CN110414818A - 一种乘用车节能竞争力评价方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种乘用车节能竞争力评价方法及***，从车辆整体性能中的空间实用性、燃油经济性、车辆动力性三个方面选取若干维度的数据；通过因子分析的方法，找到乘用车各技术参数背后隐含的节能因子，构建合理的评价方法。本发明可以有效规避单一工况油耗指标评价的局限性，将处于不用整备质量、不同功率、不同尺寸的乘用车放在一起综合比较整车能耗水平。
Description
技术领域
本发明属于汽车信息化领域，特别是涉及到一种对于乘用车节能竞争力的评价方法及评价***。
背景技术
汽车节能问题既关系到国家能源安全，也关系到消费者的切身利益。由于市场产品多样化，新车型层出不穷，同时汽车产品的节能由于涉及到诸多技术参数，单车燃料消耗量这一指标已无法满足消费需求。目前，国内常用的汽车燃油经济性水平指标有市区工况油耗、市郊工况油耗、综合工况油耗、90km/h等速油耗等几项指标。由于乘用车燃油经济性与整备质量、功率、外部尺寸等有较强的相关性，因此，仅基于汽车整备质量、空间或者尺寸来进行车辆之间节能水平的比较就显得较为片面，在此背景下，需要构建综合指标体系评价汽车产品的节能竞争力，因此如何选择构建合理的评价方法，科学合理引导消费者绿色环保消费成为亟需要解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种乘用车节能竞争力评价方法及***，通过因子分析的方法，找到乘用车各技术参数背后隐含的节能因子，进行合理评价。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种乘用车节能竞争力评价方法，包括：
S1、从车辆整体性能中的空间实用性、燃油经济性、车辆动力性三个方面选取若干维度的数据；
S2、划分车型，将各车型各个维度的数据标准化；
S3、针对标准化后的数据做因子分析，得到因子载荷矩阵，并选取节能因子；
S4、采用节能因子得分系数进行线性计算，得到各车型的节能因子得分。
进一步的，步骤S1所述数据包括：整车整备质量、长、宽、高、空间体积、综合工况油耗、市区工况油耗、市郊工况油耗、最高车速、扭矩、功率、比功率；其中所述比功率为功率/整备质量。
进一步的，步骤S2所述数据标准化的方法包括但不限于：正态标准化、规范标准化。
进一步的，步骤S3所述因子分析的方法包括：
S3.1、根据标准化数据，求得因子载荷矩阵，求得因子载荷矩阵的方法包含但不限于：主成分法、主因子法、极大似然法；
S3.2、因子载荷矩阵经过正交旋转，得到方差最大因子载荷矩阵；
S3.3、根据方差最大因子载荷矩阵选取节能因子。
进一步的，步骤S4所述节能因子得分系数计算的方法包括但不限于：加权最小二乘法、回归法。
本发明另一方面还提供了一种乘用车节能竞争力评价***，包括：
数据选取模块，从车辆整体性能中的空间实用性、燃油经济性、车辆动力性三个方面选取若干维度的数据；
标准化模块，用于划分车型，将各车型各个维度的数据标准化；
因子分析模块，针对标准化后的数据做因子分析，得到因子载荷矩阵并选取节能因子；
节能因子分析模块，采用节能因子得分系数进行线性计算，得到各车型的节能因子得分。
进一步的，数据选取模块包括选取单元，用于选取整车整备质量、长、宽、高、空间体积、综合工况油耗、市区工况油耗、市郊工况油耗、最高车速、扭矩、功率、比功率；其中所述比功率为功率/整备质量。
进一步的，标准化模块包括：标准化单元，所述标准化单元对数据进行标准化包括但不限于：正态标准化、规范标准化。
进一步的，因子分析模块包括：
求取因子载荷矩阵单元，用于根据标准化数据，求得因子载荷矩阵；求得因子载荷矩阵的方法包含但不限于：主成分法、主因子法、极大似然法；
正交旋转单元，用于因子载荷矩阵经过正交旋转，得到方差最大因子载荷矩阵；
得分单元，用于通过方差最大因子载荷矩阵和线性相关矩阵，即得到各因子得分。
进一步的，节能因子分析模块包括节能因子得分系数计算单元，所述节能因子得分系数计算单元进行节能因子得分系数计算包括但不限于：加权最小二乘法、回归法。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明建立一套完整的乘用车产品节能竞争力评价体系，从燃油经济性、动力性能、空间属性等方面，通过因子分析的方法，找到乘用车各技术参数背后隐含的节能因子、实用性因子、动力性因子。节能因子就是乘用车节能竞争力评价的关键指标，代表了乘用车的能耗水平。这一指标可以有效规避单一工况油耗指标评价的局限性，将处于不用整备质量、不同功率、不同尺寸的乘用车放在一起综合比较整车能耗水平。
附图说明
图1是本发明实施例的因子分析流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
因子分析是目前应用范围非常广泛的一种数据降维分析方法。因子分析旨在挖掘表面数据背后隐含的因子信息，并通过这些隐含因子对相应研究对象进行评价排名。因此本发明将因子分析引入乘用车节能竞争力评价是极具可操作性的。
本发明以传统汽油乘用车作为研究对象，从车辆的整体性能角度出发，从空间实用性、燃油经济性、车辆动力性三个方面选取12项数据指标，即整车整备质量、长、宽、高、空间体积(以“长×宽×高”作为近似替代)、综合工况油耗、市区工况油耗、市郊工况油耗、最高车速、扭矩、功率、比功率等。
根据2017年企业上报的燃料消耗量数据管理***数据，以车辆型号为单位汇总产量数据，依据市场占有率，保留年产量大于1000辆的轿车车辆型号和年产量大于500辆的SUV及MPV车辆型号，并分车型分别进行因子分析得到节能因子排名。交叉型乘用车由于年产量较小且呈现明显的下滑趋势，故不在本次评价考虑范围之内。
在车辆型号层面对国产汽油乘用车分轿车、SUV和MPV三个车型做因子分析。
如图1所示，数据标准化的因子分析过程具体说明如下：
(1)因子分析模型结构
计X＝(X1,X2,…,X12)T是所选取各车型的12个维度车型数据，且
E(X)＝μ
var(X)＝∑
其中，μ为车型各维度数据的期望，∑为车型各维度数据的协方差矩阵。则构建因子分析模型的基本形式为
X＝μ+AF+ε
其中F＝(f1,f2,f3)T为公共因子，ε＝(ε1,ε2,…,ε12)T为特殊因子，A＝(aij)12×3为因子载荷矩阵，也就是说cov(X,F)＝A，即因子载荷aij是第i个变量与第j个公共因子的相关系数。
通常假设
E(F)＝0
var(F)＝Im
E(ε)＝0
cov(F,ε)＝0
(2)因子分析流程
1.对样本数据X＝(X1,X2,…,X12)T进行标准化，得到标准化数据Y＝(Y1,Y2,…,Y12)T。标准化方法包含但不限于正态标准化、规范标准化。
正态标准化：
此时有
E(Y)＝0
var(Y)＝R＝(σij)12×12
规范标准化：
上式中，Xi为各车型第i个维度数据，Yi为各车型第i个维度数据经过标准化后的数据。为各车型第i个维度数据的均值，var(Xi)为各车型第i个维度数据的方差，max(Xi)为各车型第i个维度数据的最大值，min(Xi)为各车型第i个维度数据的最小值。
2.求取因子载荷矩阵A。求取因子载荷矩阵A的方法包含但不限于主成分法、主因子法、极大似然法。
主成分法：
记协方差矩阵R的特征值为λ＝(λ1,λ2,…λ12)，其中λ1≥λ2≥…≥λ12≥0。各特征值相应单位正交特征向量分别为l1,l2,…l12，则方差阵∑可分解为
通常前3个特征值较大，后9个特征值较小，则
其中
D中
由此，即根据主成分法，求得因子载荷矩阵A。
主因子法：
主因子法是在主成分法的基础上进行循环迭代，是对主成分法的修正。
由主成分法可得
对重复主成分法的求解过程，取前3个特征值相应特征向量为由此可求得
其中
则矩阵就是修正后的因子载荷矩阵，可重复这一过程，直到因子载荷矩阵收敛。
极大似然法：
假设公共因子F～N3(0,I3)，特殊因子ε～N12(0,I12)，且相互独立。设观测数据X(1)X(2)…X(n)为来自X～N12(μ,∑)的n个车型样本，样本的对数似然函数L(A,D)，则(A,D)的极大似然估计值满足条件
应满足如下方程组
其中
针对该方程组的求解，通常采用迭代求解的方法。先选取初始矩阵
的前3个特征值θ1≥θ2≥θ3＞0，相应的特征向量为l1,l2，l3，令Θ＝diag(θ1，θ2，θ3)，L＝(l1，l2，l3)，令
进而可求得
重复上述过程即可求得A1，重复这一过程，直到满足使似然函数最大化的方程组。
3.对步骤2求得的因子载荷矩阵A进行正交旋转，得到方差最大的因子载荷矩阵A′。
首先选取因子载荷矩阵的第一列和第二列
取正交矩阵则
是ΦF的因子载荷矩阵，此处应满足
其中
而
则B为A按照第一、二列经过正交旋转得到的方差最大因子载荷矩阵。在本因子分析过程中，因子载荷矩阵B依次按照第二、三列和第一、三列进行正交旋转，即为完成一轮正交选装，经过多次正交旋转，当总方差改变不大时，即可得到方差最大的因子载荷矩阵A′。
4.根据方差最大因子载荷矩阵A′，求各车型的因子得分。求因子得分的方法包含但不限于：加权最小二乘法、回归法。
加权最小二乘法：
最小二乘函数为
求F的估计值使得可得
将前述步骤得到的A、D估计值带入即可求得各车型的因子得分。
回归法：
以变量的线性组合计算各车型的因子的分，则因子得分具有如下形式
F＝BY
根据相关性分析，显然有
A＝RBT
其中R为Y的相关相关矩阵，则
B＝ATR-1
由此各车型的因子的分可表示为
(3)评价因子含义
由于因子分析模型是建立在相关性基础上的，轿车、SUV、MPV车型之间差异明显，因此分为3个独立的体系构建因子分析模型，下面以轿车为例介绍评价因子的含义。
将某557款轿车12个维度基准数据，经过正态标准化、极大似然估计、正交旋转后(如前面步骤中所述)，得到轿车的方差最大因子载荷矩阵如下表：
| 因子1 | 因子2 | 因子3 | |
| 质量 | 0.817 | 0.444 | 0.363 |
| 长 | 0.681 | 0.389 | 0.273 |
| 宽 | 0.773 | 0.313 | 0.262 |
| 高 | -0.124 | 0.096 | -0.123 |
| 空间 | 0.734 | 0.421 | 0.259 |
| 综合 | 0.298 | 0.938 | 0.163 |
| 市区 | 0.226 | 0.928 | 0.136 |
| 市郊 | 0.385 | 0.83 | 0.204 |
| 车速 | 0.636 | 0.146 | 0.636 |
| 扭矩 | 0.612 | 0.249 | 0.701 |
| 功率 | 0.519 | 0.363 | 0.771 |
| 比功率 | 0.159 | 0.195 | 0.96 |
因子2与综合工况油耗、市区工况油耗、市郊工况油耗相关性较大，定义为节能因子。采用回归法(如前面步骤四所述)，得到轿车节能因子的因子得分系数如下表：
| 节能因子系数 | |
| 质量 | 0.343 |
| 长 | 0.004 |
| 宽 | 0.011 |
| 高 | -0.002 |
| 空间 | 0.006 |
| 综合 | -1.15 |
| 市区 | -0.088 |
| 市郊 | -0.036 |
| 车速 | 0.018 |
| 扭矩 | 0.028 |
| 功率 | 0.098 |
| 比功率 | -0.031 |
将12个维度标准化后的数据经过节能因子得分系数计算，即可得到各车型的节能因子得分。依据各车型的节能因子得分，对乘用车的节能竞争力进行评价排名。
根据节能竞争力因子得分对2017年量产轿车车型进行排名，共计173个通用名称中557个车辆型号纳入了轿车节能竞争力评价范围。轿车排名前十车型中，有9款应用涡轮增压技术，6款应用3缸发动机。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，做出的任何改进和润饰也属于本发明保护范围内。
Claims (10)
1.一种乘用车节能竞争力评价方法，其特征在于，包括：
S1、从车辆整体性能中的空间实用性、燃油经济性、车辆动力性三个方面选取若干维度的数据；
S2、划分车型，将各车型各个维度的数据标准化；
S3、针对标准化后的数据做因子分析，得到因子载荷矩阵，并选取节能因子；
S4、采用节能因子得分系数进行线性计算，得到各车型的节能因子得分。
2.根据权利要求1所述的一种乘用车节能竞争力评价方法，其特征在于，步骤S1所述数据包括：整车整备质量、长、宽、高、空间体积、综合工况油耗、市区工况油耗、市郊工况油耗、最高车速、扭矩、功率、比功率；其中所述比功率为功率/整备质量。
3.根据权利要求1所述的一种乘用车节能竞争力评价方法，其特征在于，步骤S2所述数据标准化的方法包括：正态标准化、规范标准化。
4.根据权利要求1所述的一种乘用车节能竞争力评价方法，其特征在于，步骤S3所述因子分析的方法包括：
S3.1、根据标准化数据，求得因子载荷矩阵，求得因子载荷矩阵的方法包含：主成分法、主因子法、极大似然法；
S3.2、因子载荷矩阵经过正交旋转，得到方差最大因子载荷矩阵；
S3.3、根据方差最大因子载荷矩阵选取节能因子。
5.根据权利要求1所述的一种乘用车节能竞争力评价方法，其特征在于，步骤S4所述节能因子得分系数计算的方法包括：加权最小二乘法、回归法。
6.一种乘用车节能竞争力评价***，其特征在于，包括：
数据选取模块，从车辆整体性能中的空间实用性、燃油经济性、车辆动力性三个方面选取若干维度的数据；
标准化模块，将各类车型各个维度的数据标准化；
因子分析模块，针对标准化后的数据做因子分析，得到因子载荷矩阵并选取节能因子；
节能因子分析模块，采用节能因子得分系数进行线性计算，得到各车型的节能因子得分。
7.根据权利要求6所述的一种乘用车节能竞争力评价***，其特征在于，数据选取模块包括选取单元，用于选取整车整备质量、长、宽、高、空间体积、综合工况油耗、市区工况油耗、市郊工况油耗、最高车速、扭矩、功率、比功率；其中所述比功率为功率/整备质量。
8.根据权利要求6所述的一种乘用车节能竞争力评价***，其特征在于，标准化模块包括：标准化单元，所述标准化单元对数据进行标准化包括：正态标准化、规范标准化。
9.根据权利要求6所述的一种乘用车节能竞争力评价***，其特征在于，因子分析模块包括：
求取因子载荷矩阵单元，用于根据标准化数据，求得因子载荷矩阵；求得因子载荷矩阵的方法包含：主成分法、主因子法、极大似然法；
正交旋转单元，用于因子载荷矩阵经过正交旋转，得到方差最大因子载荷矩阵；
得分单元，用于通过方差最大因子载荷矩阵和线性相关矩阵，即得到各因子得分。
10.根据权利要求6所述的一种乘用车节能竞争力评价***，其特征在于，节能因子分析模块包括节能因子得分系数计算单元，所述节能因子得分系数计算单元进行节能因子得分系数计算包括：加权最小二乘法、回归法。
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