綜合評價體系在整車動力匹配計算中的應用

張輝（上海柴油機股份有限公司，上海200438）

綜合評價體系在整車動力匹配計算中的應用

張輝
（上海柴油機股份有限公司，上海200438）

最優的動力傳動系統必須兼顧整車的動力性和經濟性，如何從眾多的動力傳動系統中選擇出適合某型客車的最優動力系統配置一直是大多數客車廠家比較關心的問題。本文通過建立某種綜合評價體系，將各種相互制約的評價指標統一為唯一的評價標準，使得動力傳動系統的選擇更加的簡單直觀。

客車 動力匹配 綜合評價體系 權重

1　前言

汽車動力傳動系統優化匹配計算的關鍵是如何從眾多的計算方案中選擇出最優的方案。傳動系統的優劣是由一系列的動力性和經濟性的評價指標來確定的，由于各種評價指標考慮的側重點不同，所以經常會出現滿足了經濟性的要求，整車動力性會急劇惡化的情況［1］。因此為了對動力傳動系統進行合理的評價，必須建立起一套行之有效的綜合評價體系。通過這個評價體系，能夠將各種相互制約的評價指標統一到一個唯一的衡量標準。這樣整車的動力性、經濟性以及排放性能不再是孤立存在的，而是有效的整合在一起。

綜合評價體系的評價指標有很多，分別從不同的層面上反映了整車的動力性、經濟性及排放性能，因此一個綜合評價體系必須要充分考慮這些不同評價指標的影響程度。但是每種評價指標也有著各自不同的量綱，想建立統一的衡量標準，首先就要統一量綱。各項性能指標在統一量綱后，輸入預先設定好的目標函數，通過加權平均后，就可以得到各評價指標的無量綱系數。這些無量綱系數是通過加權的方法得到，而不同指標的權重也真實地反映了該指標在整個系統中的重要程度，所以這種做法不斷地在實踐中被證明其簡單有效性。

2　評價體系的建立

客車綜合評價體系的建立主要包括以下3個部分：（1）確定動力傳動系統的評價指標；（2）統一各種評價指標的量綱，使其都變成無量綱系數；（3）確定各評價指標在系統中的權重比例。下面將以某中型客車的動力總成為例，具體介紹評價體系的建立。

2.1動力總成評價指標的確定

動力總成的綜合評價體系是由若干個不同評價指標構成，對于整車性能而言評價指標主要包括動力性指標、經濟性指標、排放性指標［2］。本文所研究的綜合評價體系主要討論動力性指標和經濟性指標。

（1）動力性指標：主要包括最大爬坡度、最高車速、0～100 km/h和60～100 km/h的加速時間等；

（2）經濟性指標：包含多工況行駛循環油耗、100 km/h和50 km/h的等速百公里油耗；

（3）排放性指標：排放性指標是關乎整車能否正常營運的必要條件，目前國內強制實施的是國Ⅳ排放標準，而在上海、北京等地已經提前進入國Ⅴ排放階段。

從指標類型上區分，評價指標可以分為強制性指標和優化性指標。強制性指標是指該指標對于動力傳動系統評價是作為必要條件存在的，如排放指標必須達到，否則車型就不能投入營運。又如最大爬坡度要求，如果最大爬坡度偏小，就有可能在車輛營運過程中出現坡道熄火情況。因此在統計計算數據時，所有不能滿足強制性指標要求的配置都應被剔除。強制性指標的建立一般是根據計算的目標車輛的實際使用工況。本文所研究的中型客車，其主要使用工況是城際之間的旅游路線，因此強制性指標為以下3點：（1）25%＜最大爬坡度＜45%；（2）最高車速＞100 km/h；（3）60～100 km/h的加速時間＜60 s。

2.2評價指標的無量綱化

由上面內容介紹可知，綜合評價體系中包含著眾多的評價指標，而這些指標往往都具有不同的量綱標準，變化趨勢也都有差異，如果直接使用必將造成評價的無序和混亂。以最高車速為例，變化趨勢自然是車速越高越優，但是對于油耗而言，它的變化趨勢就變成了越小經濟性越優異。鑒于以上情況，所有進入評價體系的參數指標不僅需要進行量綱的同一處理，同時還要統一指標的變化趨勢。要選定一個基準值作為參考，設為B，其余需要評定的參數為校驗值，設為C。在這里基準值的選擇沒有特定的規定，但是對于綜合評價體系得到的最終結果卻存在較大的影響。一般情況下會按照類似車型的性能指標，或者按照用戶提出的具體要求作為基準值。本次研究就是結合這兩方面要求，選擇的基礎值為按照該客車實際動力配置構建的仿真模型計算出的參數，具體見表1。

表1　各評價指標基準值

確定好基準值，通過仿真模擬軟件計算出的各種動力傳動系統方案的指標，就可以通過校驗值與基準值的差值，看出各種方案相對于基礎要求的優劣程度，這里設定校驗值與基準值的差值為W。之前曾經說到評價指標的變化趨勢分為越大越好（簡稱“大指標”）和越小越好（簡稱“小指標”）兩種，所以首先要將所有評價指標按照“大小指標”劃分。分析本次研究的幾種評價指標，循環油耗、等速油耗、加速時間歸為小指標，而最大爬坡度和最高車速歸為大指標。同時規定本次研究指標變化趨勢為越大越好，所以對于大指標而言Wmax= C-B，這樣的話當Wmax為正值，就說明校驗值大于基準值，差值越大說明該方案越優秀；反之如果為負值，說明校驗值小于基準值，負值越大，說明方案越差。而對于小指標而言Wmin=B-C，這樣的話當Wmin為正值，就說明校驗值小于基準值，差值也越大也同樣說明越優秀，反之亦然。通過這樣的處理有效地將兩種變化趨勢統一到一個趨勢下。最后還要將差值W值除以基準值B，以此達到評價指標的無量綱化。由此可以得到對于各種評價指標的無量綱化公式：其中Q代表無量綱值，B代表基準值，C帶表校驗值［3］。

大指標的無量綱化：Qmax=（C-B）/B小指標的無量綱化：Qmin=（B-C）/B

2.3評價指標在評價系統中權重的劃分

最后需要討論分析評價體系第三個組成部分，各個評價指標權重系數的劃分。目前對于評價體系中各指標的權重分配沒有明確的理論指導，一般都是基于整車的匹配經驗以及用戶的使用要求。簡單地說，就是該車型的各項指標在市場和用戶心中關注的重要程度。占主導地位的指標會影響市場的接受程度以及用戶的購買意愿，那么這些指標在評價體系中就要占有比較大的權重，而那些次要的指標，占有的權重就會稍微小些。因此獲取這方面的資料，是建立一個有實際意義的評價體系的前提。

根據前面的介紹，影響整車性能的評價指標主要包括動力性、經濟性和排放性能3個方面。這3項內容是看成構成評價體系的最基礎的指標，可以稱之為一級指標。進一步分析可以看到，構成一級指標的是一些更加細分的指標，如經濟性指標中還可細分為等速油耗、多工況循環油耗，動力性指標則可分為最高車速、最大爬坡度以及加速時間等等。這些細分指標可以使評價體系更加的精確化，因此這些細分的指標也是要研究的對象，稱之為二級指標。這里設定綜合評價系數為σ，動力性指標權重為P，經濟性指標權重為C，排放性能指標權重為E，那么這3項一級指標權重之后即為綜合評價體系σ：

σ=P+C+E =1

以上3種指標的權重之和為1，這樣的話增加某一項的權重，必然會對另外的兩項權重產生影響。可以根據市場定位和用戶使用要求，調整3項內容的權重比例，以便制定出一套適合于目標用戶的動力傳動系統的評價體系。以動力性指標P為例，最高車速、最大爬坡度、加速性能及超車性能等二級指標權重之和亦為1，代表了各二級指標在所屬一級指標中所占據的重要程度，其中最高車速為P1，最大爬坡度為P2，加速時間為P3，超車時間為P4，則有

其中，n代表每項一級指標所包含的二級指標的數量。

同樣如果某項二級指標關注點加重，只需要調整其在一級指標中的權重即可，無需再對具體評價指標做出修改，即維持了評價體系的整體性，也方便使用操作。

本文在研究綜合評價體系中，排放性指標在發動機開發過程中已經得到了滿足，因此在一級權重的分配上不用再考慮。而從滿足市場和用戶的需求角度上考慮，經濟性指標無疑要高于動力性指標。但是良好的動力性對于研究的中型旅游客車又是必要因素，所以在權重分配中，經濟性指標占60%，動力性指標占40%。對于動力性的二級指標，最高車速、60～100 km/h的加速時間指標各占30%權重，最大爬坡度、0～100 km/h的加速時間各占20%的權重［4］。由此可以得到各評價指標在整個評價體系中所占的比重，見表2。3綜合評價體系在實際匹配計算中的運用

表2　不同評價指標在評價體系中所占權重

按照上節所說的步驟，就可以建立起一個有效的評價體系。下面結合某個實際的中型客車，來介紹評價體系在實際工作中的運用。

首先需要根據實際客車的動力配置，利用Cruise軟件構件模擬計算的模型。其次確定進行匹配計算的動力系統各組成部件的樣本數量，選擇5種發動機、5種變速箱、5種主減速器作為變化因子，根據排列組合形成了125種樣本。利用Cruise仿真計算軟件，可以方便地計算出每種樣本的各種評價指標。結合上節制定的強制性指標的要求，從這125種樣本中，剔除不符合強制性指標的樣本，剩下93種樣本，可以進入評價體系進行分析。最后利用上節介紹的內容，將這93種樣本的評價指標值，分別進行去量綱化和權重加乘，就可以得到每種樣本配置的綜合評價系數，見圖1。

圖1　動力傳動系統綜合評價系數圖

評價系數為正值，數值越大說明綜合性能越優秀；評價系數為負值，負值越大說明綜合性能越惡劣。由此可以找出最優方案的評價系數為3.08%，最差方案的評價系數為-11.91%。

在表3中整理了基礎模型和最優配置模型（序號23）的各評價指標的值。從對比數據可以看出，最優配置的各項經濟性指標均優于基準值，優化程度最大的是車速為50 km/h時的等速油耗，優化率達到了7.8%。動力性指標中最大爬坡度優率達到15.5%，其他動力性指標都接近基準值，因此選用23號方案可以在充分保證整車動力性的前提下，最大地提升整車的經濟性，同時證明該評價體系是行之有效的。

表3　基礎模型和最優模型優化對比

4　結論

本文簡單探討了綜合評價體系的建立以及在實際配套中的應用。由于整車的經濟性和動力性在進行動力匹配時存在一定的相互制約作用，所以合理地運用綜合評價體系，可以方便而快捷地從復雜的動力傳動系統配置中快速地找出最適合目標車型實際工況的動力配置。由上面的實例可以看出，根據綜合評價體系選出的最優配置，在保證整車動力性不差于基礎模型的條件下，所有的經濟性指標都有了一定程度上的增加，很好地兼顧了經濟性和動力性。因此在主機廠進行模擬計算分析新車動力系統配置時，需要通過充分合理的研究，制定出符合產品要求的評價體系，可以使匹配工作事半功倍。

［1］岳驚濤，廖苓平，彭莫.汽車動力系統的合理匹配評價［J］.汽車工程，2004，26（1）：102.

［2］張京明，溫新.汽車動力型與燃油經濟性評價指標的研究［J］.山東工程學院學報，1997，11（2）：39-40.

［3］張京明，周金寶.汽車動力性燃油經濟性的綜合評價［J］.汽車工程，1996，18（1）：51-53.

［4］劉疆.公交客車動力傳動系統優化匹配［D］.同濟大學，2007：61-68.

The Application of Comprehensive Evaluation System in Vehicle Power Matching Calculation

Zhang Hui
（Shanghai Diesel Engine Co.，Ltd.Shanghai200438，China）

Optimal power transmission system must take account of the power and economy of the vehicle.For a certain type ofbus configure bestpower system is bus companies the mostattention problem. In this paper，a comprehensive evaluation system is established，and the evaluation criteria of the mutual constraints are unified as the only evaluation criteria，which makes the selection of power transmission systemmoresimpleand intuitive.

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10.3969/j.issn.1671-0614.2016.02.003

來稿日期：2015-09-14

張輝（1976-），男，工程師，主要研究方向為動力傳動系統匹配研究。