动力总成选型评价方法研究

宋敏

摘 要：在汽车整车项目开发中动力总成的选型对经济性、动力性性能起着决定性作用。文章先分析已有的动力总成评价方法的侧重点，提出结合主成分分析方法的动力总成选型方法，该方法能有效对汽车动力总成选型提供决策依据。

关键词：动力总成;主成分分析方法选型评价方法

中图分类号：U461.2  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）12-73-03

Abstract： The selection of powertrain plays a decisive role in the development of automobile project in terms of economy， power performance. In this paper， the emphasis of existing power assembly evaluation methods is analyzed， and a powertrain selection method combined with principal component analysis method is proposed. This method can effectively provide decision-making basis for vehicle power assembly selection.

Keywords： powertrain; Principal components analysis Selection Evaluation method

CLC NO.： U461.2  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2019）12-73-03

1 前言

动力总成选型主要是指对发动机总成、离合器或液力变矩器、变速器速比、主减速比、轮胎规格进行匹配。动力总成匹配决定着整车的經济性、动力性。当前动力总成选型评价方法主要分为基于整车性能指标和基于能量利用程度来评价。燃料经济性-加速时间评价方法能够直观地反应出整车动力性与经济性折中方法，但是不能体现对排放性能的影响[1];“蜘蛛图”评价方法能够用直观图形表示出各个评价指标与标准之间的优劣，但是该方法给每个评价指标赋予相同的权重，并且当动力总成选型方案较多时，不容易通过图形观察[2];针对上述方法的不足，综合评价体系被提出，基本思路为针对整车的每一项指标，采用有所侧重，有所限制，综合全面地考虑，但是该方法没有针对各个指标的权重分配提出参考[3]。近年来，应用Hotelling在1933年提出的主成分分析法较为广泛，利用降维的思想，把多指标转化为少数几个综合指标[4]。郝圣杰等人采用主成分分析法对汽车操纵稳定性进行评价[5];叶志伟在研究基于用户打分的制动性能分析方法时，引入主成分分析方法提取出用户较为敏感的指标[6]。

本文将主成分分析法引入汽车动力总成选型评价方法中，计算出涉及到的各个指标权重因子，为动力总成选型评价提供客观参考依据，减少主观性。

2 主成分分析法的基本原理与计算步骤

主成分分析法的原理是设法将原来变量重新组合成一组新的相互无关的几个综合变量，同时根据实际需要从中可以去除几个较少的综合变量后，尽可能多地反映原来变量的信息的统计方法。在数学上也是一种降维的方法，设法将原来众多具有一定相关性（比如p个指标），重新组合成一组新的互相无关的综合指标来代替原来的指标。

主成分分析法的计算步骤如下：

3 动力总成选型评价方法

3.1 动力总成选型评价方法总体构思

动力总成选型性能评价指标首要考虑有关政策法规的排放和燃油经济性要求，同时需要考虑企业技术水平和用户需求;依据项目实际，提出构建动力总成选型评价体系的框架，如图1所示。然后对不同动力总成方案采用主成分分析法进行计算，得出优选方案。

3.2 动力总成选型法规

不同的动力总成性能指标都有不同的法规标准，现阶段与传统燃油车动力总成的动力性、经济性和排放性能有关的标准有：GB/T 12543-2009 汽车加速性能试验，GB/T 12536- 1990 汽车滑行试验方法，GB/T 12537-1990 汽车牵引力性能试验方法，GB/T 12539-2018 汽车爬坡度试验方法，GB/T 12544-2012 汽车最高车速试验方法，GB 19578-2014 乘用车燃料消耗量限值，GB 27999-2014 乘用车燃料消耗量评价方法及指标，GB/T 19233-2008 轻型汽车燃料消耗量试验方法， GB 18352.5-2013 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段），GB 18352.6-2016 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）。

3.3 动力总成选型评价指标

动力总成性能指标包括动力性、燃油经济性、排放性、驾驶性、NVH性能等类指标，在动力总成方案选型阶段，由于排放性、驾驶性和NVH性能仿真评估比较复杂，因此动力总成选型方法选取动力性、燃油经济性两大大类指标;具体指标如下：

最高车速：汽车的最高车速是指在水平良好的路面上汽车所能达到的最高行驶速度，它不是瞬时值，而是可连续行驶一定距离的最高车速。

加速时间：加速时间表示汽车的加速能力，体现为在水平路面上所能达到的最大加速度，对平均行驶车速有着很大的影响。

最大爬坡度：汽车的上坡能力是用满载（或某一载质量）时，汽车在良好路面上的最大爬坡度。实质上最大爬坡度是指I档时的最大爬坡度。最大爬坡度代表了汽车的极限爬坡能力。

综合工况百公里燃油消耗量：以4个市区循环和1个郊区循环（NEDC）行驶试验工况来模拟实际车车运行状况，并以其百公里燃油消耗量来评定相应行驶工况的燃油经济性。

3.4 动力总成选型过程

第一步：采用仿真计算软件将不同动力总成方案的评价指标进行求解;

第二步：将不同动力总成方案和评价指标进行数据转换，通过主成分分析计算求出各个指标权重系数;

第三步：确定了各个指标权重后，需要将指标值中极大型指标和极小型指标进行区分，同时将指标数据转换成无量纲、同级、正向可加的标准数据。转换方法如下：

4 应用实例

现以开发的某款乘用车的动力总成选型为例进行评价，评价指标仿真数据结果如下表1所示，通过主成分分析法寻找出新的综合指标，建立动力总成选型评价模型。

上表说明第1，2主成分包含原始变量近90%的信息，后面2个主成分仅包含10%的信息，所以不考虑。

从上表中可以清晰看出，3号动力总成组合主成分分析评价中得分最高，客观反映了该动力总成的动力性与经济性均衡性最佳。

5 结论

本文针对现有在动力总成选型的优化匹配和评价体系，提出基于主成分分析法的动力总成选型方法，该方法把相关的性能指标量纲归一化，通过数值量化，可以把动力总成选型中所要考虑的指标均可以纳入考虑。主要解决评价动力总成组合优劣问题。该方法还可以引入其他动力总成性能指标如排放，NVH性评价指标使得评价更加客观具体。

参考文献

[1] 余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2] 吴乐欣.客车发动机与整车动力传动系统优化匹配研究[D].上海：同济大学，2008.

[3] 倪计民，单炯毅，叶淑英.轻型车动力总成综合性能评价体系的构建[J].汽车技术，2006（3）：30-34.

[4] 刘宁.工程目标决策研究[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

[5] 郝圣杰，陆飞.主成分评价法在汽车操纵稳定性评价上的应用[J].汽车工程师：2013.

[6] 叶志伟.汽车制动性能分析方法[J].科技与创新：2016.