基于AHP的純電動(dòng)客車選型評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

柳勇全

（山西汽車運(yùn)輸集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001）

0 引言

純電動(dòng)客車是我國(guó)當(dāng)前大力推廣使用的汽車。2012—2014年純電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用發(fā)展較為緩慢，主要是由于純電動(dòng)汽車在我國(guó)屬新生產(chǎn)業(yè)，在起步階段無論在政策支持還是汽車技術(shù)發(fā)展方面都處于探索嘗試與經(jīng)驗(yàn)積累時(shí)期。從2015年開始，隨著國(guó)家相關(guān)政策的不斷完善，純電動(dòng)汽車在技術(shù)方面取得了突破，使純電動(dòng)汽車開始實(shí)實(shí)在在地進(jìn)入大力推廣階段，尤其是城市公交客車起到了先行先試的示范效應(yīng)。2016年我國(guó)純電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用工作得到了很大的進(jìn)展，乘用車、客車、電動(dòng)物流車等各類車型均取得了實(shí)質(zhì)性的推廣成效。與此同時(shí)，我國(guó)對(duì)相關(guān)配套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不斷地進(jìn)行完善，提高了純電動(dòng)汽車的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展方向上更加注重新技術(shù)的突破與革新。

在當(dāng)前良好的政策與市場(chǎng)環(huán)境之下，純電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用將逐漸迎來高峰期。尤其是純電動(dòng)乘用車、城市公交車與公路客車的數(shù)量，在隨后的幾年中將會(huì)出現(xiàn)井噴式的增長(zhǎng)。然而，相對(duì)于傳統(tǒng)客車來說，純電動(dòng)客車的使用性能還沒有經(jīng)過時(shí)間的檢驗(yàn)。由于缺乏經(jīng)驗(yàn)值，在車輛選型時(shí)會(huì)使企業(yè)決策者陷入困境。那么如何評(píng)價(jià)一輛純電動(dòng)客車的經(jīng)濟(jì)性、安全性與舒適性？如何評(píng)價(jià)純電動(dòng)客車的核心技術(shù)如電池、電機(jī)等？各個(gè)關(guān)鍵性評(píng)價(jià)指標(biāo)在整車性能中的所占權(quán)重如何衡量？本文將對(duì)以上問題展開研究，并建立純電動(dòng)客車的選型評(píng)價(jià)模型。

1 純電動(dòng)汽車選型評(píng)價(jià)技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.1 純電動(dòng)汽車技術(shù)評(píng)價(jià)

荊瑩[1]通過對(duì)比傳統(tǒng)汽車與新能源汽車使用成本，從宏觀上得出了優(yōu)選新能源汽車的結(jié)論。

魏小玲、胡軍[2]認(rèn)為鈷酸鋰電池不僅生產(chǎn)成本高，而且安全性能差（150℃高溫時(shí)易爆炸）。錳酸鋰電池的安全性能較好，但其循環(huán)壽命較差特別是在高溫環(huán)境下使用。磷酸鐵鋰電池雖然能量密度低但生產(chǎn)成本低、循環(huán)壽命長(zhǎng)且安全性能較好。三元材料鋰電池是目前綜合評(píng)價(jià)較好的電池，是新能源客車首選的動(dòng)力電池。

周飛、李旭[3]指出，由于電池能量密度限制，電池組的重量在整車中占有較大比例，為保證續(xù)駛里程的最大化，汽車車身應(yīng)向輕量化方向發(fā)展，通過采用輕量化的材質(zhì)與閉環(huán)結(jié)構(gòu)的車身骨架來實(shí)現(xiàn)安全與經(jīng)濟(jì)的融合。

萬建紅[4]提出采購(gòu)是一項(xiàng)多因素的合理均衡。只有將質(zhì)量、服務(wù)與成本、價(jià)格等因素做好平衡，才能使采購(gòu)成本實(shí)現(xiàn)最低。

1.2 評(píng)價(jià)方法

阮嫻靜、揚(yáng)青[5]利用模糊評(píng)價(jià)法對(duì)混合動(dòng)、純電動(dòng)、燃料電池、氫動(dòng)力、生物燃料、甲醇、天然氣等汽車從環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)適用、能源效用、資源稟賦、技術(shù)成熟等角度進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得出了純電動(dòng)在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)將是發(fā)展的主要技術(shù)路線。

楊玉蓮[6]利用層次分析法對(duì)集中采購(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、效率性、效果性進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立了集中采購(gòu)績(jī)效評(píng)價(jià)模型，確定了評(píng)價(jià)集中采購(gòu)績(jī)效的等級(jí)。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

2.1 關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

圖1 純電動(dòng)客車選型評(píng)價(jià)體系

2.2 關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)分析

2.2.1 動(dòng)力電池

2.2.1.1 能量密度

通常能量密度是指質(zhì)量能量密度（Wh/kg)，指單位質(zhì)量的電池所儲(chǔ)存的能量。磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的能量密度在80～150 Wh/kg,在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過穿刺、高溫、擠壓等破壞性實(shí)驗(yàn)后，安全值極限在130 Wh/kg。目前，國(guó)家對(duì)能量密度技術(shù)劃定的最高要求值為115 Wh/kg以上，實(shí)際主流品牌電池的能量密度的可靠值在120～125 Wh/kg。

2.2.1.2 總電量

電池成本在純電動(dòng)客車成本中占很大部分。在推廣初期，由于電池能量密度的限制，電池組的成本占到車輛的50%以上。前期電池成本約為4 500元/kWh，隨著電池量產(chǎn)化與技術(shù)的進(jìn)步，目前電池成本約為3 000元/kWh。2016年由于國(guó)補(bǔ)與地補(bǔ)的高額補(bǔ)貼推動(dòng)，致使電池供不應(yīng)求，把生產(chǎn)廠家的重點(diǎn)由技術(shù)研發(fā)轉(zhuǎn)移到了追求產(chǎn)量上。2017年國(guó)家調(diào)整了補(bǔ)貼金額后，電池按1 800元/kWh基準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)貼，總電量與整車成本的關(guān)系更加明確。

2.2.1.3 百公里耗電

國(guó)家把對(duì)純電動(dòng)客車的測(cè)試方法由40 km/h等速法調(diào)整為工況法，對(duì)整車的續(xù)駛里程測(cè)試數(shù)據(jù)更加切合實(shí)際。同時(shí)，補(bǔ)貼要求純電動(dòng)客車的單位載質(zhì)量能量消耗（Ekg）不高于0.24 Wh/km·kg，將純電動(dòng)客車的運(yùn)輸能力提到了最高值。結(jié)合續(xù)駛里程與運(yùn)輸能力，百公里耗電可以綜合衡量純電動(dòng)客車整車的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

2.2.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)

2.2.2.1 電機(jī)類型

由于電機(jī)材料不同，成本也不同，性能參數(shù)不同。目前，我國(guó)電動(dòng)汽車運(yùn)用最多，技術(shù)最為先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)是永磁同步電機(jī)，具有反應(yīng)快、效率高、扭矩大等顯著特點(diǎn)。除此之外，還有無刷直流電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、直流電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)[7]。

2.2.2.2 額定功率

與傳統(tǒng)燃?xì)?油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率較為單一，普遍為6～8 m客車驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率為60 kW，8～10 m客車驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率為75 kW，10～12 m客車驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率為100 kW。通常用額定功率來反映客車的動(dòng)力性能。因此，額定功率指標(biāo)可作為車輛性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.2.3 安全系統(tǒng)

2.2.3.1 電池組防護(hù)

電池組在整車出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)，不發(fā)生爆炸、燃燒、泄漏、短路等現(xiàn)象才能保證車輛人員的安全。防護(hù)等級(jí)多用IP來表述，后面數(shù)字越大，安全級(jí)別越高。如IP67代表電池組可以完全防止灰塵侵入和無限期沉沒在指定的水壓下。因此，防護(hù)等級(jí)對(duì)于車輛、人員的安全息息相關(guān)，是純電動(dòng)客車的重要安全指標(biāo)。

2.2.3.2 滅火裝置

電池或電機(jī)艙自動(dòng)滅火裝置必須達(dá)到3個(gè)核心要求：一是最短時(shí)間內(nèi)探測(cè)到可能的燃燒源；二是不能出現(xiàn)誤判；三是必須及時(shí)有效滅火。因此，滅火裝置是純電動(dòng)客車至關(guān)重要的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.2.3.3 電氣安全

純電動(dòng)客車電壓高達(dá)570 V，對(duì)線路布局，絕緣技術(shù)要求更高。線束插件應(yīng)具有可承載過載電流，可靠的特點(diǎn)。整車的阻燃鍍錫銅線走向合理，捆扎牢靠，留有足夠的安全系數(shù)。因此，電氣安全部件的采用和布置工藝是評(píng)價(jià)純電動(dòng)客車的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.2.3.4 應(yīng)急裝置

純電動(dòng)客車在突發(fā)緊急情況時(shí)，應(yīng)急裝置是保證乘員安全的重要設(shè)施。主要應(yīng)急裝置或功能有碰撞預(yù)警、應(yīng)急逃生門、天窗或自動(dòng)破玻、自動(dòng)遠(yuǎn)程報(bào)警或呼叫等。應(yīng)急裝置是純電動(dòng)客車安全系統(tǒng)的主要組成部分，因此可以用來評(píng)價(jià)客車的安全性能。

2.2.4 技術(shù)配置

2.2.4.1 基本配置

基本配置是客車適用性、舒適性、技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性的基本保障，也是體現(xiàn)客車檔次的直接因素。基本配置的高低還影響到車輛的價(jià)格，因此，對(duì)基本配置進(jìn)行評(píng)價(jià)十分必要。

2.2.4.2 附加配置

附加配置是指在滿足純電動(dòng)客車基本配置的基礎(chǔ)上，安裝或采用新產(chǎn)品、新技術(shù)的配置。是進(jìn)一步輔助駕駛、提升管理、提高乘員舒適性的正偏離配置，在豐富車輛使用功能和適用范圍方面有促進(jìn)作用。

2.2.5 商務(wù)內(nèi)容

2.2.5.1 售后服務(wù)

純電動(dòng)客車的特點(diǎn)是相對(duì)比傳統(tǒng)燃油/氣客車，在車輛維護(hù)修理方面內(nèi)容少了很多。但是，高電壓的特點(diǎn)使非專業(yè)人員無法自我維護(hù)與排除簡(jiǎn)易故障。因此，售后服務(wù)必須作為重要因素來考量。

2.2.5.2 終端價(jià)格

純電動(dòng)客車的價(jià)格由3個(gè)部分組成，一是中央財(cái)政補(bǔ)貼，簡(jiǎn)稱國(guó)補(bǔ)；二是地方財(cái)政補(bǔ)貼，簡(jiǎn)稱地補(bǔ)；三是除國(guó)補(bǔ)、地補(bǔ)外需終端用戶支付的價(jià)格。由于國(guó)補(bǔ)與地補(bǔ)均有補(bǔ)貼細(xì)則對(duì)應(yīng)，補(bǔ)貼金額固定，廠家可以操作浮動(dòng)的價(jià)格是終端價(jià)格。因此，終端價(jià)格是影響選型評(píng)價(jià)最重要的指標(biāo)。

3 基于層次分析法（AHP）的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

3.1 層次分析法簡(jiǎn)介

層次分析法（簡(jiǎn)稱AHP）是20世紀(jì)70年代由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家T．L．Satty等人提出，是一種運(yùn)用定量與定性相結(jié)合分析的多目標(biāo)決策方法。

3.2 用層次分析法（AHP）確定權(quán)重

3.2.1 構(gòu)造層次模型

純電動(dòng)客車在選型評(píng)價(jià)時(shí)需要考慮很多指標(biāo)，把這些指標(biāo)按照類別和細(xì)化指標(biāo)進(jìn)行分層整理。本模型分為3個(gè)層次，第一層（最高層）只有一個(gè)因素，中間層（準(zhǔn)則層）是指標(biāo)類別，有5個(gè)因素，然后把最底層中的每個(gè)分類指標(biāo)再進(jìn)行具體化，建立子準(zhǔn)則層。

3.2.2 計(jì)算一級(jí)指標(biāo)權(quán)重

3.2.2.1 構(gòu)建判斷矩陣

3.2.2.2 一級(jí)指標(biāo)判斷矩陣設(shè)計(jì)

3.2.2.3 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

3.2.2.4 一致性檢驗(yàn)

一致性檢驗(yàn)通過CR值來判斷。當(dāng)CR＜0.1時(shí)，矩陣具有滿意一致性，當(dāng)CR≥0.1時(shí)，則不能接受。只有通過一致性檢驗(yàn)的矩陣才能被接受。檢驗(yàn)步驟為：

經(jīng)計(jì)算最大特征值λmax＝5.406。

c）查平均隨機(jī)一致性指數(shù)表，RI=1.12。

經(jīng)計(jì)算CR＝0.091＜0.1，表明A1對(duì)應(yīng)一級(jí)指標(biāo)權(quán)重可以接受。

3.2.3 構(gòu)建二級(jí)指標(biāo)判斷矩陣

3.2.3.1 二級(jí)判斷矩陣設(shè)計(jì)

3.2.3.2 計(jì)算權(quán)重

經(jīng)計(jì)算對(duì)應(yīng)判斷矩陣B的特征向量ω1＝（0.159 0.252 0.589）T，ω2＝（0.500 0.500）T，ω3＝（0.444 0.325 0.085 0.146）T，ω4＝（0.833 0.167）T，ω5＝（0.833 0.167）T。

3.2.3.3 一致性檢驗(yàn)

由于僅為兩元素的矩陣無需進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，這里對(duì)由兩個(gè)以上元素組成的矩陣進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算 B1判斷矩陣的λmax=3.054，CI=0.027，RI=0.58，CR=0.047＜0.1，表明B1對(duì)應(yīng)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重可以接受。

經(jīng)計(jì)算 B3判斷矩陣的 λmax=4.255；CI=0.085，RI=0.90，CR=0.094＜0.1，表明 B3對(duì)應(yīng)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重可以接受。

3.2.4 計(jì)算總權(quán)重

二級(jí)指標(biāo)對(duì)目標(biāo)層的影響可以用其權(quán)重值來反映，由計(jì)算公式為 ω＝ωA·ωB得出，ω＝（0.026 0.041 0.095 0.024 0.024 0.139 0.102 0.027 0.046 0.086 0.017 0.312 0.063）T。

4 建立評(píng)價(jià)模型

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，建立百分制的評(píng)價(jià)模型，如表2所示。

表2 純電動(dòng)客車選型評(píng)價(jià)模型

5 應(yīng)用舉例

某城市客運(yùn)公交公司計(jì)劃更新一批純電動(dòng)公交客車。車輛選型采取面向社會(huì)公開招標(biāo)的方式。前來響應(yīng)的投標(biāo)車型眾多且各有特色。為了選取行業(yè)內(nèi)認(rèn)可度較高的車型產(chǎn)品，評(píng)審專家組可參照百分制評(píng)價(jià)模型，將所有投標(biāo)車型的內(nèi)容逐項(xiàng)展開對(duì)比并在每項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的分值范圍內(nèi)根據(jù)優(yōu)劣程度進(jìn)行打分，從而通過綜合得分確定候選中標(biāo)車型。

6 結(jié)語(yǔ)

本文回顧了純電動(dòng)客車的評(píng)價(jià)指標(biāo)分類，并對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)在純電動(dòng)客車選型評(píng)價(jià)體系中所占的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，建立了百分制的量化評(píng)價(jià)模型。隨著汽車技術(shù)的不斷進(jìn)步及純電動(dòng)客車的推廣，國(guó)家對(duì)純電動(dòng)客車的安全管理工作越來越重視，企業(yè)在成本方面管理也越來越精細(xì)化。因此，在車輛選型時(shí)需考慮權(quán)衡的因素越來越多，而利用科學(xué)方法建立的量化評(píng)分模型有助決策者在選型時(shí)作出較為客觀的判斷，從而選擇出最優(yōu)方案。