雷穎絮 李應(yīng)濤 曹蓓蓓

摘要：動(dòng)力性是商用車的一項(xiàng)重要特性。本文引入部分油門下的車輛爬坡能力作為商用車整車動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)的補(bǔ)充，增強(qiáng)了動(dòng)力性評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)采用主成分分析法建立整車動(dòng)力性評(píng)價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)了整車動(dòng)力性進(jìn)行合理的預(yù)測(cè)，為車輛正向開發(fā)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力性;評(píng)價(jià)方法;主成分分析

中圖分類號(hào)：U462.3+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2018） 02-0041-04

近年來隨著國內(nèi)運(yùn)輸市場(chǎng)對(duì)時(shí)效性要求的提高，我國商用車用戶尤其是重型牽引車的用戶對(duì)整車的動(dòng)力性要求越來越高。如何解讀用戶對(duì)動(dòng)力性的需求，并通過有效的指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行評(píng)估，成為了各大汽車生產(chǎn)廠商重點(diǎn)研究的課題。

1 引入駕駛員因素的商用車動(dòng)力性評(píng)價(jià)方法

在傳統(tǒng)的商用車動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)中，通常包括最高車速umax、加速時(shí)間t和最大爬坡度imax_個(gè)指標(biāo)。此時(shí)的動(dòng)力性指標(biāo)表示車輛在油門踏板100%開度下，整車發(fā)出的動(dòng)力性能。但是在評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際使用過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)客觀評(píng)價(jià)結(jié)果和主觀評(píng)價(jià)結(jié)果不一致的情況。如部分用戶反饋，A品牌商用車在坡道運(yùn)行過程中動(dòng)力不足，與B品牌商用車動(dòng)力性存在差距，但是通過整車試驗(yàn)測(cè)量出的動(dòng)力性指標(biāo)結(jié)果卻往往與用戶的感覺相反。出現(xiàn)這種情況的原因主要有：

1）出現(xiàn)動(dòng)力不足的車輛存在故障，如發(fā)動(dòng)機(jī)本體或者發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)系統(tǒng)故障，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際發(fā)出功率與理論值存在偏差。

2）A品牌部分用戶駕駛方法存在問題，如在上坡過程中仍保持較小的油門開度，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速偏低，輸出功率也偏低。

3）A品牌與B品牌車輛的油門特性存在差異，在同樣的駕駛踏板開度下，B品牌的油門開度較A品牌大，因此發(fā)出的功率相對(duì)較大。

通過上述分析可以看出，在現(xiàn)階段對(duì)商用車的動(dòng)力性進(jìn)行評(píng)價(jià)不能單從車輛這個(gè)角度出發(fā)，還應(yīng)將駕駛員這個(gè)因素納入考慮，才能使得動(dòng)力性客觀評(píng)價(jià)結(jié)果和主觀評(píng)價(jià)結(jié)果趨于一致化。

采集某6×4重型牽引車在典型山區(qū)工況的油門開度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以看出，主要油門開度集中在40%-80%這個(gè)區(qū)間，100%油門的概率很低，不足0.5%，。通過對(duì)駕駛員進(jìn)行訪談得知，在車輛上坡時(shí)，駕駛員并不會(huì)全程使用100%油門，而是從60%油門逐步上升，大部門時(shí)間集中在70%-80%油門開度，在需要坡道超車或者其他特殊情況時(shí)，才會(huì)使用90%-100%的油門開度。針對(duì)該情況，本文引入部分油門下車輛爬坡能力這個(gè)指標(biāo)作為補(bǔ)充，以期對(duì)商用車動(dòng)力性進(jìn)行更全面的評(píng)價(jià)。

2 主成分分析簡(jiǎn)介

主成分分析（ Principal Components Analysis）是一種利用降維的思想，將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)新的綜合指標(biāo)的多元統(tǒng)計(jì)分析方法。這些指標(biāo)彼此互不相關(guān)，又能綜合反映原來多個(gè)指標(biāo)的信息。多指標(biāo)的主成分分析常被用做尋找某種事物或現(xiàn)象的綜合指標(biāo)，并給綜合指標(biāo)所蘊(yùn)藏的信息以恰當(dāng)解釋，更深刻的揭示事物內(nèi)在的規(guī)律。

近年來，主成分分析法在整車性能評(píng)價(jià)中有了較為廣泛的應(yīng)用。扈靜等以汽車操縱裝置的操縱力舒適性客觀定量評(píng)價(jià)為研究目標(biāo)，運(yùn)用主成分分析算法，采用加權(quán)主成分和價(jià)值函數(shù)，建立汽車整車操縱力舒適性評(píng)價(jià)模型;范大偉等運(yùn)用主成分分析法建立年輕人相應(yīng)于汽車輪轂造型的意象偏好的模型，并用分析結(jié)果進(jìn)行汽車輪轂造型設(shè)計(jì)的實(shí)例研究，籍此以提高汽車輪轂設(shè)計(jì)的有效性;郝圣杰等人采用主成分分析法對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià);葉志偉制定了基于用戶打分的制動(dòng)性能分析方法，并用主成分分析方法提取出用戶較為敏感的指標(biāo)。

主成分分析的步驟如主要包括：

1）原始數(shù)據(jù)矩陣標(biāo)準(zhǔn)化

2）計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣

3）計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣特征值

4）按照累計(jì)貢獻(xiàn)率提取主成分

5）計(jì)算主成分負(fù)載荷及主成分得分

文章篇幅所限，不再贅述主成分分析的數(shù)學(xué)原理，在下文中通過案例展示分析過程。主成分的分析軟件包括SAS、SPSS和MINITAB等，本文采用SPSS軟件進(jìn)行計(jì)算。

3案例分析

某公司對(duì)開發(fā)的重型牽引車的動(dòng)力性進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)及試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如下表所示，通過主成分分析法尋找出新的綜合指標(biāo)，建立動(dòng)力性評(píng)價(jià)模型。

將以上矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后如下：

采用SPSS進(jìn)行主成分分析，結(jié)果如下表3：

上表說明第1主成分Prin1包含原始變量80.547%的信息，第2主成分Prin2包含原始變量9.408%的信息。前兩個(gè)變量已經(jīng)包含原始變量近90%的信息，后3個(gè)主成分僅包含10%的信息，所以不考慮。

上表為主成分得分系數(shù)矩陣，可知前兩主成分為：Prin1=0.237ZX₁-0.227ZX₂-0.208ZX₃+0.235ZX₄+0.205ZX₅Prin2=-0.436ZX₁+0.459ZX₂+0.537ZX₃+0.359ZX₄+1.144ZX₅

Prin1是反映整車最大車速、全油門加速上坡和部分油門上坡的綜合指數(shù);Prin2中ZX₅的系數(shù)最大，主要反映部分油門上坡能力。

計(jì)算得出這16個(gè)車型動(dòng)力性得分及排序如下表5：

從上表中可以看出，總體來說，15號(hào)車動(dòng)力性最佳，7號(hào)車最差;從部分油門動(dòng)力性來看，仍然是15號(hào)車最佳，但是最差的為10號(hào)車。

1號(hào)車為第1節(jié)中提到的A品牌牽引車，13號(hào)車為B品牌牽引車。從動(dòng)力性總體得分來看，1號(hào)車優(yōu)于13號(hào)車，但是從部分油門動(dòng)力性得分來評(píng)價(jià)，13號(hào)車則優(yōu)于1號(hào)車，與用戶市場(chǎng)反饋中提到的“上坡感覺動(dòng)力不足”是一致的。針對(duì)該反饋，A品牌商用車公司針對(duì)1號(hào)車開展了一系列的動(dòng)力性改善措施，其中關(guān)鍵措施為整車油門特性的優(yōu)化。3號(hào)車即為優(yōu)化后的試驗(yàn)結(jié)果。可以看出，3號(hào)車整體動(dòng)力性和部分油門動(dòng)力性得分均優(yōu)于13號(hào)車，與駕駛員的最終的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果一致。因此，在商用車整車動(dòng)力性的正向開發(fā)過程中，結(jié)合用戶的實(shí)際使用情況，將部分油門下的整車動(dòng)力性表現(xiàn)納入動(dòng)力性評(píng)價(jià)模型，會(huì)使得評(píng)價(jià)結(jié)果更加科學(xué)。部分油門下的整車動(dòng)力性表現(xiàn)，除了上文中提到3%坡道最低車速，部分油門超車加速亦是用戶常用工況。

4總結(jié)

本文采用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的主成分分析法對(duì)商用車整車動(dòng)力性進(jìn)行了研究，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括：第一，在整車動(dòng)力性評(píng)價(jià)中考慮了駕駛員的實(shí)際使用習(xí)慣，引入部分油門特性下的爬坡速度這個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo);第二，采用主成分分析法建立了商用車動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)模型，可對(duì)整車的動(dòng)力性進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)整車的正向開發(fā)提供支撐。但是，該方法還存在一定局限性，如該模型只針對(duì)一固定范圍內(nèi)的車型，如車輛類型、驅(qū)動(dòng)形式等，一旦車輛這些邊界條件發(fā)生變化，則需要補(bǔ)充試驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行修正。