CN108229832A - 基于道路运营测试和模糊层次法的纯电动公交车选型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于道路运营测试和模糊层次法的纯电动公交车选型方法，包括如下步骤：1、对不同品牌的待选型纯电动公交车辆，在确定试验要素后开展道路运营测试；2、收集车辆在道路运营测试中的动态数据和车辆本身性能参数；3、构建定量评价指标体系；4、对评价指标进行分析、计算、划分等级；5、利用层次分析法衡量各评价指标的重要性，确定基于道路运营测试的纯电动公交车辆评价指标的权重；6、运用模糊评价法对不同车型进行综合评价，计算综合评价值；7、对不同车型的综合评价值进行比较，按照值的高低进行选型。该方法为纯电动公交车辆提出了一套***科学合理的选型方法，可以较为直接准确地对不同车型进行比选。
Description
技术领域
本发明属于交通工具的评价选型技术领域，特别涉及一种基于道路运营测试和模糊层次法的纯电动公交车选型方法。
背景技术
近年来，随着人民生活水平的提高，环境污染治理问题引起各方高度关注，交通排放所产生的污染不容忽视。为优化空气质量，保证生活环境，公交电动化进程在全国推进的如火如荼，其中纯电动公交车以其行驶稳定性高、零排放及良好经济性等优点，成为各个城市关注的对象。
然而，电动公交车也存在续驶里程较短等不易克服的缺点，因此在公交运营者进行车辆选型的过程中，相较于传统公交车，纯电动公交车的选型过程更为复杂。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于道路运营测试和模糊层次法的纯电动公交车选型方法，为纯电动公交车辆提出了一套***科学合理的选型方法。
技术方案：本发明采用如下技术方案：
基于道路运营测试和模糊层次法的纯电动公交车选型方法，包括如下步骤：
(1)对不同品牌的待选型纯电动公交车辆，在确定试验要素后开展道路运营测试；
(2)收集车辆在道路运营测试中的动态数据和车辆本身性能参数；
(3)构建定量评价指标体系；
(4)对评价指标进行分析、计算、划分等级；
(5)利用层次分析法衡量各评价指标的重要性，确定基于道路运营测试的纯电动公交车辆评价指标的权重；
(6)运用模糊评价法对不同车型进行综合评价，计算综合评价值；
(7)对不同车型的综合评价值进行比较，按照值的高低进行选型。
所述车辆在道路运营测试中的动态数据包括车辆续驶里程s、行驶时间t行驶，制动器在车辆运营前后温度T前、T后，实测里程S、实测里程耗电量Q，故障发生次数n故障、故障维修时间t维。
所述车辆本身性能参数包括车辆购置成本G，实测里程下的维修费用P，电池铭牌和厂家提供的电池总循环次数t，电池容量C，电池衰减幅度δ。
所述定量评价指标体系包括3个1级，10个2级的二级定量评价指标体系，具体为：3个1级指标包括：可靠性、经济性、安全性；其中可靠性指标涵盖续驶里程s，电池总循环次数t，电池容量C，电池衰减幅度δ；经济性指标分为车辆购置成本G，百公里电耗Q*，百公里维修成本P*；安全性指标包含制动器前后温度差的平均值T平均，故障发生率η和车辆故障严重性。
所述车辆购置成本G的计算公式为：G＝G1+G2+G3-G4
其中G1为车辆售价，G2为税费，G3为其他费用，G4为购置补贴；
所述百公里电耗Q*的计算公式为：
其中Q为车辆行驶S公里的电耗；
所述百公里维修成本P*计算公式为：
其中P为车辆行驶S公里的维修成本；
所述制动器平均温差计算公式为：
其中分别为第i次测试时制动器在车辆运营前后温度，n为测试次数；
所述车辆故障发生率计算公式为：
所述车辆故障严重性为行驶S公里，发生n故障次故障的维修总时长。
所述步骤(5)具体包括：
(5-1)建立层次结构模型，以纯电动公交车辆选型作为目标层，1级指标作为准则层，2级指标作为指标层，待选型纯电动公交车的型号作为方案层；
(5-2)根据1-9标度法对指标权重进行衡量标度并确定各评价指标之间的相对重要性，包括：确定因素集U＝{u1,u2,u3}，u1、u2、u3分别为1级评价指标的可靠性因素、经济性因素和安全性因素；ui＝{ui1,ui2,…}，其中uij(j＝1,2,…)是影响第i个因素的第j个指标；得到判断矩阵D，运用算术平均法计算矩阵内各指标的权重Wq；
(5-3)由准则层各因素权重与下属指标层各指标相对权重的组合计算，得到基于道路运营测试纯电动公交车辆各评价指标的权重。
所述步骤(6)具体包括如下步骤：
(6-1)制定各指标评判集标准，评价集为V＝{v1,v2,…,vn}，对评价集中的元素设定等级和评分，得到评价等级标准值向量Y＝(y1,y2,…,yn)，其中yi是评价集中元素vi对应的评分，i＝1,…,n；
(6-2)计算各评价指标的隶属度值rij，构建每一级隶属度矩阵；
(6-3)根据每一级的权重向量和隶属度矩阵，计算待选型的纯电动公交车每一级模糊评价值；
(6-4)计算待选型的纯电动公交车综合评价值。
所述隶属度值rij计算方法为：
评价指标参数与评价等级呈正相关时，计算方法为：
评价指标参数与评价等级呈负相关时，计算方法为：
其中f(x)表示指标的采样数值；min(f)和max(f)分别为定量指标取值的下界和上界。
作为一种优选，步骤(5-2)中得到判断矩阵D后，进行一致性检验来验证判断矩阵的合理性，当满足一致性检验条件时，执行后续步骤，否则，重新获取判断矩阵D；
所述一致性检验具体包括如下步骤：
(5-2-1)计算矩阵D的最大特征值λmax；计算一致性指标m为判断矩阵D的阶数；计算一致性比例RI为相应的平均随机一致性指标；
(5-2-2)如果CR<ε则满足检验条件，否则，不满足检验条件；ε为预设的一致性比例阈值。
有益效果：相较于计算机仿真试验和台架模拟试验，道路运营试验是检验汽车性能最直接、最可靠的方法，具有测试结果准确、贴近正式运营状况的优点，可以直观考核、评价车辆的技术性能，对于公交运营者的车型选择具有无可替代的优势。模糊层次综合法将层次分析和模糊评价综合应用，既能比较定量指标之间的相对重要程度，又能评判各因素的隶属关系，将复杂问题分成若干层次，从低到高逐层地进行综合***分析，较为简洁实用。
本发明公开的方法选择道路运营试验作为试验方法进行车辆选型，在运营测试数据支持下，考虑电动公交车的可靠性、经济性、安全性等多个指标，在满足车辆实际道路运营的需要的条件上，运用模糊层次综合法进行车辆比较选型。与传统常规公交车辆选型相比，本发明将纯电动公交的道路运营特性与模糊层次综合法相结合，提出了一套***科学合理的选型方法，基于道路运营的测试数据，可以较为直接准确地进行比选。本发明数据易得，方便计算，主要采用定量指标，可靠性高，为纯电动公交车辆的后续发展研究奠定基础。
附图说明
图1为本发明的总体流程图；
图2为本发明构建的定量评价指标体系结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施案例做说明。
如图1所示，本发明公开了一种基于道路运营测试和模糊层次法的纯电动公交车选型方法，包括以下步骤：
步骤1、对不同品牌的待选型纯电动公交车辆，在确定试验要素后开展道路运营测试；
试验车辆选取市场上常见的2家客车企业E和F(因涉及商业信息，这里不指出具体企业名称)，每家企业提供新出厂的10米级纯电动公交车10辆，其中E企业提供的车型为α车型，F企业提供的车型为β车型，两种车型均采用夜间充电模式，且车辆均满足JT/T1026—2016《纯电动城市客车通用技术条件》要求；试验环境采用N市内线路k1(顺畅路线)和k2(拥堵路线)进行同时试验，保证同工况、同等温度、同等湿度的环境条件对试验车辆进行测试，试验次数为50次；试验人员为有经验的无危险驾驶记录的安全型驾驶员，并已通过统一培训。
步骤2、收集车辆在道路运营测试中的动态数据和车辆本身性能参数；
α车型续驶里程s＝225km、实测里程S＝25172km、实测里程耗电量Q＝22931KWH、制动器平均前后温差T平均＝11℃、故障发生次数n故障＝0、故障维修时间t维＝0、车辆购置成本G＝110万元、百公里维修成本P*＝0、电池总循环次数t＝2000、电池容量C＝324kwh、电池衰减幅度δ＝14.87％，进一步可得百公里电耗Q*＝91KWH、故障发生率η＝0、车辆故障严重性为0min。
β车型续驶里程s＝170km、实测里程S＝29101km、实测里程耗电量Q＝30840KWH、制动器平均前后温差T平均＝9℃、故障发生次数n故障＝14、故障维修时间t维＝177min、车辆购置成本G＝110万元、百公里维修成本P*＝8元/100km、电池总循环次数t＝2000、电池容量C＝324kwh、电池衰减幅度δ＝14.87％，进一步可得百公里电耗Q*＝106KWH、故障发生率η＝0.05、车辆故障严重性为177min。
步骤3、构建定量评价指标体系；
本发明构建的定量评价指标体系包括3个1级，10个2级的二级定量评价指标体系，具体为：3个1级指标包括：可靠性、经济性、安全性；其中可靠性指标涵盖续驶里程s，电池总循环次数t，电池容量C，电池衰减幅度δ；经济性指标分为车辆购置成本G，百公里电耗Q*，百公里维修成本P*；安全性指标包含制动器前后温度差的平均值T平均，故障发生率η和车辆故障严重性，如附图2所示。
步骤4、对评价指标进行分析、计算、划分等级；
(1)由于不同厂家生产的不同型号的纯电动公交车续驶里程都不相同，但从普遍的市场情况反映来看，续驶里程在200km至300km之间的纯电动公交车占比重较大；
(2)纯电动公交客车电池的总循环次数可以参照2015年出台的国家标准《电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法(GB/T 31484-2015)》来检测试验。其中标准循环寿命定义为：进行标准循环寿命测试时，循环次数达到500次时放电容量应不低于初始容量的90％，或者循环次数达到1000次时放电容量应不低于初始容量的80％。
由于目前市面上电动公交电池采用铅酸电池、磷酸铁锂电池、钛酸锂电池等多种材料，总循环次数也从500至2000不等。
(3)电动公交客车的电池的电量也会随着存放时间和使用里程的增加而正常衰减。根据2016年中国电动汽车百人会夏季论坛所显示的城市公交企业新能源公交车辆使用情况调查和专项调研结果显示，新能源公交电池平均衰减第一年6.05％，第二年9.77％，第三年14.87％(达到20％，不适合作为动力电池使用)；
(4)其余各项指标等级划分依据市场调研结果和业内专家意见；
(5)根据(1)(2)(3)(4)，各项指标按照纯电动公交市场普遍水平分为“优秀”、“较好”、“一般”、“较差”四个等级，如表1所示。
表1各项评价指标的等级划分
步骤5、利用层次分析法衡量各评价指标的重要性，确定基于道路运营测试的纯电动公交车辆评价指标的权重；具体包括如下步骤：
(5-1)建立层次结构模型，以纯电动公交车辆选型作为目标层，1级指标作为准则层，2级指标作为指标层，α和β两种型号纯电动公交车作为方案层；
(5-2)根据1-9标度法对指标权重进行衡量标度并确定各评价指标之间的相对重要性，包括：确定因素集U＝{u1,u2,u3}，u1、u2、u3分别为1级评价指标的可靠性因素、经济性因素和安全性因素；ui＝{ui1,ui2,…}，其中uij(j＝1,2,…)是影响第i个因素的第j个指标；得到判断矩阵D，运用算术平均法计算矩阵内各指标的权重Wq；
(5-3)由准则层各因素权重与下属指标层各指标相对权重的组合计算，得到基于道路运营测试纯电动公交车辆各评价指标的权重。
根据1-9标度法和业内专家评价结果，准则层的权重判断矩阵为：
表2准则层的判断矩阵
| 可靠性u1 | 经济性u2 | 安全性u3 | Wi | |
| u1 | 1 | 2 | 1 | 0.4 |
| u2 | 1/2 | 1 | 1/2 | 0.2 |
| u3 | 1 | 2 | 1 | 0.4 |
应用Matlab计算矩阵D的最大特征值λmax；计算一致性指标m为判断矩阵D的阶数；计算一致性比例RI为相应的平均随机一致性指标，可以通过查表获得；本实施例中一致性比例阈值设置为0.1，如果CR<0.1则满足检验条件，否则，不满足检验条件。经计算，本实施例中满足一致性检验，即该权重判断矩阵合理。所述准则层的权重为可靠性指标权重0.4，经济性指标权重0.2，安全性指标权重0.4，即W0＝{0.4,0.2,0.4}。
指标层的权重判断结果为：可靠性涵盖续航里程指标权重0.411，电池总循环次数指标权重0.251，电池容量指标权重0.087，电池衰减幅度指标权重0.251，即W1＝{0.411,0.251,0.087,0.251}；经济性涵盖车辆购置成本指标权重0.529、百公里电耗指标权重0.309、百公里维修成本指标权重0.162，即W2＝{0.529,0.309,0.162}；安全性涵盖制动器平均温差指标权重0.162、车辆故障发生率指标权重0.309、车辆故障严重性指标权重0.529，即W3＝{0.162,0.309,0.529}。
步骤6、运用模糊评价法对不同车型进行综合评价，计算综合评价值；具体包括如下步骤：
(6-1)制定各指标评判集标准，评价集为V＝{v1,v2,…,vn}，对评价集中的元素设定等级和评分，得到评价等级标准值向量Y＝(y1,y2,…,yn)，其中yi是评价集中元素vi对应的评分，i＝1,…,n；
本实施例中评价集为{优秀，较好，一般，较差}，分别对应等级1(优秀)、等级2(较好)、等级3(一般)、等级4(较差)，其中等级1(优秀)评分为4分，依次递减，得到评价等级标准值向量Y＝(4,3,2,1)；
(6-2)计算各评价指标的隶属度值rij，构建每一级隶属度矩阵；
所述隶属度值rij计算方法为：
评价指标参数与评价等级呈正相关时，计算方法为：
评价指标参数与评价等级呈负相关时，计算方法为：
其中f(x)表示指标的采样数值；min(f)和max(f)分别为定量指标取值的下界和上界。
本实施例计算的各指标隶属度如表3和表4所示；
表3α车型隶属度计算
表4β车型隶属度计算
α车型的可靠性、经济性和安全性的模糊评价矩阵分别为：
(6-3)根据每一级的权重向量和隶属度矩阵，计算待选型的纯电动公交车每一级模糊评价值；
一级模糊综合评价：
α车型车辆可靠性的模糊评价为：
α车型车辆经济性的模糊评价为：
α车型车辆安全性的模糊评价为：
同理可得：
β车型车辆可靠性的模糊评价为：
B21＝W1·R21＝(0.251 0.560 0.753 1)
β车型车辆经济性的模糊评价为：
B22＝W2·R22＝(0.033 0.162 0.511 1)
β车型车辆安全性的模糊评价为：
B23＝W3·R23＝(0 0.205 0.471 1)
二级模糊综合评价：
将准则层权重集W0与各被评价项目的评价矩阵Ri进行组合计算，得到评价结果向量Bi：
α车型二级综合评价：B1＝W0·R1＝(0.468 0.684 0.908 1)
β车型二级综合评价：B2＝W0·R2＝(0.107 0.338 0.592 1)
上面计算中R1＝(B11,B12,B13)T，R2＝(B21,B22,B23)T；
(6-4)计算待选型的纯电动公交车综合评价值；
本实施例中评价等级标准值向量Y＝(4,3,2,1)，综合评价值Z的计算为：
Z＝B·YT
对于2种待测车型，分别计算出Zα＝6.74，Zβ＝3.63，可得α型车的综合评价得分为6.74，β车型的综合评价得分为3.63。
步骤7、对不同车型的综合评价值进行比较，按照值的高低进行选型。
对各方案按照综合评价得分进行排序，比较结果为6.74>3.63，按照车辆评价等级的标准，得分越高，车辆评价结果越好，所以车辆选型的优劣性排序为α车型>β车型，选取最优方案，因此选择α车型作为运营车型。
上述实施例表明，本发明能够快速方便准确的对纯电动公交车进行选型。
Claims (9)
1.基于道路运营测试和模糊层次法的纯电动公交车选型方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对不同品牌的待选型纯电动公交车辆，在确定试验要素后开展道路运营测试；
(2)收集车辆在道路运营测试中的动态数据和车辆本身性能参数；
(3)构建定量评价指标体系；
(4)对评价指标进行分析、计算、划分等级；
(5)利用层次分析法衡量各评价指标的重要性，确定基于道路运营测试的纯电动公交车辆评价指标的权重；
(6)运用模糊评价法对不同车型进行综合评价，计算综合评价值；
(7)对不同车型的综合评价值进行比较，按照值的高低进行选型。
2.根据权利要求1所述的基于道路运营测试和模糊层次法的纯电动公交车选型方法，其特征在于，所述车辆在道路运营测试中的动态数据包括车辆续驶里程s、行驶时间t行驶，制动器在车辆运营前后温度T前、T后，实测里程S、实测里程耗电量Q，故障发生次数n故障、故障维修时间t维。
3.根据权利要求1所述的基于道路运营测试和模糊层次法的纯电动公交车选型方法，其特征在于，所述车辆本身性能参数包括车辆购置成本G，实测里程下的维修费用P，电池铭牌和厂家提供的电池总循环次数t，电池容量C，电池衰减幅度δ。
4.根据权利要求2所述的基于道路运营测试和模糊层次法的纯电动公交车选型方法，其特征在于，所述定量评价指标体系包括3个1级，10个2级的二级定量评价指标体系，具体为：3个1级指标包括：可靠性、经济性、安全性；其中可靠性指标涵盖续驶里程s，电池总循环次数t，电池容量C，电池衰减幅度δ；经济性指标分为车辆购置成本G，百公里电耗Q*，百公里维修成本P*；安全性指标包含制动器前后温度差的平均值T平均，故障发生率η和车辆故障严重性。
5.根据权利要求4所述的基于道路运营测试和模糊层次法的纯电动公交车选型方法，其特征在于，所述车辆购置成本G的计算公式为：
G＝G1+G2+G3-G4
其中G1为车辆售价，G2为税费，G3为其他费用，G4为购置补贴；
所述百公里电耗Q*的计算公式为：
其中Q为车辆行驶S公里的电耗；
所述百公里维修成本P*计算公式为：
其中P为车辆行驶S公里的维修成本；
所述制动器平均温差计算公式为：
其中分别为第i次测试时制动器在车辆运营前后温度，n为测试次数；
所述车辆故障发生率计算公式为：
所述车辆故障严重性为行驶S公里，发生n故障次故障的维修总时长。
6.根据权利要求4所述的基于道路运营测试和模糊层次法的纯电动公交车选型方法，其特征在于，所述步骤(5)具体包括：
(5-1)建立层次结构模型，以纯电动公交车辆选型作为目标层，1级指标作为准则层，2级指标作为指标层，待选型纯电动公交车的型号作为方案层；
(5-2)根据1-9标度法对指标权重进行衡量标度并确定各评价指标之间的相对重要性，包括：确定因素集U＝{u1,u2,u3}，u1、u2、u3分别为1级评价指标的可靠性因素、经济性因素和安全性因素；ui＝{ui1,ui2,…}，其中uij(j＝1,2,…)是影响第i个因素的第j个指标；得到判断矩阵D，运用算术平均法计算矩阵内各指标的权重Wq；
(5-3)由准则层各因素权重与下属指标层各指标相对权重的组合计算，得到基于道路运营测试纯电动公交车辆各评价指标的权重。
7.根据权利要求6所述的基于道路运营测试和模糊层次法的纯电动公交车选型方法，其特征在于，所述步骤(6)具体包括如下步骤：
(6-1)制定各指标评判集标准，评价集为V＝{v1,v2,…,vn}，对评价集中的元素设定等级和评分，得到评价等级标准值向量Y＝(y1,y2,…,yn)，其中yi是评价集中元素vi对应的评分，i＝1,…,n；
(6-2)计算各评价指标的隶属度值rij，构建每一级隶属度矩阵；
(6-3)根据每一级的权重向量和隶属度矩阵，计算待选型的纯电动公交车每一级模糊评价值；
(6-4)计算待选型的纯电动公交车综合评价值。
8.根据权利要求1所述的基于道路运营测试和模糊层次法的纯电动公交车选型方法，其特征在于，所述隶属度值rij计算方法为：
评价指标参数与评价等级呈正相关时，计算方法为：
评价指标参数与评价等级呈负相关时，计算方法为：
其中f(x)表示指标的采样数值；min(f)和max(f)分别为定量指标取值的下界和上界。
9.根据权利要求6所述的基于道路运营测试和模糊层次法的纯电动公交车选型方法，其特征在于，步骤(5-2)中得到判断矩阵D后，进行一致性检验，当满足一致性检验条件时，执行后续步骤，否则，重新获取判断矩阵D；
所述一致性检验具体包括如下步骤：
(5-2-1)计算矩阵D的最大特征值λmax；计算一致性指标m为判断矩阵D的阶数；计算一致性比例RI为相应的平均随机一致性指标；
(5-2-2)如果CR<ε则满足检验条件，否则，不满足检验条件；ε为预设的一致性比例阈值。
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