基于AHP的純電動客車選型評價模型的構建

柳勇全

（山西汽車運輸集團有限公司，山西 太原 030001）

0 引言

純電動客車是我國當前大力推廣使用的汽車。2012—2014年純電動汽車推廣應用發展較為緩慢，主要是由于純電動汽車在我國屬新生產業，在起步階段無論在政策支持還是汽車技術發展方面都處于探索嘗試與經驗積累時期。從2015年開始，隨著國家相關政策的不斷完善，純電動汽車在技術方面取得了突破，使純電動汽車開始實實在在地進入大力推廣階段，尤其是城市公交客車起到了先行先試的示范效應。2016年我國純電動汽車推廣應用工作得到了很大的進展，乘用車、客車、電動物流車等各類車型均取得了實質性的推廣成效。與此同時，我國對相關配套技術標準不斷地進行完善，提高了純電動汽車的技術標準，發展方向上更加注重新技術的突破與革新。

在當前良好的政策與市場環境之下，純電動汽車推廣應用將逐漸迎來高峰期。尤其是純電動乘用車、城市公交車與公路客車的數量，在隨后的幾年中將會出現井噴式的增長。然而，相對于傳統客車來說，純電動客車的使用性能還沒有經過時間的檢驗。由于缺乏經驗值，在車輛選型時會使企業決策者陷入困境。那么如何評價一輛純電動客車的經濟性、安全性與舒適性？如何評價純電動客車的核心技術如電池、電機等？各個關鍵性評價指標在整車性能中的所占權重如何衡量？本文將對以上問題展開研究，并建立純電動客車的選型評價模型。

1 純電動汽車選型評價技術研究現狀

1.1 純電動汽車技術評價

荊瑩[1]通過對比傳統汽車與新能源汽車使用成本，從宏觀上得出了優選新能源汽車的結論。

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

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，為保證續駛里程的最大化，汽車車身應向輕量化方向發展，通過采用輕量化的材質與閉環結構的車身骨架來實現安全與經濟的融合。

萬建紅[4]提出采購是一項多因素的合理均衡。只有將質量、服務與成本、價格等因素做好平衡，才能使采購成本實現最低。

1.2 評價方法

阮嫻靜、揚青[5]利用模糊評價法對混合動、純電動、燃料電池、氫動力、生物燃料、甲醇、天然氣等汽車從環境保護、經濟適用、能源效用、資源稟賦、技術成熟等角度進行了評價，得出了純電動在很長一段時期內將是發展的主要技術路線。

楊玉蓮[6]利用層次分析法對集中采購的經濟性、效率性、效果性進行評價，建立了集中采購績效評價模型，確定了評價集中采購績效的等級。

2 評價指標體系的建立

2.1 關鍵評價指標體系

圖1 純電動客車選型評價體系

2.2 關鍵評價指標分析

2.2.1 動力電池

2.2.1.1 能量密度

通常能量密度是指質量能量密度（Wh/kg)，指單位質量的電池所儲存的能量。磷酸鐵鋰動力電池的能量密度在80～150 Wh/kg,在實驗室經過穿刺、高溫、擠壓等破壞性實驗后，安全值極限在130 Wh/kg。目前，國家對能量密度技術劃定的最高要求值為115 Wh/kg以上，實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，隨著電池量產化與技術的進步，目前電池成本約為3 000元/kWh。2016年由于國補與地補的高額補貼推動，致使電池供不應求，把生產廠家的重點由技術研發轉移到了追求產量上。2017年國家調整了補貼金額后，電池按1 800元/kWh基準進行補貼，總電量與整車成本的關系更加明確。

2.2.1.3 百公里耗電

國家把對純電動客車的測試方法由40 km/h等速法調整為工況法，對整車的續駛里程測試數據更加切合實際。同時，補貼要求純電動客車的單位載質量能量消耗（Ekg）不高于0.24 Wh/km·kg，將純電動客車的運輸能力提到了最高值。結合續駛里程與運輸能力，百公里耗電可以綜合衡量純電動客車整車的運行經濟性。

2.2.2 驅動電機

2.2.2.1 電機類型

由于電機材料不同，成本也不同，性能參數不同。目前，我國電動汽車運用最多，技術最為先進的驅動電機是永磁同步電機，具有反應快、效率高、扭矩大等顯著特點。除此之外，還有無刷直流電機、感應電機、直流電機、開關磁阻電機[7]。

2.2.2.2 額定功率

與傳統燃氣/油發動機相比，驅動電機額定功率較為單一，普遍為6～8 m客車驅動電機額定功率為60 kW，8～10 m客車驅動電機額定功率為75 kW，10～12 m客車驅動電機額定功率為100 kW。通常用額定功率來反映客車的動力性能。因此，額定功率指標可作為車輛性能的評價指標。

2.2.3 安全系統

2.2.3.1 電池組防護

電池組在整車出現險情時，不發生爆炸、燃燒、泄漏、短路等現象才能保證車輛人員的安全。防護等級多用IP來表述，后面數字越大，安全級別越高。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，防護等級對于車輛、人員的安全息息相關，是純電動客車的重要安全指標。

2.2.3.2 滅火裝置

電池或電機艙自動滅火裝置必須達到3個核心要求：一是最短時間內探測到可能的燃燒源；二是不能出現誤判；三是必須及時有效滅火。因此，滅火裝置是純電動客車至關重要的安全評價指標。

2.2.3.3 電氣安全

純電動客車電壓高達570 V，對線路布局，絕緣技術要求更高。線束插件應具有可承載過載電流，可靠的特點。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。因此，電氣安全部件的采用和布置工藝是評價純電動客車的重要評價指標。

2.2.3.4 應急裝置

純電動客車在突發緊急情況時，應急裝置是保證乘員安全的重要設施。主要應急裝置或功能有碰撞預警、應急逃生門、天窗或自動破玻、自動遠程報警或呼叫等。應急裝置是純電動客車安全系統的主要組成部分，因此可以用來評價客車的安全性能。

2.2.4 技術配置

2.2.4.1 基本配置

基本配置是客車適用性、舒適性、技術與經濟性的基本保障，也是體現客車檔次的直接因素。基本配置的高低還影響到車輛的價格，因此，對基本配置進行評價十分必要。

2.2.4.2 附加配置

附加配置是指在滿足純電動客車基本配置的基礎上，安裝或采用新產品、新技術的配置。是進一步輔助駕駛、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作用。

2.2.5 商務內容

2.2.5.1 售后服務

純電動客車的特點是相對比傳統燃油/氣客車，在車輛維護修理方面內容少了很多。但是，高電壓的特點使非專業人員無法自我維護與排除簡易故障。因此，售后服務必須作為重要因素來考量。

2.2.5.2 終端價格

純電動客車的價格由3個部分組成，一是中央財政補貼，簡稱國補；二是地方財政補貼，簡稱地補；三是除國補、地補外需終端用戶支付的價格。由于國補與地補均有補貼細則對應，補貼金額固定，廠家可以操作浮動的價格是終端價格。因此，終端價格是影響選型評價最重要的指標。

3 基于層次分析法（AHP）的評價指標權重的確定

3.1 層次分析法簡介

層次分析法（簡稱AHP）是20世紀70年代由美國運籌學家T．L．Satty等人提出，是一種運用定量與定性相結合分析的多目標決策方法。

3.2 用層次分析法（AHP）確定權重

3.2.1 構造層次模型

純電動客車在選型評價時需要考慮很多指標，把這些指標按照類別和細化指標進行分層整理。本模型分為3個層次，第一層（最高層）只有一個因素，中間層（準則層）是指標類別，有5個因素，然后把最底層中的每個分類指標再進行具體化，建立子準則層。

3.2.2 計算一級指標權重

3.2.2.1 構建判斷矩陣

3.2.2.2 一級指標判斷矩陣設計

3.2.2.3 計算指標權重

3.2.2.4 一致性檢驗

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

經計算最大特征值λmax＝5.406。

c）查平均隨機一致性指數表，RI=1.12。

經計算CR＝0.091＜0.1，表明A1對應一級指標權重可以接受。

3.2.3 構建二級指標判斷矩陣

3.2.3.1 二級判斷矩陣設計

3.2.3.2 計算權重

經計算對應判斷矩陣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

由于僅為兩元素的矩陣無需進行一致性檢驗，這里對由兩個以上元素組成的矩陣進行計算。經計算 B1判斷矩陣的λmax=3.054，CI=0.027，RI=0.58，CR=0.047＜0.1，表明B1對應二級指標權重可以接受。

經計算 B3判斷矩陣的 λmax=4.255；CI=0.085，RI=0.90，CR=0.094＜0.1，表明 B3對應二級指標權重可以接受。

3.2.4 計算總權重

二級指標對目標層的影響可以用其權重值來反映，由計算公式為 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 建立評價模型

根據以上計算結果，建立百分制的評價模型，如表2所示。

表2 純電動客車選型評價模型

5 應用舉例

某城市客運公交公司計劃更新一批純電動公交客車。車輛選型采取面向社會公開招標的方式。前來響應的投標車型眾多且各有特色。為了選取行業內認可度較高的車型產品，評審專家組可參照百分制評價模型，將所有投標車型的內容逐項展開對比并在每項評價指標的分值范圍內根據優劣程度進行打分，從而通過綜合得分確定候選中標車型。

6 結語

本文回顧了純電動客車的評價指標分類，并對各評價指標在純電動客車選型評價體系中所占的權重進行計算，建立了百分制的量化評價模型。隨著汽車技術的不斷進步及純電動客車的推廣，國家對純電動客車的安全管理工作越來越重視，企業在成本方面管理也越來越精細化。因此，在車輛選型時需考慮權衡的因素越來越多，而利用科學方法建立的量化評分模型有助決策者在選型時作出較為客觀的判斷，從而選擇出最優方案。