基于層次分析法的純電動(dòng)客車整車性能評(píng)價(jià)體系

趙紅光， 薛守飛， 韓關(guān)文， 劉 雷， 尹舜宇

(中通客車股份有限公司 山東省新能源客車安全與節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 聊城 252000)

純電動(dòng)客車越來越受到消費(fèi)者的關(guān)注，因此需要純電動(dòng)客車整車評(píng)價(jià)體系為消費(fèi)者的決策提供科學(xué)依據(jù)[1]。但實(shí)際評(píng)價(jià)中反映整車性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)較多，包括動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性等。消費(fèi)者要從眾多評(píng)價(jià)指標(biāo)中選取適合的性能指標(biāo)，并以此確定需購(gòu)買的車輛是非常困難的。因此建立一個(gè)過程明確、結(jié)果明晰、可信度高、關(guān)聯(lián)性小、簡(jiǎn)單實(shí)用的純電動(dòng)客車的整車性能評(píng)價(jià)體系非常必要[2-3]。由于層次分析法過程簡(jiǎn)單且結(jié)果明晰,符合建立整車性能評(píng)價(jià)體系的要求，因此本文選擇層次分析法作為純電動(dòng)客車的整車性能評(píng)價(jià)方法[4-6]。

1 層次分析法簡(jiǎn)介

層次分析法是一種定性和定量相結(jié)合的分析方法,利用較少的信息將人的主觀判斷數(shù)學(xué)化，為復(fù)雜的決策問題提供簡(jiǎn)單的決策方法[7-8]。通過對(duì)多種分析方法的學(xué)習(xí)比較，發(fā)現(xiàn)層次分析法具有以下優(yōu)點(diǎn)：①系統(tǒng)性。將研究對(duì)象作為一個(gè)系統(tǒng)，不隔斷各個(gè)因素對(duì)結(jié)果的影響，且每層的權(quán)重設(shè)置最后都會(huì)直接或間接影響結(jié)果。②便捷性。簡(jiǎn)單實(shí)用的決策方法，既不單純追求高深數(shù)學(xué)，也不片面地注重行為、邏輯、推理。③準(zhǔn)確性。層次分析法主要是從評(píng)價(jià)者對(duì)評(píng)價(jià)問題的本質(zhì)和對(duì)評(píng)價(jià)問題要素的理解出發(fā)，比一般的定量方法更追求定性的分析和判斷[9-10]。

應(yīng)用該方法可從根本上解決以往整車評(píng)價(jià)方法中存在的整車定性分析不全面的問題，幫助消費(fèi)者在整車性能評(píng)價(jià)過程中更好地運(yùn)用整車性能信息，實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)過程與思維過程相擬合。

應(yīng)用層次分析法進(jìn)行整車綜合評(píng)價(jià)的主要步驟如下:① 分析整車性能參數(shù)，建立層次結(jié)構(gòu)；② 構(gòu)造判斷矩陣；③ 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重；④ 進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

2 整車層次分析法綜合評(píng)價(jià)

2.1 建立整車性能參數(shù)的層次結(jié)構(gòu)

通過分析整車性能參數(shù)，確定目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、基本指標(biāo)層以建立其層次結(jié)構(gòu)。

純電動(dòng)客車的整車性能評(píng)價(jià)模型可分為三層，如圖1所示。其目標(biāo)層評(píng)價(jià)整車的綜合性能；準(zhǔn)則層包括6個(gè)方面，即動(dòng)力性(A)、經(jīng)濟(jì)性(B)、操縱穩(wěn)定性(C)、安全性(D)、環(huán)境適應(yīng)性(E)、舒適性(F)指標(biāo)；基本指標(biāo)層是組成整車綜合性能的各分性能的總體指標(biāo)層[11-12]，分別記為A1,A2,A3等。

圖1 純電動(dòng)客車層次分析法評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)模型圖

2.2 構(gòu)造判斷矩陣

判斷矩陣是對(duì)兩個(gè)性能指標(biāo)相對(duì)重要程度的描述，其元素Nij由多位技術(shù)專家判斷的平均值構(gòu)成，元素Nij位于矩陣N(表2)的第i行第j列，具體取值及含義見表1。元素Nij表示指標(biāo)i相比指標(biāo)j的重要程度,當(dāng)i=j時(shí)，兩個(gè)指標(biāo)相同，因此記為1，即判斷矩陣的對(duì)角線元素為1。如專家對(duì)因素B(經(jīng)濟(jì)性)相對(duì)于因素A(動(dòng)力性)的重要性平均打分量化值為4，則N12=4。

表1 判斷矩陣中Nij的取值含義

本文以我司某款8 m純電動(dòng)城市客車車型為例，對(duì)組成整車性能評(píng)價(jià)體系所設(shè)置的動(dòng)力性(A)、經(jīng)濟(jì)性(B)、操縱穩(wěn)定性(C)、安全性(D)、環(huán)境適應(yīng)性(E)、舒適性(F)指標(biāo)進(jìn)行兩兩重要性比較[13]，可得到表2所示的綜合性能判斷矩陣N。

表2 綜合性能判斷矩陣N

2.3 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

由于不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)和不同的分性能對(duì)純電動(dòng)客車綜合性能的影響程度不同，因此需先確定評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的權(quán)重分配集Wi，具體過程如下。

首先將表2中的矩陣按照式(1)進(jìn)行歸一化處理，得到表3指標(biāo)歸一化數(shù)據(jù)。

(1)

(2)

式中n為判斷矩陣的階數(shù)，本文為6。根據(jù)層次分析法的計(jì)算結(jié)果，確定各指標(biāo)的權(quán)重分配集Wi。

A.恭喜你，你是一個(gè)絕佳的反派人選。雖然未必有人相信你的辦事能力，但你非常有潛力，會(huì)有一鳴驚人的一天。你是一個(gè)可怕的敵人，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 指標(biāo)歸一化數(shù)據(jù)

2.4 進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

根據(jù)特征向量計(jì)算方法，該矩陣的最大特征根λmax為6.558 4。則一致性指標(biāo)值CI由式(3)計(jì)算，式中n為判斷矩陣的階數(shù)，本文為6。

CI=(λmax-n)/(n-1)=0.111 68

(3)

一致性系數(shù)CR=CI/RI，式中RI為隨機(jī)一致性指標(biāo)，經(jīng)查閱[9]n=6對(duì)應(yīng)的RI=1.26。

(4)

如CR<0.1，則可接受一致性檢驗(yàn)，否則需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行修正。計(jì)算結(jié)果表明，判斷矩陣的結(jié)果可接受。

因此動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性、舒適性的權(quán)重依次為0.143 2、0.054 4、0.085 8、0.029 0、0.233 9、0.453 7。

3 確定整車綜合性能分性能

根據(jù)層次分析法計(jì)算出整車綜合性能后，同理可得到基本指標(biāo)層中各指標(biāo)對(duì)于準(zhǔn)則層中相對(duì)應(yīng)的分性能的相對(duì)權(quán)重值[13-14]。

最高車速、加速時(shí)間、最大爬坡度、坡道行駛車速、坡道起步能力5個(gè)指標(biāo)對(duì)于準(zhǔn)則層中動(dòng)力性能指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重值依次為0.363 9、0.237 5、0.108 3、0.181 9、0.108 3。

等速能耗、等速續(xù)駛里程、標(biāo)準(zhǔn)工況能耗、標(biāo)準(zhǔn)工況續(xù)駛里程4個(gè)指標(biāo)對(duì)于準(zhǔn)則層中經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重值依次為0.270 8、0.523 7、0.070 1、0.135 4。

低速回正、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)向輕便性、轉(zhuǎn)向力、質(zhì)心位置、側(cè)傾穩(wěn)定角6個(gè)指標(biāo)對(duì)于準(zhǔn)則層中操縱穩(wěn)定性能指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重值依次為0.088 6、0.152 4、0.271 8、0.152 4、0.281 0、0.053 8。

制動(dòng)性能、EMC性能、智能駕駛性能、碰撞安全性、涉水安全性5個(gè)指標(biāo)對(duì)于準(zhǔn)則層中安全性能指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重值依次為0.067 5、0.233 4、0.423 3、0.166 5、0.109 2。

低溫冷啟動(dòng)、低溫能耗、高溫能耗3個(gè)指標(biāo)對(duì)于準(zhǔn)則層中環(huán)境適應(yīng)性能指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重值依次為0.141 6、0.333 8、0.524 7。

車內(nèi)噪聲、加速車外噪聲、平順性、空調(diào)性能、除霜性能5個(gè)指標(biāo)對(duì)于準(zhǔn)則層中舒適性能指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重值依次為0.147 6、0.263 9、0.077 2、0.093 4、0.417 9。

在計(jì)算得到基本指標(biāo)層28個(gè)指標(biāo)對(duì)于準(zhǔn)則層中相對(duì)應(yīng)的分性能的相對(duì)排序權(quán)重值后，根據(jù)層次分析法計(jì)算就可得到基本指標(biāo)層28個(gè)指標(biāo)對(duì)于整車總體性能的相對(duì)總權(quán)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)。

純電動(dòng)客車的整車總體性能的好壞由式(5)計(jì)算確定：

(5)

式中：H為純電動(dòng)客車的整車性能總分,1≤H≤5；Si為各影響元素的得分值，1≤Si≤5；Wi為各影響元素的權(quán)重值；n為影響元素的個(gè)數(shù)。

最后根據(jù)表4評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)得出這款8 m純電動(dòng)城市客車的評(píng)價(jià)結(jié)果為良，可通過最終評(píng)價(jià)結(jié)果與不同車輛進(jìn)行對(duì)比。評(píng)價(jià)結(jié)果與我司技術(shù)專家、試驗(yàn)人員、客戶的反饋結(jié)果相近，對(duì)我司產(chǎn)品的優(yōu)化提升提供了指導(dǎo)性思路。

表4 評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

4 結(jié)束語

本文采用層次分析法對(duì)純電動(dòng)客車整車性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，試驗(yàn)對(duì)比不同車型的評(píng)價(jià)得分，評(píng)價(jià)結(jié)果分為優(yōu)、良、中、差，結(jié)果單一明確，方法簡(jiǎn)單實(shí)用，符合人們的思維習(xí)慣，為消費(fèi)者購(gòu)買車輛和制造廠商研發(fā)新車型提供了評(píng)價(jià)依據(jù)。