基于模糊評價的電動汽車多性能研究

劉佳瑜 趙偉 莫志遙

【摘 要】電動汽車是未來發(fā)展的熱點(diǎn)，分析電動汽車的各性能，達(dá)到目標(biāo)協(xié)同，效益最佳，有利于其市場推廣。通過分析影響電動汽車安全、舒適、節(jié)能的因素，選取電池故障率、平穩(wěn)性、比能耗等指標(biāo)進(jìn)行性能量化。建立電動汽車不同性能下以各評價指標(biāo)為因素集的一級模糊評判模型，以指標(biāo)權(quán)重為目標(biāo)層，各指標(biāo)下的因素為準(zhǔn)則層計(jì)算。最后得到在安全性能評判上，40%的人認(rèn)為很滿意，20%認(rèn)為滿意，10%認(rèn)為一般，20%認(rèn)為不滿意；舒適性能評判上，30%認(rèn)為很滿意，50%認(rèn)為滿意，40%認(rèn)為一般，20%認(rèn)為不滿意。

【關(guān)鍵詞】電動汽車；性能研究；層次分析法；模糊評價

中圖分類號： U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）05-0060-002

【Abstract】Electric vehicle is a trend of future development. We analyze the performance indexes of electric vehicles by taking some factors like safety， to help it fit in the market. Set level fuzzy comprehensive evaluation model， and the index weight as goal， factor as the criterion layer index weight calculation. In the final analysis， 40.0% of the people were satisfied with the safety performance， 20.0% were satisfied， 10.0% thought that the average， 20.0% were not satisfied. In terms of comfort performance， it is 30.0%，50.0%，40.0%，20.0%.

【Key words】Electric vehicles； Performance； Analytic hierarchy process； Fuzzy evaluation

0 引言

伴隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，我國電動汽車政策不斷完善，力度加強(qiáng)。從2000年國家科技部開展“863計(jì)劃”電動汽車重大專項(xiàng)開始，許多政策接連出臺。尤其在2015年，國務(wù)院出臺了《電動汽車發(fā)展指導(dǎo)意見》，發(fā)改委發(fā)布了《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》，這些政策強(qiáng)有力的促進(jìn)了電動汽車的發(fā)展。如何優(yōu)化電動汽車，使其多性能目標(biāo)協(xié)調(diào)發(fā)展，成為了當(dāng)今的熱點(diǎn)話題。

能源問題一直備受關(guān)注，電動汽車的問世讓人們看到了發(fā)展與環(huán)境相協(xié)調(diào)的可能。如何優(yōu)化電動汽車性能，使其被人們廣泛接受是本文要探討的問題。本文分析電動汽車性能影響因素，選取合適量化指標(biāo)，利用層次分析法計(jì)算各性能權(quán)重，最后用模糊評價得到目標(biāo)函數(shù)滿意程度的模糊描述。

1 確定量化指標(biāo)

電動汽車性能的好壞主要由安全性、節(jié)能性和舒適性評判。研究車輛多性能的數(shù)學(xué)量化方法，從影響因素入手，選取合適評價指標(biāo)并對其進(jìn)行篩選，確定描述汽車安全、節(jié)能、舒適三個性能的合理量化指標(biāo)。

1.1 安全性量化指標(biāo)

1.1.1 電池失效率

蓄電池提供的電能是電動汽車的主要動力來源，因此電池失效率是評判電動汽車安全性的重要指標(biāo)之一。蓄電池是漸變失效產(chǎn)品，在實(shí)際使用過程中，其放電容量是逐漸衰退的。蓄電池組失效概率分布函數(shù)F（t）是一個兩參數(shù)指數(shù)分布函數(shù)[1]，即：

其中，t0表示蓄電池組的最小保證壽命，與蓄電池產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造水平和使用維護(hù)技術(shù)有關(guān)；表示失效率，是一個常數(shù)。

1.1.2 車型安全系數(shù)

汽車安全受車型、駕駛員、路況等多方面因素的影響， 本文從車輛本身入手進(jìn)行汽車產(chǎn)品安全評定。為盡量保證評價體系的科學(xué)性，從安全裝置、車速、車型等方面所占權(quán)重對汽車產(chǎn)品安全進(jìn)行綜合評價。即[2]：

其中，F(xiàn)a為車型安全系數(shù)；Fx為車型國別安全系數(shù)， 即車系系數(shù)；Fv為車速安全系數(shù)；F為安全裝置系數(shù)。

其中，Xj為第j個安全指標(biāo)，安裝取1，未安裝取0；Wj為第j個安全指標(biāo)的權(quán)重；P為安全裝置具體指標(biāo)的個數(shù)。

1.2 節(jié)能性量化指標(biāo)

在現(xiàn)有技術(shù)水平下，電池能量存儲密度達(dá)不到燃油的水平，電動汽車?yán)m(xù)駛里程短成為電動汽車發(fā)展的瓶頸。純電動汽車采用單位里程能量消耗來評價其能耗特性。

電動汽車的比能耗是單位質(zhì)量、單位里程電動汽車消耗的總能量，即單位里程能耗除以質(zhì)量，即[3]：

式中，m為汽車總質(zhì)量，kg；e0為電動汽車的比能耗，kw·h/（km·t）；e為行駛工況單位里程能耗，kw·h/km，即電動汽車平均每行駛1km所消耗的電池電量；E為行駛工況能量消耗，kj；s為相應(yīng)工況行駛距離，km。

1.3 舒適性量化指標(biāo)

1.3.1 平穩(wěn)性

車輛行駛過程中的平穩(wěn)性是評判電動汽車是否舒適的重要指標(biāo)之一。根據(jù)斯佩林經(jīng)驗(yàn)公式得到汽車行駛的平穩(wěn)性指標(biāo)及其評定標(biāo)準(zhǔn)如下[4]：

其中，W為平穩(wěn)性指標(biāo)；a為振幅，cm；f為振動頻率，Hz；j為振動加速度，cm/s^2；F（f）是與振動頻率有關(guān)的函數(shù)，稱為頻率修正系數(shù)，由經(jīng)驗(yàn)公式求得，其值為：

對于垂直振動，當(dāng)f=0.5～5.7Hz時，F(xiàn)（f）=0.325f2；當(dāng)f=5.9～20Hz時，F(xiàn)（f）=400/f^2；當(dāng)f>20Hz時，F(xiàn)（f）=1。

對于橫向振動，當(dāng)f=0.5～5.4Hz時，F(xiàn)（f）=0.8f2；當(dāng)f=5.4～26Hz時，F(xiàn)（f）=650/n^2；當(dāng)f>26Hz時，F(xiàn)（f）=1

1.3.2 續(xù)駛里程

電動汽車使用電能，雖然更加環(huán)保，但卻縮短了電動汽車的續(xù)駛里程。續(xù)駛里程越長，對車輛擁有者就越方便，就越讓人感到舒適。根據(jù)查閱資料，得到以下續(xù)駛里程的計(jì)算表達(dá)式[5]：

其中，S為續(xù)駛里程，m；EB為蓄電池總能量，kw·h；ηT為傳動效率；ηmc為電機(jī)及控制器效率，取0.9；ηq為電池平均放電效率，取0.95；m為蓄電池質(zhì)量，kg；ρ為蓄電池的比能量，表示電池單位質(zhì)量所能輸出的電能，Wh/kg。

2 構(gòu)造判別矩陣

電動汽車節(jié)能性僅由比能耗決定，安全性由電池失效率和車型安全系數(shù)決定，同理舒適性由平穩(wěn)性和續(xù)駛里程決定。為計(jì)算各指標(biāo)所占權(quán)重，采用層次分析法構(gòu)建遞階層次結(jié)構(gòu)模型和判斷矩陣，并進(jìn)行層次單排序及一致性檢驗(yàn)。

以電動汽車安全性為例，比較2個指標(biāo)X={x1，x2}對目標(biāo)Z的影響大小。其中，x1表示電池失效率，x2表示車型安全系數(shù)，Z表示電動汽車安全性目標(biāo)滿意。采取兩兩比較性能并建立成對比較矩陣的辦法，得到電動汽車安全性的判斷矩陣A，同理可得舒適性的判斷矩陣B。

A=1 30.33 1B=1 1.50.67 1

針對安全性，編寫Matlab程序，通過判別矩陣求出2個指標(biāo)的權(quán)向量并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，運(yùn)行結(jié)果如下：權(quán)向量ω=（0.75，0.25）；一致性指標(biāo)CI=-5.0001e-05；一致性比例CR=-Inf，因CR<0.10，所以該判斷矩陣的一致性可以接受。同理，舒適性權(quán)向量ω=（0.6，0.4）；一致性指標(biāo)CI=-5.0000e-07；一致性比例CR=-Inf<0.10，亦可以接受。

3 模糊綜合評價

本文采用一級綜合評價對各指標(biāo)所占權(quán)重進(jìn)行評價。一級綜合評價是指通過第一層子因素的信息對上一層因素進(jìn)行的單因素評價，得到后者對最終評價的貢獻(xiàn)度。

以電動汽車安全性能模糊綜合評價為例，首先建立因素集U1={電池失效率，車型安全系數(shù)}，由層次分析法得權(quán)重集為W1=[0.75 0.25]。綜合評判的目的是了解駕駛?cè)藢﹄妱悠嚨陌踩阅苁欠駶M意，總評判的結(jié)果是各個滿意等級。因此，建立備擇集為V={很滿意，滿意，一般，不滿意}。單獨(dú)從影響安全性能的兩個因素出發(fā)進(jìn)行評判。選取n位駕駛員，對電動汽車的單因素選擇。如對車型安全系數(shù)這一因素，有n1個人認(rèn)為很滿意，n2個人認(rèn)為滿意，n3個人認(rèn)為一般，n4個人認(rèn)為不滿意，其中n1+n2+n3+n4=n，則車型安全系數(shù)的單因素評判為R2'=（n1/n，n2/n，n3/n，n4/n）。用此方法得到電動汽車安全性的單因素評判矩陣為：R1=0.4 0.3 0.1 0.20.5 0.2 0.1 0.2

模糊評價模型B1=W1*R1=[0.75 0.25]*0.4 0.3 0.1 0.20.5 0.2 0.1 0.2，標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到B'1=[0.400 0.200 0.100 0.200]此式表明，在電動汽車安全性能的評判上，有40%的人認(rèn)為很滿意，20%認(rèn)為滿意，10%認(rèn)為一般，20%不滿意。

同理得到電動汽車舒適性能評判，30%的人認(rèn)為很滿意，50%認(rèn)為滿意，40%認(rèn)為一般，20%不滿意。

【參考文獻(xiàn)】

[1]蘭漢金.蓄電池失效概率分析[J].船電技術(shù)，2007，（05）：321-324.

[2]黃永和，方仲友，雙磊，潘建亮，陳亮，孟巖.構(gòu)建中國汽車安全性能評價體系[J].汽車工業(yè)研究，2010，（07）：12-17.

[3]周兵，江清華，楊易，王繼生.基于行駛工況的純電動汽車比能耗分析及傳動比優(yōu)化[J].中國機(jī)械工程，2011，22（10）：1236-1241.

[4]閆東.高速鐵路車輛運(yùn)行舒適性評價系統(tǒng)研究與應(yīng)用[D].北京工業(yè)大學(xué)，2014.

[5]余志生.汽車?yán)碚揫M].第四版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.