基于灰色系統(tǒng)理論在車輛工程的應(yīng)用探究

胡浩

（西安科技大學(xué)，陜西 西安 710600）

縱觀客觀世界中的實(shí)際問題，其內(nèi)部的某些結(jié)構(gòu)、特征參數(shù)并未全部被人們所了解，人們不可能像研究表面現(xiàn)象問題那樣將其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)機(jī)理研究清楚，只能依據(jù)某些邏輯思維和一些特殊的方法去推斷進(jìn)行構(gòu)造模型，通常我們稱之為灰色系統(tǒng)。在車輛工程應(yīng)用方面，我們同樣對其內(nèi)在的一些結(jié)構(gòu)、特征參數(shù)了解得并不透徹，那么我們就需要通過灰色系統(tǒng)理論建立模型去進(jìn)行探討研究，以便更好的應(yīng)用于人類生活的方方面面，去解決和分析實(shí)際問題。

1 概述

1.1 灰色系統(tǒng)理論得產(chǎn)生背景

人類在歷史的發(fā)展、社會、經(jīng)濟(jì)活動以及科學(xué)研究過程中，經(jīng)常會遇到一些信息和條件不足的情況。比如在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，即使是播種面積、種子、化肥、灌溉條件等信息完全明確，但是由于勞動力的技術(shù)水平、氣候條件、市場行情等信息不明確，仍然難以準(zhǔn)確地預(yù)計出產(chǎn)量、產(chǎn)值。這些問題的出現(xiàn)就促使了人們研究各種不確定性問題的理論，隨之適用方法也就逐步產(chǎn)生了。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、人類社會的進(jìn)步以及城市化進(jìn)程的加速，人們對各類系統(tǒng)的不確定性有了初步認(rèn)識，隨之不確定性系統(tǒng)的研究也日益開拓。在20世紀(jì)后半葉，在科學(xué)研究過程中，越來越多的不確定性問題的出現(xiàn)，推進(jìn)了各種不確定性系統(tǒng)理論和方法的出現(xiàn)和發(fā)展。扎德教授于20世紀(jì)60年代創(chuàng)立了模糊數(shù)學(xué)，鄧聚龍教授于80年代創(chuàng)立了灰色系統(tǒng)理論，帕拉克教授于80年代創(chuàng)立的粗糙集理論和王光遠(yuǎn)教授于90年代創(chuàng)立的未確知數(shù)學(xué)等，這些都是不確定性問題研究的重要成果。這些方法從不同角度、不同方向闡述了研究和處理各類不確定性問題的理論和方法。

1.2 灰色系統(tǒng)理論的概念

灰色系統(tǒng)理論是在20世紀(jì)80年代提出的一種新的處理不確定性問題的有力研究方法。灰色系統(tǒng)理論是以小部分已知信息或條件的小樣本不確定性問題為研究對象，主要通過對問題中部分條件提取有價值的信息，對整個不確定性系統(tǒng)做出一定的監(jiān)控，最終得出比較準(zhǔn)確的結(jié)論，以便應(yīng)用在實(shí)際生活中。灰色系統(tǒng)理論以給定的條件為基礎(chǔ)，通過對問題的分析認(rèn)證，建立一定的模型，求取問題的最佳答案，較適用于思維的綜合和判斷。

灰色系統(tǒng)理論中的“灰”可以有諸多解釋，見表1。

表1

1.3 灰色系統(tǒng)理論的發(fā)展趨勢

在上文簡單論述了灰色系統(tǒng)理論產(chǎn)生的背景及其基本概念，隨著科技的進(jìn)步，城市化進(jìn)程的加快，日常生活中暴露出的問題也逐步增加，使得人們對灰色系統(tǒng)理論的研究進(jìn)入了一個空前的高度，推進(jìn)了灰色系統(tǒng)理論的發(fā)展。目前灰色系統(tǒng)理論成功應(yīng)用到了諸多領(lǐng)域，如工業(yè)、車輛工程、交通、環(huán)境、醫(yī)學(xué)和教育等。灰色系統(tǒng)理論得到廣泛應(yīng)用，成功的解決了日常生活生產(chǎn)和研究中大量的實(shí)際問題。

灰色系統(tǒng)理論以其龐大的生命力不斷發(fā)展，逐步完善，奠定了其在學(xué)術(shù)界的地位，發(fā)展前景備受國內(nèi)外學(xué)者以及研究人員所重視。

2 車輛工程

2.1 車輛工程概述

車輛工程是一門研究車輛動力學(xué)與各種機(jī)動車等機(jī)械制造的理論以及技術(shù)和發(fā)展方向的工程方面的學(xué)科。它主要包括機(jī)動車輛以及交通運(yùn)輸工具的理論設(shè)計、研究開發(fā)、生產(chǎn)制造和質(zhì)量檢測等關(guān)鍵技術(shù)。

車輛工程經(jīng)過幾千年的發(fā)展演變，從最初研究的材料力學(xué)、機(jī)械設(shè)計與加工、流體力學(xué)等,到今天廣泛應(yīng)用到人類生活的方方面面，形成了諸多領(lǐng)域，是一門技術(shù)與綜合性很強(qiáng)的學(xué)科。

2.2 車輛工程的發(fā)展

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國在機(jī)動車輛方面的發(fā)展逐步趕上了國際的發(fā)展步伐，在產(chǎn)品技術(shù)和質(zhì)量方面，與國際最先進(jìn)的技術(shù)水平的差距已經(jīng)逐步縮小，達(dá)到了一個很高的地步。現(xiàn)在一些新型合成的復(fù)合材料已經(jīng)逐步應(yīng)用到車輛工程領(lǐng)域之中，解決了一些問題，同時給人們的生活帶來了諸多便利。此外，在車輛工程上，自動化已經(jīng)成為了發(fā)展主流，如在汽車上應(yīng)用了自動擋等。

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，在車輛工程中也掀起了“互聯(lián)網(wǎng)+汽車”的潮流。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，科研人員不斷突破一個個難題，相信在不久的將來，機(jī)動車輛完全能夠?qū)崿F(xiàn)全自動化操作。

縱觀車輛工程領(lǐng)域近年來的發(fā)展，車輛制造業(yè)發(fā)展的趨勢和方向勢必沿著綠色、環(huán)保以及自動化方面發(fā)展，積極響應(yīng)“十三五”的環(huán)保理念，切實(shí)貫徹創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、智能的發(fā)展理念，努力完成“十三五”的目標(biāo)。

3 灰色系統(tǒng)理論應(yīng)用到車輛工程

在現(xiàn)階段灰色系統(tǒng)理論的應(yīng)用，大多在于汽車運(yùn)行以及交通的車輛工程領(lǐng)域中。通常針對不確定性問題，先進(jìn)行灰色預(yù)測，再建立模型，列出相應(yīng)的微分方程，運(yùn)用數(shù)學(xué)的知識進(jìn)行求解，進(jìn)而解決實(shí)際問題。

為了取得可靠的理論依據(jù)，研究人員對車輛工程中的常規(guī)的公交客運(yùn)進(jìn)行分析論證。對此進(jìn)行研究有以下幾點(diǎn)依據(jù)：（1）隨著城市化進(jìn)程的加快，機(jī)動車輛的快速增長，導(dǎo)致了道路交通擁擠、阻塞等問題。（2）公共交通成為居民出行的重要交通工具。（3）公共交通符合可持續(xù)發(fā)展的理念，積極響應(yīng)“十三五”精神。

在對公共交通線路這個不確定性問題用灰色預(yù)測模型來研究，采用了傳統(tǒng)灰色預(yù)測模型和常規(guī)方法的預(yù)測這兩種方法進(jìn)行研究分析對比，得出更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

目前常規(guī)方法的預(yù)測常用的是多元線性回歸模型、平均增長系數(shù)模型和組合預(yù)測模型等。

而通過研究分析對比，研究人員發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的灰色預(yù)測模型更加優(yōu)于常規(guī)方法的預(yù)測，精準(zhǔn)度更高。

灰色預(yù)測分析過程通常包括灰色的生成、求參運(yùn)算以及精度檢驗(yàn)這3個步驟。

灰色的生成即GM模型的建立，列出相應(yīng)的微分方程，如，其中Xi為n個觀察值，α，β為待測參數(shù)。

求參運(yùn)算：通過最小二乘法求解α，β；再通過求解矩陣得出觀察值Xi的通解。

精度檢驗(yàn)即殘差檢驗(yàn)。利用殘差建立一個修正模型，可以消除誤差，提高精度。

4 結(jié)語

迄今為止，國內(nèi)學(xué)者研究的主要方向仍然是灰色系統(tǒng)理論，為灰色理論作出了極為重要的貢獻(xiàn)。在灰色預(yù)測中，通過構(gòu)建灰色模型建立微分方程組，可以有效的處理一些不完整以及零亂的數(shù)據(jù)，在一定程度內(nèi)具有良好的實(shí)用性，對交通的預(yù)測有很好的應(yīng)用價值。灰色系統(tǒng)理論通常對小樣本數(shù)據(jù)及問題進(jìn)行預(yù)測，這促使灰色系統(tǒng)理論在很多工程實(shí)踐中大量應(yīng)用，同時也取得了比較滿意的預(yù)測結(jié)果。

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