動力總成選型評價方法研究

宋敏

摘 要：在汽車整車項目開發中動力總成的選型對經濟性、動力性性能起著決定性作用。文章先分析已有的動力總成評價方法的側重點，提出結合主成分分析方法的動力總成選型方法，該方法能有效對汽車動力總成選型提供決策依據。

關鍵詞：動力總成;主成分分析方法選型評價方法

中圖分類號：U461.2? 文獻標識碼：A? 文章編號：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

動力總成選型主要是指對發動機總成、離合器或液力變矩器、變速器速比、主減速比、輪胎規格進行匹配。動力總成匹配決定著整車的經濟性、動力性。當前動力總成選型評價方法主要分為基于整車性能指標和基于能量利用程度來評價。燃料經濟性-加速時間評價方法能夠直觀地反應出整車動力性與經濟性折中方法，但是不能體現對排放性能的影響[1];“蜘蛛圖”評價方法能夠用直觀圖形表示出各個評價指標與標準之間的優劣，但是該方法給每個評價指標賦予相同的權重，并且當動力總成選型方案較多時，不容易通過圖形觀察[2];針對上述方法的不足，綜合評價體系被提出，基本思路為針對整車的每一項指標，采用有所側重，有所限制，綜合全面地考慮，但是該方法沒有針對各個指標的權重分配提出參考[3]。近年來，應用Hotelling在1933年提出的主成分分析法較為廣泛，利用降維的思想，把多指標轉化為少數幾個綜合指標[4]。郝圣杰等人采用主成分分析法對汽車操縱穩定性進行評價[5];葉志偉在研究基于用戶打分的制動性能分析方法時，引入主成分分析方法提取出用戶較為敏感的指標[6]。

本文將主成分分析法引入汽車動力總成選型評價方法中，計算出涉及到的各個指標權重因子，為動力總成選型評價提供客觀參考依據，減少主觀性。

2 主成分分析法的基本原理與計算步驟

主成分分析法的原理是設法將原來變量重新組合成一組新的相互無關的幾個綜合變量，同時根據實際需要從中可以去除幾個較少的綜合變量后，盡可能多地反映原來變量的信息的統計方法。在數學上也是一種降維的方法，設法將原來眾多具有一定相關性（比如p個指標），重新組合成一組新的互相無關的綜合指標來代替原來的指標。

主成分分析法的計算步驟如下：

（1）將樣本數據標準化變換樣本數據的標準化就是為了消除不同指標間量綱的差異，將不同量綱的指標，通過適當的變換，化為無量綱的標準化指標。假設有m個方案，n項指標，xij為指標值，則方案的決策矩陣為：。對決策矩陣進行標準樣本變換，令：

其中，樣本均值，樣本均方差 ，則樣本數據的標準化矩陣即為：。

（2）計算相關系數矩陣

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

因為R是實對稱矩陣（即rij=rji），所以只需計算上三角元素或下三角元素即可，主對角線上元素均為1。

（3）計算特征值與特征向量

由特征方程? 解出n個特征值

由齊次線性方程組 ，解出對應的特征向量

（4）求各指標的權重

在主成分分析法中，各指標的權重系數即為各主成分的方差貢獻率。

通過比較各指標的貢獻率的大小，可對各指標進行排序，從而確定其重要性。

3 動力總成選型評價方法

3.1 動力總成選型評價方法總體構思

動力總成選型性能評價指標首要考慮有關政策法規的排放和燃油經濟性要求，同時需要考慮企業技術水平和用戶需求;依據項目實際，提出構建動力總成選型評價體系的框架，如圖1所示。然后對不同動力總成方案采用主成分分析法進行計算，得出優選方案。

3.2 動力總成選型法規

不同的動力總成性能指標都有不同的法規標準，現階段與傳統燃油車動力總成的動力性、經濟性和排放性能有關的標準有：GB/T 12543-2009 汽車加速性能試驗，GB/T 12536- 1990 汽車滑行試驗方法，GB/T 12537-1990 汽車牽引力性能試驗方法，GB/T 12539-2018 汽車爬坡度試驗方法，GB/T 12544-2012 汽車最高車速試驗方法，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價方法及指標，GB/T 19233-2008 輕型汽車燃料消耗量試驗方法，?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）。