高新華 ,　涂少平,　王其東

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院, 安徽 合肥　230009; 2.奇瑞汽車(chē)有限公司 汽車(chē)工程研究總院,安徽 蕪湖　241009)

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整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)設(shè)定與分解研究

高新華1,2,涂少平2,王其東1

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院, 安徽 合肥230009; 2.奇瑞汽車(chē)有限公司 汽車(chē)工程研究總院,安徽 蕪湖241009)

摘要:文章就整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)的設(shè)定與分解方法進(jìn)行了研究,通過(guò)多元回歸分析結(jié)果和一元回歸分析結(jié)果的對(duì)比,確定影響整車(chē)質(zhì)量的主要參數(shù),然后根據(jù)一元回歸分析得出主要參數(shù)和整車(chē)質(zhì)量之間的關(guān)系式,從而達(dá)到設(shè)定整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)的目的,同時(shí)采取比值分析法對(duì)整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)進(jìn)行分解。

關(guān)鍵詞:質(zhì)量目標(biāo);多元回歸法;一元回歸法;比值分析法

在當(dāng)前汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展中,輕量化技術(shù)的應(yīng)用水平已經(jīng)成為衡量汽車(chē)技術(shù)水平和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)水平的重要標(biāo)志之一,目前我國(guó)自主品牌轎車(chē)的質(zhì)量比同級(jí)別合資品牌的車(chē)型平均要重8%~10%[1]。汽車(chē)輕量化是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)節(jié)油和降低排放的最有效途徑之一。據(jù)統(tǒng)計(jì),轎車(chē)質(zhì)量每減輕10%,可節(jié)油7%~8%,排放減低4%[2]。國(guó)內(nèi)專(zhuān)家學(xué)者對(duì)轎車(chē)輕量化技術(shù)的研究主要集中在2個(gè)方面:輕量化材料的使用和輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[3-10],這2個(gè)方面的研究成果非常多,但是在整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)制定與分解方面的研究很少。

本文著重尋找影響整車(chē)質(zhì)量的主要參數(shù),并利用該主要參數(shù),通過(guò)回歸分析,對(duì)新開(kāi)發(fā)車(chē)型的整車(chē)質(zhì)量進(jìn)行設(shè)定,并對(duì)設(shè)定的整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)進(jìn)行分解。

1線(xiàn)性回歸分析預(yù)測(cè)法

整車(chē)質(zhì)量的變化取決于多個(gè)因素的變化情況,這些因素有主次之分,有時(shí)幾個(gè)影響因素主次難以區(qū)分,或者有的因素雖屬次要,但也不能略去其作用。因此,對(duì)整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)的設(shè)定一般可采用多元回歸分析預(yù)測(cè)法。

多元回歸分析預(yù)測(cè)法中,當(dāng)整車(chē)質(zhì)量與影響因素之間存在線(xiàn)性關(guān)系時(shí),稱(chēng)為多元線(xiàn)性回歸分析。建立多元線(xiàn)性回歸模型時(shí),為了保證回歸模型具有優(yōu)良的解釋能力和預(yù)測(cè)效果,應(yīng)首先注意影響因素的選擇,其準(zhǔn)則如下:

(1) 影響因素對(duì)整車(chē)質(zhì)量有顯著的影響,且兩者呈密切的線(xiàn)性相關(guān)。

(2) 影響因素與整車(chē)質(zhì)量之間的線(xiàn)性相關(guān)不是形式上的,而是真實(shí)的。

(3) 影響因素之間應(yīng)具有一定的互斥性,即影響因素之間的相關(guān)程度不應(yīng)高于影響因素與整車(chē)質(zhì)量之間的相關(guān)程度。

(4) 影響因素應(yīng)具有完整的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),其預(yù)測(cè)值容易確定。

多元線(xiàn)性回歸模型的參數(shù)估計(jì)是在要求誤差平方和為最小的前提下,用最小二乘法求解模型參數(shù)。多元線(xiàn)性回歸模型在得到參數(shù)的最小二乘法的估計(jì)值后,一般需要對(duì)線(xiàn)性回歸方程進(jìn)行必要的檢驗(yàn)與評(píng)價(jià),以決定線(xiàn)性回歸方程是否可以應(yīng)用于整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)的設(shè)定。

線(xiàn)性回歸方程的擬合程度可用相關(guān)性指數(shù)R2來(lái)表征,它是在影響因素的總變化中,由線(xiàn)性回歸方程解釋的變動(dòng)(回歸平方和)所占的比重。R2的計(jì)算公式為:

(1)

計(jì)算得到的R2越大,說(shuō)明線(xiàn)性回歸方程擬合各對(duì)樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)的程度越強(qiáng),影響因素與整車(chē)質(zhì)量之間的線(xiàn)性關(guān)系越密切。

2整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)的設(shè)定

整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)設(shè)定的依據(jù)來(lái)源于競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型質(zhì)量數(shù)據(jù)庫(kù),因此競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型的選擇非常關(guān)鍵。選擇競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型需要按照以下原則:

(1) 軸距與目標(biāo)車(chē)型軸距相差±50 mm。

(2) 投產(chǎn)年份小于等于5 a。

(3) 碰撞星級(jí)在同一碰撞標(biāo)準(zhǔn)下與目標(biāo)車(chē)型的星級(jí)相同。

(4) 排量與目標(biāo)車(chē)型相同。

(5) 配置與目標(biāo)車(chē)型基本相同。

(6) 制造商方面，選擇自主、韓日和歐美各車(chē)型的數(shù)量基本一致。

在滿(mǎn)足這些條件的前提下,所選擇的車(chē)型數(shù)量越多,目標(biāo)設(shè)定的結(jié)果越準(zhǔn)確。在進(jìn)行回歸分析時(shí),需選擇競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型的相關(guān)參數(shù)。由于事先不太了解有關(guān)參數(shù)與整車(chē)質(zhì)量之間的關(guān)系,可以選擇若干可能的參數(shù),研究其與整車(chē)質(zhì)量之間的關(guān)系。

按照競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型選擇原則選擇好競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型后,列出各個(gè)競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型的長(zhǎng)x1、寬x2、高x3、投影面積(整車(chē)俯視圖投影到地面的面積)x4,單位面積質(zhì)量(整車(chē)質(zhì)量與長(zhǎng)×寬的比值)x5、體積(長(zhǎng)×寬×高)x6、密度(整車(chē)質(zhì)量與體積的比值)x7、油耗x8、制動(dòng)距離x9等與整車(chē)質(zhì)量關(guān)聯(lián)度較高的影響因素,建立相關(guān)的案例數(shù)據(jù)庫(kù),供使用時(shí)調(diào)取參考。

設(shè)一階矩陣為X=[x1x2x3x4x5x6x7x8x9],則整車(chē)質(zhì)量Y可表示為Y=aXT+a0,其中a為一階矩陣，a=[a1a2a3a4a5a6a7a8a9],a0為常數(shù)。a和a0可根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù),運(yùn)用多元回歸法進(jìn)行計(jì)算后確定。本文利用Excel內(nèi)部函數(shù)LINEST函數(shù)進(jìn)行多元回歸分析[10]。

用9個(gè)變量進(jìn)行多元回歸分析,實(shí)際操作比較困難,而且很多變量和質(zhì)量之間影響關(guān)系可能很弱,因此需要分析每個(gè)變量與整車(chē)質(zhì)量相關(guān)性的強(qiáng)弱,剔除不重要的變量,在不太影響分析結(jié)果的情況下簡(jiǎn)化計(jì)算。

每個(gè)變量xi與整車(chē)質(zhì)量y之間的關(guān)系用一元回歸法進(jìn)行分析[11-12],可以得到如下關(guān)系:

(2)

(3)

R2=C為相關(guān)性指數(shù),表達(dá)變量xi與整車(chē)質(zhì)量y之間的相關(guān)性。C的值越大,變量xi與整車(chē)質(zhì)量y之間的相關(guān)性就越強(qiáng)。通過(guò)相關(guān)性指數(shù)可確定整車(chē)質(zhì)量的關(guān)鍵變量。

針對(duì)有關(guān)車(chē)型的數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)詳細(xì)的大量計(jì)算發(fā)現(xiàn),單位面積質(zhì)量對(duì)整車(chē)的質(zhì)量影響最大。例如,經(jīng)回歸分析,整車(chē)質(zhì)量與單位面積質(zhì)量之間的關(guān)系為y=lwx5-1.957(見(jiàn)后文算例),其中,l為車(chē)型的長(zhǎng),w為車(chē)型的寬。將該公式用于所挑選的3款車(chē)型整車(chē)質(zhì)量計(jì)算。分析案例見(jiàn)表1所列。

表1　3款車(chē)型案例數(shù)據(jù)

采用多元回歸分析得到車(chē)型A、B、C的質(zhì)量分別為1 268.78、1 259、1 358.4kg,而采用一元回歸公式y(tǒng)=lwx5-1.957得到的質(zhì)量分別為1 267.05 、1 258、1 360.0kg。從這3款車(chē)型的計(jì)算來(lái)看,一元回歸法的結(jié)果和多元回歸法的結(jié)果相差很小,在誤差允許的范圍內(nèi),因此可以將單位面積質(zhì)量作為確定整車(chē)質(zhì)量的關(guān)鍵變量。

確定整車(chē)質(zhì)量的關(guān)鍵變量后,只要知道變量xi的參數(shù)值,就可以根據(jù)(2)式計(jì)算出目標(biāo)車(chē)型的質(zhì)量。隨著輕量化技術(shù)的發(fā)展,市場(chǎng)上有競(jìng)爭(zhēng)力的整車(chē)質(zhì)量呈逐年下降的趨勢(shì),而一般開(kāi)發(fā)的目標(biāo)車(chē)型需要經(jīng)過(guò)3~4a的開(kāi)發(fā)驗(yàn)證后才能上市,這就不可避免為開(kāi)發(fā)帶來(lái)一定的盲目性和未確知性。因此,為了保障目標(biāo)車(chē)型具有質(zhì)量輕的優(yōu)勢(shì),在制定目標(biāo)時(shí)就需要考慮、預(yù)測(cè)未來(lái)幾年整車(chē)質(zhì)量下降的趨勢(shì),對(duì)整車(chē)質(zhì)量設(shè)定目標(biāo)控制。整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)設(shè)定是以年份表示質(zhì)量的變化情況,若通過(guò)(2)式已找出影響整車(chē)質(zhì)量的關(guān)鍵變量xi,則根據(jù)以往的數(shù)據(jù),采用一元回歸分析法,找出關(guān)鍵變量xi與車(chē)輛上市年份的關(guān)系,即可對(duì)整車(chē)質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

設(shè)通過(guò)一元回歸分析,得出關(guān)鍵變量xi與車(chē)輛上市年份z之間的關(guān)系為:

(4)

將(4)式代入(2)式,可得到計(jì)算整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)與車(chē)輛上市年份之間的公式為:

(5)

不論運(yùn)用多元回歸分析,還是運(yùn)用一元回歸法,最終得到的整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)計(jì)算公式的相關(guān)性參數(shù)都是根據(jù)競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型的質(zhì)量數(shù)據(jù)庫(kù)分析得出的,所以這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)所涵蓋的車(chē)型越多,預(yù)測(cè)的結(jié)果就越準(zhǔn)確。

3整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)的分解

設(shè)定了整車(chē)級(jí)的質(zhì)量目標(biāo),可根據(jù)類(lèi)比法,分解系統(tǒng)級(jí)的質(zhì)量目標(biāo)。本文主要采用2種方式進(jìn)行整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)的分解。

(1) 白車(chē)身系統(tǒng)質(zhì)量目標(biāo)的分解。對(duì)于白車(chē)身,行業(yè)通用的是引入輕量化系數(shù)。輕量化系數(shù)可用(6)式表述：

(6)

其中,L為輕量化系數(shù);mBIW為白車(chē)身質(zhì)量;CT為白車(chē)身扭轉(zhuǎn)剛度;A為車(chē)輛輪距與軸距的投影面積。

輕量化系數(shù)反映的是白車(chē)身輕量化設(shè)計(jì)的水平,系數(shù)越低表示白車(chē)身輕量化水平越高,國(guó)外先進(jìn)車(chē)型的輕量化系數(shù)都在4.0以下,而國(guó)內(nèi)自主品牌的輕量化系數(shù)普遍偏高。

白車(chē)身的輕量化系數(shù)也反映了一個(gè)公司的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力和制造能力水平,隨著技術(shù)的發(fā)展,它是一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)整的過(guò)程。在設(shè)定一個(gè)新開(kāi)發(fā)車(chē)型的輕量化系數(shù)目標(biāo)時(shí)同樣參考同級(jí)別的其他市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型的參數(shù)[2],一般可取競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型輕量化系數(shù)的平均值3.9,根據(jù)新開(kāi)發(fā)車(chē)型的車(chē)身扭轉(zhuǎn)剛度目標(biāo)、車(chē)型尺寸來(lái)設(shè)定白車(chē)身的質(zhì)量目標(biāo)。

(2) 整車(chē)其他系統(tǒng)目標(biāo)的分解與制定。各系統(tǒng)的質(zhì)量目標(biāo)分解與制定采取比值法來(lái)進(jìn)行。比值法是指該系統(tǒng)在整車(chē)質(zhì)量中所占的比重。競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型的每個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量相對(duì)于整車(chē)質(zhì)量的比重,每個(gè)系統(tǒng)、每個(gè)車(chē)型都有一個(gè)各個(gè)系統(tǒng)比重的分析值,在設(shè)定新車(chē)型的各系統(tǒng)目標(biāo)時(shí),根據(jù)每個(gè)系統(tǒng)比重的平均值乘以整車(chē)目標(biāo)質(zhì)量就得到了各個(gè)系統(tǒng)的目標(biāo)質(zhì)量。這里需要注意的是,車(chē)身系統(tǒng)含白車(chē)身和車(chē)身附件2部分,對(duì)于白車(chē)身的目標(biāo)設(shè)定在前面已經(jīng)進(jìn)行了分析,根據(jù)比重所確定的車(chē)身系統(tǒng)的質(zhì)量減去白車(chē)身的質(zhì)量就是車(chē)身附件的質(zhì)量目標(biāo)。

4應(yīng)用示例

對(duì)已往多種車(chē)型,調(diào)取數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù),得到競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型的主要數(shù)據(jù)見(jiàn)表2所列。

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行一元回歸分析,結(jié)果見(jiàn)表3所列。由表3可知,單位面積質(zhì)量與整車(chē)質(zhì)量的相關(guān)性指數(shù)R2=0.706,說(shuō)明單位面積質(zhì)量對(duì)整車(chē)的質(zhì)量影響最大。整車(chē)高度、油耗和制動(dòng)性與整車(chē)質(zhì)量的相關(guān)性指數(shù)分別為R2=0.008、R2=0.006和R2=0.042,說(shuō)明這幾個(gè)因素對(duì)整車(chē)質(zhì)量的影響不大,可以不予考慮。體積對(duì)整車(chē)質(zhì)量的影響也不大,因?yàn)轶w積雖然含有面積參數(shù),但也含有與整車(chē)的質(zhì)量關(guān)系不大的高度參數(shù)。密度對(duì)整車(chē)質(zhì)量的影響比體積對(duì)整車(chē)質(zhì)量的影響稍大,因?yàn)槊芏炔粌H含有體積信息,還含有質(zhì)量信息。顯然,單位面積質(zhì)量這個(gè)變量也涵蓋了整車(chē)長(zhǎng)、寬、投影面積、質(zhì)量等信息,且拋開(kāi)了與整車(chē)質(zhì)量關(guān)系不大的高度信息,所以最終確定采用單位面積質(zhì)量作為整車(chē)質(zhì)量的關(guān)鍵變量參數(shù)。

根據(jù)表3可知,以單位面積質(zhì)量為關(guān)鍵變量參數(shù)的回歸結(jié)果y=8 091 000x5-1.957,其中的8 091 000是一元回歸的統(tǒng)計(jì)均值,在計(jì)算具體車(chē)型時(shí),可以用整車(chē)長(zhǎng)l和寬w的乘積代替。因此,y對(duì)關(guān)鍵參數(shù)x5的一元回歸可表示為：

y=lwx5-1.957。

圖1所示為單位面積質(zhì)量與車(chē)型年份的關(guān)系。

表2　競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型主要數(shù)據(jù)

表3　一元回歸分析結(jié)果

圖1　單位面積質(zhì)量與車(chē)型年份的關(guān)系

采用一元回歸分析,得單位面積質(zhì)量xi與車(chē)輛上市年份z之間的關(guān)系為：

因此可得,整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)與車(chē)輛上市年份之間的公式為：

(1.4×10-3)lw-1.957。

目標(biāo)車(chē)型長(zhǎng)l為4 650 mm,寬w為1 820 mm,計(jì)劃2015年上市,則該車(chē)型的整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)為：

y=(-6.19×10-7)×4 650×1 820×2 015+

(1.4×10-3)×4 650×1 820-1.957=

1 290 kg。

整車(chē)系統(tǒng)質(zhì)量目標(biāo)的分解見(jiàn)表4所列。

表4　整車(chē)質(zhì)量分解

5結(jié)束語(yǔ)

整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)的制定與分解在行業(yè)內(nèi)的研究不是很多,更多的是集中在輕量化技術(shù)的應(yīng)用上。本文結(jié)合競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型質(zhì)量數(shù)據(jù)庫(kù)分析,將統(tǒng)計(jì)學(xué)中的二元回歸法和一元回歸法運(yùn)用到整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)設(shè)定過(guò)程中,研究出了整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)設(shè)定的相關(guān)公式。同時(shí)分析各個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量在整車(chē)質(zhì)量中所占的比重,通過(guò)比值法來(lái)完成整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)的分解過(guò)程。本文所有的研究參數(shù)基于數(shù)據(jù)庫(kù),數(shù)據(jù)庫(kù)越強(qiáng)大,本文所研究的整車(chē)質(zhì)量目標(biāo)制定和分解方法的準(zhǔn)確性越高。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王智文.汽車(chē)輕量化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀初探[J].汽車(chē)工藝與材料,2009(2):2-3.

[2]魏元生.長(zhǎng)城汽車(chē)輕量化技術(shù)的應(yīng)用研究[J].汽車(chē)工藝與材料,2011(1):18-19.

[3]高新華,王昱昕，李中兵.汽車(chē)輕量化技術(shù)在奇瑞轎車(chē)上的集成應(yīng)用[J].汽車(chē)工藝與材料,2011(1):11-23.

[4]呂紅萍.轎車(chē)車(chē)身的輕量化設(shè)計(jì)[J].汽車(chē)與配件，2011(5):42-44.

[5]張國(guó)勝,周超,崔海濤.轎車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)輕量化[J].公路交通科技,2012(1):154-158.

[6]向曉峰,魏麗霞,馬鳴圖,等.汽車(chē)輕量化技術(shù)的應(yīng)用[J].汽車(chē)工程師,2012(5):57-59.

[7]陳玉蓮.汽車(chē)車(chē)身輕量化的研究進(jìn)展[J].熱加工工藝,2012,14(5):24-29.

[8]何昌德,楊普新.輕量化材料及加工技術(shù)在現(xiàn)代汽車(chē)上的發(fā)展和應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù),2011(2):93-96.

[9]王志亮,門(mén)永新，彭鴻，等.基于模態(tài)和剛度的白車(chē)身優(yōu)化分析[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),2008(8):1021-1024.

[10]褚永康,文桂林，崔中，等. 基于遺傳算法的汽車(chē)變速箱輕量化設(shè)計(jì)[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2011,34(10):1461-1465.

[11]周自瑋.利用Excel內(nèi)部函數(shù)LINEST進(jìn)行多元回歸和多項(xiàng)式回歸分析[J].草業(yè)與蓄牧,2007(8):48-52.

[12]董文鵬. 基于Excel的一元回歸分析[J].河北水利,2011,(6)：36.

(責(zé)任編輯馬國(guó)鋒)

Research on vehicle weight goal setting and decomposition

GAO Xin-hua1,2，TU Shao-ping2，WANG Qi-dong1

(1.School of Machinery and Automobile Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 2.Vehicle Engineering Center, Chery Automobile Co., Ltd., Wuhu 241009, China)

Abstract:The method of vehicle weight goal setting and decomposition is studied. The main parameter relevant to the vehicle weight is found out by comparing the results obtained by using multivariate regression analysis and simple regression analysis. The formula of the relationship between the main parameter and the vehicle weight is gotten based on simple regression analysis. Therefore, the vehicle weight target can be determined, and the weight is decomposed by using ratio analysis method.

Key words:weight goal; multivariate regression method; simple regression method; ratio analysis method

中圖分類(lèi)號(hào):TG142. 1; TG81

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-5060(2016)02-0166-05

Doi:10.3969/j.issn.1003-5060.2016.02.005

作者簡(jiǎn)介：高新華(1971-),男,安徽蕪湖人,合肥工業(yè)大學(xué)博士生,奇瑞汽車(chē)有限公司正高級(jí)工程師；王其東(1964-),男,安徽阜南人,博士,合肥工業(yè)大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師.

收稿日期：2014-12-29；修回日期：2015-01-19