基于AHP的纯电动客车选型评价模型的构建

柳勇全

（山西汽车运输集团有限公司，山西 太原 030001）

0 引言

纯电动客车是我国当前大力推广使用的汽车。2012—2014年纯电动汽车推广应用发展较为缓慢，主要是由于纯电动汽车在我国属新生产业，在起步阶段无论在政策支持还是汽车技术发展方面都处于探索尝试与经验积累时期。从2015年开始，随着国家相关政策的不断完善，纯电动汽车在技术方面取得了突破，使纯电动汽车开始实实在在地进入大力推广阶段，尤其是城市公交客车起到了先行先试的示范效应。2016年我国纯电动汽车推广应用工作得到了很大的进展，乘用车、客车、电动物流车等各类车型均取得了实质性的推广成效。与此同时，我国对相关配套技术标准不断地进行完善，提高了纯电动汽车的技术标准，发展方向上更加注重新技术的突破与革新。

在当前良好的政策与市场环境之下，纯电动汽车推广应用将逐渐迎来高峰期。尤其是纯电动乘用车、城市公交车与公路客车的数量，在随后的几年中将会出现井喷式的增长。然而，相对于传统客车来说，纯电动客车的使用性能还没有经过时间的检验。由于缺乏经验值，在车辆选型时会使企业决策者陷入困境。那么如何评价一辆纯电动客车的经济性、安全性与舒适性？如何评价纯电动客车的核心技术如电池、电机等？各个关键性评价指标在整车性能中的所占权重如何衡量？本文将对以上问题展开研究，并建立纯电动客车的选型评价模型。

1 纯电动汽车选型评价技术研究现状

1.1 纯电动汽车技术评价

荆莹[1]通过对比传统汽车与新能源汽车使用成本，从宏观上得出了优选新能源汽车的结论。

魏小玲、胡军[2]认为钴酸锂电池不仅生产成本高，而且安全性能差（150℃高温时易爆炸）。锰酸锂电池的安全性能较好，但其循环寿命较差特别是在高温环境下使用。磷酸铁锂电池虽然能量密度低但生产成本低、循环寿命长且安全性能较好。三元材料锂电池是目前综合评价较好的电池，是新能源客车首选的动力电池。

周飞、李旭[3]指出，由于电池能量密度限制，电池组的重量在整车中占有较大比例，为保证续驶里程的最大化，汽车车身应向轻量化方向发展，通过采用轻量化的材质与闭环结构的车身骨架来实现安全与经济的融合。

万建红[4]提出采购是一项多因素的合理均衡。只有将质量、服务与成本、价格等因素做好平衡，才能使采购成本实现最低。

1.2 评价方法

阮娴静、扬青[5]利用模糊评价法对混合动、纯电动、燃料电池、氢动力、生物燃料、甲醇、天然气等汽车从环境保护、经济适用、能源效用、资源禀赋、技术成熟等角度进行了评价，得出了纯电动在很长一段时期内将是发展的主要技术路线。

杨玉莲[6]利用层次分析法对集中采购的经济性、效率性、效果性进行评价，建立了集中采购绩效评价模型，确定了评价集中采购绩效的等级。

2 评价指标体系的建立

2.1 关键评价指标体系

图1 纯电动客车选型评价体系

2.2 关键评价指标分析

2.2.1 动力电池

2.2.1.1 能量密度

通常能量密度是指质量能量密度（Wh/kg)，指单位质量的电池所储存的能量。磷酸铁锂动力电池的能量密度在80～150 Wh/kg,在实验室经过穿刺、高温、挤压等破坏性实验后，安全值极限在130 Wh/kg。目前，国家对能量密度技术划定的最高要求值为115 Wh/kg以上，实际主流品牌电池的能量密度的可靠值在120～125 Wh/kg。

2.2.1.2 总电量

电池成本在纯电动客车成本中占很大部分。在推广初期，由于电池能量密度的限制，电池组的成本占到车辆的50%以上。前期电池成本约为4 500元/kWh，随着电池量产化与技术的进步，目前电池成本约为3 000元/kWh。2016年由于国补与地补的高额补贴推动，致使电池供不应求，把生产厂家的重点由技术研发转移到了追求产量上。2017年国家调整了补贴金额后，电池按1 800元/kWh基准进行补贴，总电量与整车成本的关系更加明确。

2.2.1.3 百公里耗电

国家把对纯电动客车的测试方法由40 km/h等速法调整为工况法，对整车的续驶里程测试数据更加切合实际。同时，补贴要求纯电动客车的单位载质量能量消耗（Ekg）不高于0.24 Wh/km·kg，将纯电动客车的运输能力提到了最高值。结合续驶里程与运输能力，百公里耗电可以综合衡量纯电动客车整车的运行经济性。

2.2.2 驱动电机

2.2.2.1 电机类型

由于电机材料不同，成本也不同，性能参数不同。目前，我国电动汽车运用最多，技术最为先进的驱动电机是永磁同步电机，具有反应快、效率高、扭矩大等显著特点。除此之外，还有无刷直流电机、感应电机、直流电机、开关磁阻电机[7]。

2.2.2.2 额定功率

与传统燃气/油发动机相比，驱动电机额定功率较为单一，普遍为6～8 m客车驱动电机额定功率为60 kW，8～10 m客车驱动电机额定功率为75 kW，10～12 m客车驱动电机额定功率为100 kW。通常用额定功率来反映客车的动力性能。因此，额定功率指标可作为车辆性能的评价指标。

2.2.3 安全系统

2.2.3.1 电池组防护

电池组在整车出现险情时，不发生爆炸、燃烧、泄漏、短路等现象才能保证车辆人员的安全。防护等级多用IP来表述，后面数字越大，安全级别越高。如IP67代表电池组可以完全防止灰尘侵入和无限期沉没在指定的水压下。因此，防护等级对于车辆、人员的安全息息相关，是纯电动客车的重要安全指标。

2.2.3.2 灭火装置

电池或电机舱自动灭火装置必须达到3个核心要求：一是最短时间内探测到可能的燃烧源；二是不能出现误判；三是必须及时有效灭火。因此，灭火装置是纯电动客车至关重要的安全评价指标。

2.2.3.3 电气安全

纯电动客车电压高达570 V，对线路布局，绝缘技术要求更高。线束插件应具有可承载过载电流，可靠的特点。整车的阻燃镀锡铜线走向合理，捆扎牢靠，留有足够的安全系数。因此，电气安全部件的采用和布置工艺是评价纯电动客车的重要评价指标。

2.2.3.4 应急装置

纯电动客车在突发紧急情况时，应急装置是保证乘员安全的重要设施。主要应急装置或功能有碰撞预警、应急逃生门、天窗或自动破玻、自动远程报警或呼叫等。应急装置是纯电动客车安全系统的主要组成部分，因此可以用来评价客车的安全性能。

2.2.4 技术配置

2.2.4.1 基本配置

基本配置是客车适用性、舒适性、技术与经济性的基本保障，也是体现客车档次的直接因素。基本配置的高低还影响到车辆的价格，因此，对基本配置进行评价十分必要。

2.2.4.2 附加配置

附加配置是指在满足纯电动客车基本配置的基础上，安装或采用新产品、新技术的配置。是进一步辅助驾驶、提升管理、提高乘员舒适性的正偏离配置，在丰富车辆使用功能和适用范围方面有促进作用。

2.2.5 商务内容

2.2.5.1 售后服务

纯电动客车的特点是相对比传统燃油/气客车，在车辆维护修理方面内容少了很多。但是，高电压的特点使非专业人员无法自我维护与排除简易故障。因此，售后服务必须作为重要因素来考量。

2.2.5.2 终端价格

纯电动客车的价格由3个部分组成，一是中央财政补贴，简称国补；二是地方财政补贴，简称地补；三是除国补、地补外需终端用户支付的价格。由于国补与地补均有补贴细则对应，补贴金额固定，厂家可以操作浮动的价格是终端价格。因此，终端价格是影响选型评价最重要的指标。

3 基于层次分析法（AHP）的评价指标权重的确定

3.1 层次分析法简介

层次分析法（简称AHP）是20世纪70年代由美国运筹学家T．L．Satty等人提出，是一种运用定量与定性相结合分析的多目标决策方法。

3.2 用层次分析法（AHP）确定权重

3.2.1 构造层次模型

纯电动客车在选型评价时需要考虑很多指标，把这些指标按照类别和细化指标进行分层整理。本模型分为3个层次，第一层（最高层）只有一个因素，中间层（准则层）是指标类别，有5个因素，然后把最底层中的每个分类指标再进行具体化，建立子准则层。

3.2.2 计算一级指标权重

3.2.2.1 构建判断矩阵

3.2.2.2 一级指标判断矩阵设计

3.2.2.3 计算指标权重

3.2.2.4 一致性检验

一致性检验通过CR值来判断。当CR＜0.1时，矩阵具有满意一致性，当CR≥0.1时，则不能接受。只有通过一致性检验的矩阵才能被接受。检验步骤为：

经计算最大特征值λmax＝5.406。

c）查平均随机一致性指数表，RI=1.12。

经计算CR＝0.091＜0.1，表明A1对应一级指标权重可以接受。

3.2.3 构建二级指标判断矩阵

3.2.3.1 二级判断矩阵设计

3.2.3.2 计算权重

经计算对应判断矩阵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 一致性检验

由于仅为两元素的矩阵无需进行一致性检验，这里对由两个以上元素组成的矩阵进行计算。经计算 B1判断矩阵的λmax=3.054，CI=0.027，RI=0.58，CR=0.047＜0.1，表明B1对应二级指标权重可以接受。

经计算 B3判断矩阵的 λmax=4.255；CI=0.085，RI=0.90，CR=0.094＜0.1，表明 B3对应二级指标权重可以接受。

3.2.4 计算总权重

二级指标对目标层的影响可以用其权重值来反映，由计算公式为 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 建立评价模型

根据以上计算结果，建立百分制的评价模型，如表2所示。

表2 纯电动客车选型评价模型

5 应用举例

某城市客运公交公司计划更新一批纯电动公交客车。车辆选型采取面向社会公开招标的方式。前来响应的投标车型众多且各有特色。为了选取行业内认可度较高的车型产品，评审专家组可参照百分制评价模型，将所有投标车型的内容逐项展开对比并在每项评价指标的分值范围内根据优劣程度进行打分，从而通过综合得分确定候选中标车型。

6 结语

本文回顾了纯电动客车的评价指标分类，并对各评价指标在纯电动客车选型评价体系中所占的权重进行计算，建立了百分制的量化评价模型。随着汽车技术的不断进步及纯电动客车的推广，国家对纯电动客车的安全管理工作越来越重视，企业在成本方面管理也越来越精细化。因此，在车辆选型时需考虑权衡的因素越来越多，而利用科学方法建立的量化评分模型有助决策者在选型时作出较为客观的判断，从而选择出最优方案。