驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用匹配評(píng)價(jià)方法的研究

徐亞美，李 強(qiáng)，高文進(jìn)，張 磊，呂鳳龍

（濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東 濰坊 261061）

目前電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型匹配一般要求滿足整車動(dòng)力性即可，沒(méi)有全面地提出對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的匹配進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。本文提出在考慮整車動(dòng)力性的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮整車循環(huán)工況運(yùn)行情況和供應(yīng)商資質(zhì)能力，并利用多屬性決策灰色關(guān)聯(lián)度理論［1］建立電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用匹配評(píng)價(jià)方法。

1 匹配評(píng)價(jià)指標(biāo)

本文從整車動(dòng)力性能、行駛工況分布和供應(yīng)商資質(zhì)能力3個(gè)方面對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的應(yīng)用配套提出評(píng)價(jià)。

1.1 整車動(dòng)力性能指標(biāo)

整車性能指標(biāo)包括最高車速、0—50km／h加速時(shí)間、最大爬坡度。

1.2 循環(huán)工況分布指標(biāo)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)高效工作區(qū)是GB／T18488.1-2005對(duì)電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)性能提出的硬性指標(biāo)，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中不僅僅是在電機(jī)系統(tǒng)高效區(qū)運(yùn)行，提出以下統(tǒng)計(jì)方法對(duì)全工況進(jìn)行分析。

電機(jī)系統(tǒng)高效區(qū)利用率即在高效率區(qū)間范圍內(nèi)的電機(jī)工況點(diǎn)數(shù)量與全部電機(jī)工況點(diǎn)數(shù)量的比值M1，表征了電機(jī)系統(tǒng)實(shí)際工作點(diǎn)對(duì)其高效率區(qū)間的利用情況，也反映了電機(jī)系統(tǒng)與傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配情況［2，3］。

電機(jī)系統(tǒng)效率發(fā)揮程度，公式如下：

式中：M2——電機(jī)系統(tǒng)效率發(fā)揮程度；ki——電機(jī)系統(tǒng)第i個(gè)效率區(qū)間偽加權(quán)效率，見(jiàn)表1；ηeff_i——電機(jī)系統(tǒng)在第i個(gè)效率區(qū)間的效率區(qū)間利用率；ηmax——同類型電機(jī)系統(tǒng)最高效率參考值。

表1 電機(jī)系統(tǒng)效率區(qū)間及其偽加權(quán)系數(shù)

電機(jī)系統(tǒng)過(guò)載區(qū)間利用率即落在過(guò)載區(qū)間范圍的電機(jī)工況點(diǎn)數(shù)量與全部電機(jī)工況點(diǎn)數(shù)量的比值M3。

恒功率區(qū)間是電機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，區(qū)間的大小決定了電機(jī)弱磁控制的難易程度。在運(yùn)行工況中，電機(jī)在恒功率區(qū)間實(shí)際工作點(diǎn)個(gè)數(shù)與電機(jī)全部工作點(diǎn)的比值為電機(jī)恒功率區(qū)間的利用率M4。

1.3 供應(yīng)商資質(zhì)能力指標(biāo)

在實(shí)際驅(qū)動(dòng)電機(jī)匹配過(guò)程中不僅要考慮產(chǎn)品性能匹配問(wèn)題還要考慮電機(jī)系統(tǒng)供應(yīng)商的資質(zhì)能力，包括產(chǎn)品技術(shù)保證能力、供貨能力、價(jià)格水平和售后服務(wù)能力［4］。

2 評(píng)價(jià)方法

驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)匹配評(píng)價(jià)涉及多個(gè)不同層次指標(biāo)影響。灰色關(guān)聯(lián)度分析法是一種多因素統(tǒng)計(jì)分析方法，它是以各因素的樣本數(shù)據(jù)為依據(jù)用灰色關(guān)聯(lián)度來(lái)描述因素間關(guān)系的強(qiáng)弱、大小和次序，若樣本數(shù)據(jù)反映出的兩因素變化的態(tài)勢(shì) （方向、大小和速度等）基本一致，則它們之間的關(guān)聯(lián)度較大；反之，關(guān)聯(lián)度較小。評(píng)價(jià)方法一般包括以下幾個(gè)步驟。

2.1 建立決策矩陣，數(shù)據(jù)規(guī)范化

以上提到的評(píng)價(jià)指標(biāo)的量綱和數(shù)量級(jí)是不相同的，為了消除這種差異對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，首先對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣進(jìn)行規(guī)范化處理。

本文提到的評(píng)價(jià)指標(biāo)屬性包含成本型和效益型。如最大爬坡度指標(biāo)數(shù)值越大越好，屬于效益型；如電機(jī)成本指標(biāo)數(shù)值越小越好，屬于成本型。最后對(duì)電機(jī)系統(tǒng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱變化，建立評(píng)價(jià)矩陣D。

1）對(duì)效益型指標(biāo)數(shù)據(jù)做如下處理：

式中：ri0——效益型指標(biāo)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，ximax=max{xi1，…，xij}， ximin=min{xi1，…，xij}。

2）對(duì)成本型指標(biāo)數(shù)據(jù)做如下處理：

式中：ri0——成本型指標(biāo)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，ximax=max{xi1，…，xij}， ximin=max{xi1，…，xij}

3）各指標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)規(guī)范化處理后轉(zhuǎn)為D，即：

2.2 確定權(quán)重，建立判斷矩陣

層次分析法能將定性問(wèn)題定量化，將復(fù)雜問(wèn)題通過(guò)分層簡(jiǎn)單化，使整個(gè)決策過(guò)程容易實(shí)現(xiàn)。利用該方法可構(gòu)建判斷矩陣并根據(jù)其一致性檢驗(yàn)［5］，運(yùn)用歸一化確定各指標(biāo)的權(quán)重，如表2~表6所示 。圖1為驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)匹配各項(xiàng)指標(biāo)分析模型。

圖1 決策方案的層次結(jié)構(gòu)和分析模型

表2 A-B層各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

表3 B1-C1層各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

表4 B2-C2層各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

表5 B3-C3層各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

表6 評(píng)價(jià)體系各指標(biāo)的權(quán)重表

2.3 關(guān)聯(lián)度分析

1）構(gòu)造最優(yōu)樣本

其中r0j=max{rmn}（1≤m≤i，n=1，2，...j）。

2）確定絕對(duì)差值矩陣

樣本Ri與最優(yōu)樣本R0的絕對(duì)差值矩陣元素

3）確定關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣

樣本Ri與最優(yōu)樣本R0的關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣

式中：ρ——分辨率系數(shù)，ρ∈（0，1），一般取0.5。

4）綜合評(píng)價(jià)數(shù)值的確定

根據(jù)上述得到的各指標(biāo)權(quán)重和關(guān)聯(lián)度系數(shù)，用式 （8）計(jì)算各方案的關(guān)聯(lián)度I：

由關(guān)聯(lián)度I的大小判斷驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)匹配優(yōu)劣，若關(guān)聯(lián)度越大，說(shuō)明{R}與最優(yōu)指標(biāo){R*}越接近，變化的趨勢(shì)越一致。

3 應(yīng)用

以某一客車選用的A、B、C三款驅(qū)動(dòng)電機(jī)為例，表7為三款電機(jī)系統(tǒng)匹配情況。運(yùn)用本文提出的評(píng)價(jià)方法判斷哪款電機(jī)更適用于該車。

表7 三款驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)匹配情況

利用上述方法，處理表7匹配數(shù)據(jù)得到?jīng)Q策矩陣A為：

最優(yōu)樣本A0為：

則絕對(duì)差值矩陣為：

關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣為

根據(jù)上述得到的各指標(biāo)權(quán)重和關(guān)聯(lián)度系數(shù)，計(jì)算各方案的關(guān)聯(lián)度IA=0.46、IB=0.49、IC=0.67。

在電機(jī)匹配方面我們首先關(guān)注的是該電機(jī)系統(tǒng)能否滿足整車動(dòng)力性能，在滿足的前提下供應(yīng)商的資質(zhì)能力也是重點(diǎn)關(guān)注方面尤其是價(jià)格水平，再次關(guān)注的是能否對(duì)該電機(jī)系統(tǒng)良好應(yīng)用發(fā)揮其最大性能。通過(guò)上述計(jì)算分析，C電機(jī)系統(tǒng)更符合匹配要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要為電驅(qū)系統(tǒng)應(yīng)用匹配提供一種評(píng)價(jià)方法，從整車動(dòng)力性能、循環(huán)工況分布和供應(yīng)商資質(zhì)能力等3個(gè)方面的指標(biāo)利用灰色決策理論作出評(píng)價(jià)，經(jīng)過(guò)實(shí)例驗(yàn)證該評(píng)價(jià)方法具有可行性。