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

CLC NO.： U461.2 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）12-73-03

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，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)法將原來變量重新組合成一組新的相互無關(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關(guān)的綜合指標(biāo)來代替原來的指標(biāo)。

主成分分析法的計(jì)算步驟如下：

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量方法（中國第五階段），GB 18352.6-2016 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）。

3.3 動(dòng)力總成選型評(píng)價(jià)指標(biāo)

動(dòng)力總成性能指標(biāo)包括動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放性、駕駛性、NVH性能等類指標(biāo)，在動(dòng)力總成方案選型階段，由于排放性、駕駛性和NVH性能仿真評(píng)估比較復(fù)雜，因此動(dòng)力總成選型方法選取動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性兩大大類指標(biāo);具體指標(biāo)如下：

最高車速：汽車的最高車速是指在水平良好的路面上汽車所能達(dá)到的最高行駛速度，它不是瞬時(shí)值，而是可連續(xù)行駛一定距離的最高車速。

加速時(shí)間：加速時(shí)間表示汽車的加速能力，體現(xiàn)為在水平路面上所能達(dá)到的最大加速度，對(duì)平均行駛車速有著很大的影響。

最大爬坡度：汽車的上坡能力是用滿載（或某一載質(zhì)量）時(shí)，汽車在良好路面上的最大爬坡度。實(shí)質(zhì)上最大爬坡度是指I檔時(shí)的最大爬坡度。最大爬坡度代表了汽車的極限爬坡能力。

綜合工況百公里燃油消耗量：以4個(gè)市區(qū)循環(huán)和1個(gè)郊區(qū)循環(huán)（NEDC）行駛試驗(yàn)工況來模擬實(shí)際車車運(yùn)行狀況，并以其百公里燃油消耗量來評(píng)定相應(yīng)行駛工況的燃油經(jīng)濟(jì)性。

3.4 動(dòng)力總成選型過程

第一步：采用仿真計(jì)算軟件將不同動(dòng)力總成方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行求解;

第二步：將不同動(dòng)力總成方案和評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通過主成分分析計(jì)算求出各個(gè)指標(biāo)權(quán)重系數(shù);

第三步：確定了各個(gè)指標(biāo)權(quán)重后，需要將指標(biāo)值中極大型指標(biāo)和極小型指標(biāo)進(jìn)行區(qū)分，同時(shí)將指標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成無量綱、同級(jí)、正向可加的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換方法如下：

4 應(yīng)用實(shí)例

現(xiàn)以開發(fā)的某款乘用車的動(dòng)力總成選型為例進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)仿真數(shù)據(jù)結(jié)果如下表1所示，通過主成分分析法尋找出新的綜合指標(biāo)，建立動(dòng)力總成選型評(píng)價(jià)模型。

上表說明第1，2主成分包含原始變量近90%的信息，后面2個(gè)主成分僅包含10%的信息，所以不考慮。

從上表中可以清晰看出，3號(hào)動(dòng)力總成組合主成分分析評(píng)價(jià)中得分最高，客觀反映了該動(dòng)力總成的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性均衡性最佳。

5 結(jié)論

本文針對(duì)現(xiàn)有在動(dòng)力總成選型的優(yōu)化匹配和評(píng)價(jià)體系，提出基于主成分分析法的動(dòng)力總成選型方法，該方法把相關(guān)的性能指標(biāo)量綱歸一化，通過數(shù)值量化，可以把動(dòng)力總成選型中所要考慮的指標(biāo)均可以納入考慮。主要解決評(píng)價(jià)動(dòng)力總成組合優(yōu)劣問題。該方法還可以引入其他動(dòng)力總成性能指標(biāo)如排放，NVH性評(píng)價(jià)指標(biāo)使得評(píng)價(jià)更加客觀具體。

參考文獻(xiàn)

[1] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2] 吳樂欣.客車發(fā)動(dòng)機(jī)與整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化匹配研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2008.

[3] 倪計(jì)民，單炯毅，葉淑英.輕型車動(dòng)力總成綜合性能評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建[J].汽車技術(shù)，2006（3）：30-34.

[4] 劉寧.工程目標(biāo)決策研究[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[5] 郝圣杰，陸飛.主成分評(píng)價(jià)法在汽車操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)上的應(yīng)用[J].汽車工程師：2013.

[6] 葉志偉.汽車制動(dòng)性能分析方法[J].科技與創(chuàng)新：2016.