摘要：本文根據(jù)影響汽車油（電）的主要因素建立靜態(tài)能耗積分模型，比較三種車型的單位里程燃油（電）的消耗。事實上，不同車速及不同溫度因素影響下的等速行駛，能耗也是不同的，因此本文對此方法做了改進。根據(jù)不同條件下能耗的相對重要程度，通過大量的實驗數(shù)據(jù)，利用層次分析得到不同工況下的動態(tài)循環(huán)能耗改進模型，并用一致性檢驗其是否合理。該模型的建立，可為汽車的投資趨向提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：汽車；能耗積分模型；動態(tài)能耗改進模型；一致性檢驗；投資趨向

一、引言

隨著世界汽車保有量的增加，人們對于空氣質(zhì)量的日益惡化、石油資源的漸趨匱乏等問題引起了高度重視。在能源緊缺的現(xiàn)實狀況下，投資新型車型是否合理就急需有理論依據(jù)的支撐。為此，專家學者建立了各種數(shù)據(jù)模型，通過合理的假設(shè)想象和嚴密的邏輯推理得出了相關(guān)結(jié)論，曲國俊從我國汽車產(chǎn)業(yè)與經(jīng)濟周期的關(guān)聯(lián)性進行研究；袁亮運用聯(lián)合分析方法，選取了 17個水平作為聯(lián)合分析的研究對象，測量不同影響因素對消費者購買決策的相對重要性以及不同因素的水平給消費者帶來的效用。李陽和陳茁在《三種類型汽車的能耗和使用成本的建模研究》中根據(jù)能量守恒將所有的電量轉(zhuǎn)化為汽油的消耗量，統(tǒng)一能耗水平的評價標準。而曾強、陳天梁在《不同類型汽車的能耗和使用成本問題》一文中，通過因子分析法、LCC理論和層次分析法，在電動汽車、傳統(tǒng)汽車、混合動力汽車的能耗和使用成本方面進行了詳細的研究和探討。孫曉莉、高謀榮建立了仿真的目標，即以內(nèi)燃機驅(qū)動、混合動力驅(qū)動和氫燃料驅(qū)動的車輛為研究對象，仿真結(jié)果表明，汽車能耗隨著質(zhì)量減少而減少，驅(qū)動方式、車型、傳動等因素對油耗也有很大的影響。

以上文獻，盡管角度不一，但是都得到了發(fā)展混合動力汽車的可行性。為此，本文從能耗的角度分析，建立三類汽車的能耗積分模型，但是，不同車速及不同溫度等因素影響下的等速行駛，能耗也是不同的?；谶@樣的一個事實，我們利用層次分析得到動態(tài)的循環(huán)能耗改進模型，進而得到混合動力汽車具有廣闊的投資趨向。

二、汽車能耗積分模型的理論模型

（一）主要變量說明

（二）三類汽車能耗模型的建立

從能耗角度上分析三類汽車哪一類節(jié)能效果最好，則需對三類汽車的不同能耗及消耗情況統(tǒng)一一定的量化指標進行比較研究。由于傳統(tǒng)汽車是單一動力源，其能量的消耗直接反映到燃油的消耗上；電動汽車的能耗主要是反映在電量上，其實際能量可以用理論能量表示；而混合動力汽車的能源消耗主要是汽油驅(qū)動和電力驅(qū)動兩種形式，借鑒傳統(tǒng)汽車的能耗模型，因為在某一個工況上，其路載功率是確定的，發(fā)動機的功率可以通過電池功率或電池電流來確定。

（1）傳統(tǒng)汽車能耗模型的建立，主要反映到汽車的燃油消耗，可以采用計算公式：

其中ηeng表發(fā)動機工作效率；Peng表發(fā)動機的功率，單位是kw；be（t）表發(fā)動機的比油耗，單位是g/kWh。

發(fā)動機的比油耗值是與發(fā)動機工作點密切相關(guān)的，發(fā)動機的比油耗和效率成倒數(shù)關(guān)系，即可表示為

電動汽車能量源的實際能量可以用理論能量表示，根據(jù)車輛行駛理論，車輛功率平衡方程為電動汽車的續(xù)駛里程是指電動汽車上動力蓄電池以全充滿狀態(tài)開始到標準規(guī)定的試驗結(jié)束時所走過的里程，它是電動汽車重要的經(jīng)濟性指標.電動汽車續(xù)駛里程短，是造成電動汽車商業(yè)化發(fā)展的瓶頸。理論能量計算公式為電池攜帶的額定總能量：

將公式（2-8）代入公式（2-7）即可得到純電動汽車單位里程能耗。

（3） 由于混合動力汽車多于一個動力源。對于某一標準工況的任一時刻，其路載功率Ptrac是確定的發(fā)動機的功率可以通過電池功率或電池電流來確定.發(fā)動機此刻的最佳比油耗值be（t）可以表示為發(fā)動機功率的函數(shù).因此混合動力汽車的燃油消耗BH可以表示為

（三）選擇試驗路段及實驗數(shù)據(jù)處理

試驗路段應包括影響車輛油耗的各種因素的組合，并且各個因素設(shè)計盡可能達到邊界條件。影響油耗的道路因素，即不平整度（IRI）、坡度和曲度為主，結(jié)合其他影響因素，對各試驗路段的特征參數(shù)進行了精確測量試驗中對主要環(huán)境因素包括溫度、濕度、海拔高度、氣壓、風速、風向和路線走向進行了測量。此外，為幫助駕駛員控制試驗車速，試驗中還采用了速度分析儀輔助試驗。

能耗指標的分析：為了比較出未來汽車行業(yè)的投資趨向，我們選取了能耗這一指標。然而，三類汽車所耗費的能源類型不盡相同，我們假定三種不同的車的質(zhì)量、迎風面積、風阻系數(shù)、車輪型號、機械效率等都是一樣的。也就是說，在同一工況下，可以把車輛的物理參數(shù)設(shè)定為統(tǒng)一標準，根據(jù)車輛的內(nèi)在耗能方式建立模型求解。

本文主要采用的數(shù)據(jù)和指標是根據(jù)汽車廠家提供的，即在標準的路段上進行大量試驗而得出（大量的數(shù)據(jù)在中國汽車網(wǎng)查詢），代入模型中得到我國的傳統(tǒng)汽車、電動汽車、混合動力汽車百公里油耗分別為：

經(jīng)過上述能耗積分的模型比較和數(shù)據(jù)分析可知，混合動力汽車節(jié)能效果最好，這也是國家大力發(fā)展混合動力汽車的原因之一。

三、基于不同工況下能耗改進的動態(tài)實驗分析

基于上述的靜態(tài)能耗積分模型，我們可以在中國汽車網(wǎng)查找相關(guān)的數(shù)據(jù)，即在特定的情況下分析得到投資混合動力汽車具有廣闊前景的結(jié)論。事實上，不同車速及不同溫度等因素影響下的等速行駛，百公里能耗是不同的。此本文選擇對此方法做了進行改進：選擇一段長為50km的平坦水泥路面或瀝青路面，汽車以最高擋分別在不同室外溫度（15℃，25℃，35℃）下以不同車速等速行駛完這段路程（30km/h，45km/h，60km/h，75km/h），往返一次（消除風和坡度影響），記下油（電）耗量，可獲得不同車速下汽車百公里能耗，然后用層次分析法求出循環(huán)能耗（綜合影響下的能耗）。當然如果我們在處理不同速度、溫度對能耗的影響時所選取的區(qū)間過大，會造成一定的誤差。所以我們在同一區(qū)間選取等多的數(shù)據(jù)，使溫度和速度每次變化范圍減小，然后求解，使得出結(jié)果直觀、明了、可信度高。

（一）層次分析法的基本思想：

先根據(jù)問題的性質(zhì)要求提出總目標，然后將問題按層次分解，對同一層次內(nèi)的諸因素通過兩兩比較確定出對于上一層目標的權(quán)重系數(shù)，最后給出所有因素相對于總目標按重要性程度的排序。

能耗由在各種不同駕駛環(huán)境下能耗決定，給出該問題的層次結(jié)構(gòu)：

（二）三類汽車在不同工況下的實驗數(shù)據(jù)分析

選取的數(shù)據(jù)：由于不同品牌型號的汽車具有不同的配置參數(shù)，故選取三種市場份額較大的經(jīng)典主流汽車分別作為三類汽車的代表作為比較。傳統(tǒng)汽車：君越 2009 2.4AT；電動汽車：長安奔奔love純電動；混合動力汽車：雷克薩斯 CT200h 精英版。以滿載、不同加速起止速度進行仿真計算，采用傳統(tǒng)汽車、電動汽車、混合動力汽車進行加速-滑行工況行駛試驗，試驗采取在同一條路線往返行駛?cè)∑骄姆椒ㄏS機誤差。實驗結(jié)果在表中給出。

通過能耗積分計算模型及表格相關(guān)數(shù)據(jù)可算出三種汽車能耗分別為：

M1=9.286L M2=15.954kwh M3=5.689L

利用改進的動態(tài)能耗模型求解，進一步從數(shù)學的角度，提出發(fā)展混合動力汽車具有可行性的依據(jù)，從而使計算結(jié)果更加科學、真實。循環(huán)能耗計算模型，不僅對于解決本文所提出的問題具有很強的實用性，能使評價汽車的能耗更加客觀、準確、系統(tǒng)、有效，而且可以推廣型應用多因素決策工作中，結(jié)合各評價指標體系的實際情況，盡量選取科學合理的指標及其權(quán)數(shù)，使其符合一致性檢驗。

長期高油價必然催生新技術(shù)革命，目前混合動力汽車以其得天獨到的綜合優(yōu)勢迅速占領(lǐng)市場，每一次新技術(shù)革命到來之后都會對原有市場重新洗牌。中國作為汽車產(chǎn)業(yè)新興力量，面對高油價帶來的技術(shù)革命同樣面臨機遇與挑戰(zhàn)，我國汽車制造之路何去何從，確實值得深入分析。

（三）一致性檢驗：

先求矩陣A最大特征值：

因為C.R=C.I/R.I <0.1，所以該判斷矩陣具有可以接受的一致性，即該模型建立成功。

四、結(jié)論

根據(jù)汽車油耗影響因素建立了油耗計算的理論模型，并且經(jīng)過大量的試驗數(shù)據(jù)整理分析，比較三種車型的單位里程燃油（電）的消耗。事實上，不同車速及不同溫度因素影響下的等速行駛，能耗也是不同的，因此本文對此方法做了改進。根據(jù)不同條件下能耗的相對重要程度，通過大量的實驗數(shù)據(jù)，利用層次分析，得到不同工況下的動態(tài)循環(huán)能耗改進模型，并用一致性檢驗其是否合理。選取三種具有代表性試驗車，通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，模型預測結(jié)果與實測結(jié)果相關(guān)性好，模型具有較高的置信性。該模型的建立，可為汽車的投資趨向提供理論依據(jù)。

根據(jù)上述分析，建立能耗靜態(tài)和動態(tài)的能耗積分模型，創(chuàng)造性地將數(shù)學與汽車的投資趨向巧妙的聯(lián)系在一起，得到混合動力汽車具有廣闊投資空間的結(jié)論。能耗是評價汽車發(fā)展趨向的指標之一，雖然還有其他的因素的影響，但是可以作為政府、企業(yè)的投資依據(jù)。

參考文獻：

[1] 李陽、陳茁，2012，《三種類型汽車的能耗和使用成本的建模研究》，《數(shù)學理論與應用學報》第6期32-34頁.

[2] 曾強、陳天梁，2013，《不同類型汽車的能耗和使用成本問題》，《新校園?？瘜W報》第8期49-53頁.

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