基于灰色系統理論在車輛工程的應用探究

胡浩

（西安科技大學，陜西 西安 710600）

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

1 概述

1.1 灰色系統理論得產生背景

人類在歷史的發展、社會、經濟活動以及科學研究過程中，經常會遇到一些信息和條件不足的情況。比如在農業生產中，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水平、氣候條件、市場行情等信息不明確，仍然難以準確地預計出產量、產值。這些問題的出現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生了。

隨著科學技術的發展、人類社會的進步以及城市化進程的加速，人們對各類系統的不確定性有了初步認識，隨之不確定性系統的研究也日益開拓。在20世紀后半葉，在科學研究過程中，越來越多的不確定性問題的出現，推進了各種不確定性系統理論和方法的出現和發展。扎德教授于20世紀60年代創立了模糊數學，鄧聚龍教授于80年代創立了灰色系統理論，帕拉克教授于80年代創立的粗糙集理論和王光遠教授于90年代創立的未確知數學等，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 灰色系統理論的概念

灰色系統理論是在20世紀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做出一定的監控，最終得出比較準確的結論，以便應用在實際生活中。灰色系統理論以給定的條件為基礎，通過對問題的分析認證，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。

灰色系統理論中的“灰”可以有諸多解釋，見表1。

表1

1.3 灰色系統理論的發展趨勢

在上文簡單論述了灰色系統理論產生的背景及其基本概念，隨著科技的進步，城市化進程的加快，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理論的研究進入了一個空前的高度，推進了灰色系統理論的發展。目前灰色系統理論成功應用到了諸多領域，如工業、車輛工程、交通、環境、醫學和教育等。灰色系統理論得到廣泛應用，成功的解決了日常生活生產和研究中大量的實際問題。

灰色系統理論以其龐大的生命力不斷發展，逐步完善，奠定了其在學術界的地位，發展前景備受國內外學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與各種機動車等機械制造的理論以及技術和發展方向的工程方面的學科。它主要包括機動車輛以及交通運輸工具的理論設計、研究開發、生產制造和質量檢測等關鍵技術。

車輛工程經過幾千年的發展演變，從最初研究的材料力學、機械設計與加工、流體力學等,到今天廣泛應用到人類生活的方方面面，形成了諸多領域，是一門技術與綜合性很強的學科。

2.2 車輛工程的發展

隨著科學技術的進步，我國在機動車輛方面的發展逐步趕上了國際的發展步伐，在產品技術和質量方面，與國際最先進的技術水平的差距已經逐步縮小，達到了一個很高的地步。現在一些新型合成的復合材料已經逐步應用到車輛工程領域之中，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，自動化已經成為了發展主流，如在汽車上應用了自動擋等。

隨著“互聯網+”時代的到來，在車輛工程中也掀起了“互聯網+汽車”的潮流。隨著技術的不斷發展，科研人員不斷突破一個個難題，相信在不久的將來，機動車輛完全能夠實現全自動化操作。

縱觀車輛工程領域近年來的發展，車輛制造業發展的趨勢和方向勢必沿著綠色、環保以及自動化方面發展，積極響應“十三五”的環保理念，切實貫徹創新、協調、綠色、智能的發展理念，努力完成“十三五”的目標。

3 灰色系統理論應用到車輛工程

在現階段灰色系統理論的應用，大多在于汽車運行以及交通的車輛工程領域中。通常針對不確定性問題，先進行灰色預測，再建立模型，列出相應的微分方程，運用數學的知識進行求解，進而解決實際問題。

為了取得可靠的理論依據，研究人員對車輛工程中的常規的公交客運進行分析論證。對此進行研究有以下幾點依據：（1）隨著城市化進程的加快，機動車輛的快速增長，導致了道路交通擁擠、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發展的理念，積極響應“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測模型來研究，采用了傳統灰色預測模型和常規方法的預測這兩種方法進行研究分析對比，得出更精準的數據。

目前常規方法的預測常用的是多元線性回歸模型、平均增長系數模型和組合預測模型等。

而通過研究分析對比，研究人員發現傳統的灰色預測模型更加優于常規方法的預測，精準度更高。

灰色預測分析過程通常包括灰色的生成、求參運算以及精度檢驗這3個步驟。

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

求參運算：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。

精度檢驗即殘差檢驗。利用殘差建立一個修正模型，可以消除誤差，提高精度。

4 結語

迄今為止，國內學者研究的主要方向仍然是灰色系統理論，為灰色理論作出了極為重要的貢獻。在灰色預測中，通過構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據，在一定程度內具有良好的實用性，對交通的預測有很好的應用價值。灰色系統理論通常對小樣本數據及問題進行預測，這促使灰色系統理論在很多工程實踐中大量應用，同時也取得了比較滿意的預測結果。

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