基于層次分析法的純電動客車整車性能評價體系

趙紅光， 薛守飛， 韓關文， 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能重點實驗室， 山東 聊城 252000)

純電動客車越來越受到消費者的關注，因此需要純電動客車整車評價體系為消費者的決策提供科學依據[1]。但實際評價中反映整車性能的評價指標較多，包括動力性、經濟性、舒適性等。消費者要從眾多評價指標中選取適合的性能指標，并以此確定需購買的車輛是非常困難的。因此建立一個過程明確、結果明晰、可信度高、關聯性小、簡單實用的純電動客車的整車性能評價體系非常必要[2-3]。由于層次分析法過程簡單且結果明晰,符合建立整車性能評價體系的要求，因此本文選擇層次分析法作為純電動客車的整車性能評價方法[4-6]。

1 層次分析法簡介

層次分析法是一種定性和定量相結合的分析方法,利用較少的信息將人的主觀判斷數學化，為復雜的決策問題提供簡單的決策方法[7-8]。通過對多種分析方法的學習比較，發現層次分析法具有以下優點：①系統性。將研究對象作為一個系統，不隔斷各個因素對結果的影響，且每層的權重設置最后都會直接或間接影響結果。②便捷性。簡單實用的決策方法，既不單純追求高深數學，也不片面地注重行為、邏輯、推理。③準確性。層次分析法主要是從評價者對評價問題的本質和對評價問題要素的理解出發，比一般的定量方法更追求定性的分析和判斷[9-10]。

應用該方法可從根本上解決以往整車評價方法中存在的整車定性分析不全面的問題，幫助消費者在整車性能評價過程中更好地運用整車性能信息，實現評價過程與思維過程相擬合。

應用層次分析法進行整車綜合評價的主要步驟如下:① 分析整車性能參數，建立層次結構；② 構造判斷矩陣；③ 確定評價指標權重；④ 進行一致性檢驗。

2 整車層次分析法綜合評價

2.1 建立整車性能參數的層次結構

通過分析整車性能參數，確定目標層、準則層、基本指標層以建立其層次結構。

純電動客車的整車性能評價模型可分為三層，如圖1所示。其目標層評價整車的綜合性能；準則層包括6個方面，即動力性(A)、經濟性(B)、操縱穩定性(C)、安全性(D)、環境適應性(E)、舒適性(F)指標；基本指標層是組成整車綜合性能的各分性能的總體指標層[11-12]，分別記為A1,A2,A3等。

圖1 純電動客車層次分析法評價結構模型圖

2.2 構造判斷矩陣

判斷矩陣是對兩個性能指標相對重要程度的描述，其元素Nij由多位技術專家判斷的平均值構成，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i相比指標j的重要程度,當i=j時，兩個指標相同，因此記為1，即判斷矩陣的對角線元素為1。如專家對因素B(經濟性)相對于因素A(動力性)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純電動城市客車車型為例，對組成整車性能評價體系所設置的動力性(A)、經濟性(B)、操縱穩定性(C)、安全性(D)、環境適應性(E)、舒適性(F)指標進行兩兩重要性比較[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 確定評價指標的權重

由于不同的評價指標和不同的分性能對純電動客車綜合性能的影響程度不同，因此需先確定評價指標之間的權重分配集Wi，具體過程如下。

首先將表2中的矩陣按照式(1)進行歸一化處理，得到表3指標歸一化數據。

(1)

(2)

式中n為判斷矩陣的階數，本文為6。根據層次分析法的計算結果，確定各指標的權重分配集Wi。

A.恭喜你，你是一個絕佳的反派人選。雖然未必有人相信你的辦事能力，但你非常有潛力，會有一鳴驚人的一天。你是一個可怕的敵人，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 指標歸一化數據

2.4 進行一致性檢驗

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

CI=(λmax-n)/(n-1)=0.111 68

(3)

一致性系數CR=CI/RI，式中RI為隨機一致性指標，經查閱[9]n=6對應的RI=1.26。

(4)

如CR<0.1，則可接受一致性檢驗，否則需要對判斷矩陣進行修正。計算結果表明，判斷矩陣的結果可接受。

因此動力性、經濟性、操縱穩定性、安全性、環境適應性、舒適性的權重依次為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

根據層次分析法計算出整車綜合性能后，同理可得到基本指標層中各指標對于準則層中相對應的分性能的相對權重值[13-14]。

最高車速、加速時間、最大爬坡度、坡道行駛車速、坡道起步能力5個指標對于準則層中動力性能指標的相對權重值依次為0.363 9、0.237 5、0.108 3、0.181 9、0.108 3。

等速能耗、等速續駛里程、標準工況能耗、標準工況續駛里程4個指標對于準則層中經濟性能指標的相對權重值依次為0.270 8、0.523 7、0.070 1、0.135 4。

低速回正、穩態回轉、轉向輕便性、轉向力、質心位置、側傾穩定角6個指標對于準則層中操縱穩定性能指標的相對權重值依次為0.088 6、0.152 4、0.271 8、0.152 4、0.281 0、0.053 8。

制動性能、EMC性能、智能駕駛性能、碰撞安全性、涉水安全性5個指標對于準則層中安全性能指標的相對權重值依次為0.067 5、0.233 4、0.423 3、0.166 5、0.109 2。

低溫冷啟動、低溫能耗、高溫能耗3個指標對于準則層中環境適應性能指標的相對權重值依次為0.141 6、0.333 8、0.524 7。

車內噪聲、加速車外噪聲、平順性、空調性能、除霜性能5個指標對于準則層中舒適性能指標的相對權重值依次為0.147 6、0.263 9、0.077 2、0.093 4、0.417 9。

在計算得到基本指標層28個指標對于準則層中相對應的分性能的相對排序權重值后，根據層次分析法計算就可得到基本指標層28個指標對于整車總體性能的相對總權重值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)。

純電動客車的整車總體性能的好壞由式(5)計算確定：

(5)

式中：H為純電動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為各影響元素的權重值；n為影響元素的個數。

最后根據表4評級標準評價得出這款8 m純電動城市客車的評價結果為良，可通過最終評價結果與不同車輛進行對比。評價結果與我司技術專家、試驗人員、客戶的反饋結果相近，對我司產品的優化提升提供了指導性思路。

表4 評級標準

4 結束語

本文采用層次分析法對純電動客車整車性能進行綜合評價，試驗對比不同車型的評價得分，評價結果分為優、良、中、差，結果單一明確，方法簡單實用，符合人們的思維習慣，為消費者購買車輛和制造廠商研發新車型提供了評價依據。