)力總成評(píng)價(jià)方法的側(cè)重點(diǎn)，提出結(jié)合主成分分析方法的動(dòng)力總成選型方法，該方法能有效對(duì)汽車動(dòng)力總成選型提供決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力總成;主成分分析方法選型評(píng)價(jià)方法

中圖分類號(hào)：U461.2? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：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

動(dòng)力總成選型主要是指對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)總成、離合器或液力變矩器、變速器速比、主減速比、輪胎規(guī)格進(jìn)行匹配。動(dòng)力總成匹配決定著整車的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性。當(dāng)前動(dòng)力總成選型評(píng)價(jià)方法主要分為基于整車性能指標(biāo)和基于能量利用程度來(lái)評(píng)價(jià)。燃料經(jīng)濟(jì)性-加速時(shí)間評(píng)價(jià)方法能夠直觀地反應(yīng)出整車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性折中方法，但是不能體現(xiàn)對(duì)排放性能的影響[1];“蜘蛛圖”評(píng)價(jià)方法能夠用直觀圖形表示出各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)之間的優(yōu)劣，但是該方法給每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)賦予相同的權(quán)重，并且當(dāng)動(dòng)力總成選型方案較多時(shí)，不容易通過圖形觀察[2];針對(duì)上述方法的不足，綜合評(píng)價(jià)體系被提出，基本思路為針對(duì)整車的每一項(xiàng)指標(biāo)，采用有所側(cè)重，有所限制，綜合全面地考慮，但是該方法沒有針對(duì)各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重分配提出參考[3]。近年來(lái)，應(yīng)用Hotelling在1933年提出的主成分分析法較為廣泛，利用降維的思想，把多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)[4]。郝圣杰等人采用主成分分析法對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)[5];葉志偉在研究基于用戶打分的制動(dòng)性能分析方法時(shí)，引入主成分分析方法提取出用戶較為敏感的指標(biāo)[6]。

本文將主成分分析法引入汽車動(dòng)力總成選型評(píng)價(jià)方法中，計(jì)算出涉及到的各個(gè)指標(biāo)權(quán)重因子，為動(dòng)力總成選型評(píng)價(jià)提供客觀參考依據(jù)，減少主觀性。

2 主成分分析法的基本原理與計(jì)算步驟

主成分分析法的原理是設(shè)法將原來(lái)變量重新組合成一組新的相互無(wú)關(guān)的幾個(gè)綜合變量，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要從中可以去除幾個(gè)較少的綜合變量后，盡可能多地反映原來(lái)變量的信息的統(tǒng)計(jì)方法。在數(shù)學(xué)上也是一種降維的方法，設(shè)法將原來(lái)眾多具有一定相關(guān)性（比如p個(gè)指標(biāo)），重新組合成一組新的互相無(wú)關(guān)的綜合指標(biāo)來(lái)代替原來(lái)的指標(biāo)。

主成分分析法的計(jì)算步驟如下：

（1）將樣本數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化變換樣本數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化就是為了消除不同指標(biāo)間量綱的差異，將不同量綱的指標(biāo)，通過適當(dāng)?shù)淖儞Q，化為無(wú)量綱的標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)。假設(shè)有m個(gè)方案，n項(xiàng)指標(biāo)，xij為指標(biāo)值，則方案的決策矩陣為：。對(duì)決策矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)樣本變換，令：

其中，樣本均值，樣本均方差 ，則樣本數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣即為：。

（2）計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣

在（2）式中，rij（i，j=1，2，…，p）為原變量的xi與xj之間的相關(guān)系數(shù)，其計(jì)算公式為：

因?yàn)镽是實(shí)對(duì)稱矩陣（即rij=rji），所以只需計(jì)算上三角元素或下三角元素即可，主對(duì)角線上元素均為1。

（3）計(jì)算特征值與特征向量

由特征方程? 解出n個(gè)特征值

由齊次線性方程組 ，解出對(duì)應(yīng)的特征向量

（4）求各指標(biāo)的權(quán)重

在主成分分析法中，各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)即為各主成分的方差貢獻(xiàn)率。

通過比較各指標(biāo)的貢獻(xiàn)率的大小，可對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行排序，從而確定其重要性。

3 動(dòng)力總成選型評(píng)價(jià)方法

3.1 動(dòng)力總成選型評(píng)價(jià)方法總體構(gòu)思

動(dòng)力總成選型性能評(píng)價(jià)指標(biāo)首要考慮有關(guān)政策法規(guī)的排放和燃油經(jīng)濟(jì)性要求，同時(shí)需要考慮企業(yè)技術(shù)水平和用戶需求;依據(jù)項(xiàng)目實(shí)際，提出構(gòu)建動(dòng)力總成選型評(píng)價(jià)體系的框架，如圖1所示。然后對(duì)不同動(dòng)力總成方案采用主成分分析法進(jìn)行計(jì)算，得出優(yōu)選方案。

3.2 動(dòng)力總成選型法規(guī)

不同的動(dòng)力總成性能指標(biāo)都有不同的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)階段與傳統(tǒng)燃油車動(dòng)力總成的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有：GB/T 12543-2009 汽車加速性能試驗(yàn)，GB/T 12536- 1990 汽車滑行試驗(yàn)方法，GB/T 12537-1990 汽車牽引力性能試驗(yàn)方法，GB/T 12539-2018 汽車爬坡度試驗(yàn)方法，GB/T 12544-2012 汽車最高車速試驗(yàn)方法，GB 19578-2014 乘用車燃料消耗量限值，GB 27999-2014 乘用車燃料消耗量評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)，GB/T 19233-2008 輕型汽車燃料消耗量試驗(yàn)方法，?GB 18352.5-2013?輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第五階段），GB 18352.6-2016 輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）。