车用汽油机整机性能评价系统的开发设计

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摘要

车用汽油机性能主要包括动力性、经济性、排放、噪声及其可靠耐久性等方面。衡量车用汽油机质量实质上就是对整机性能进行综合评定。本课题设计了一个VB开发的软件评价系统，并且选取了6款车用汽油机进行实例评判。

本课题采用汽油机的最大功率、最大扭矩、有效燃油消耗率、排放标准、比功率、升功率六个参数作为评价指标，采用层次分析法对各个指标的重要性进行分析，确定其所对应的权重，采用数学统计法和模糊综合评判法，为定量指标建立其相应的隶属函数，为定性指标划分其相应的适宜度等级，再用模糊数学理论计算出反映汽油机产品整机性能分值，并利用Visual Basic编写一个基于该评价方案的车用汽油机整体性能评价系统。

关键词：车用汽油机；性能指标；评价体系；层次分析法；模糊综合评价方法

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

THE DESIGN OF AUTOMOTIVE GASOLINE ENGINE

PERFORMANCE EVALUATION SYSTEM

ABSTRACT

Automotive gasoline engine performance mainly includes power performance, fuel economy performance, emissions performance, reliable performance and noise. Automotive gasoline engine quality is essentially measured by its comprehensive performance. This project has designed a evaluation system on Visual Basic development platform and chose 4 automotive gasoline engines for instance.

Considering the data acquisition and practicability, this project choose maximum power, maximum torque, specific mass , Liters power ,effective specific fuel consumption and emissions standards which are easy to get to value the engine performance. It adopts the analytic hierarchy process to analyze the importance of every index, and use the mathematical statistics method and fuzzy comprehensive evaluation method to establish the corresponding membership functions for the quantitative indicators and the level for its suitability qualitative indicators, It calculates the performance score that reflects the gasoline engine products with fuzzy mathematical theory. This project writes a program of automobile gasoline engine overall performance evaluation system based on that evaluation methods.

Key words: automotive gasoline engine; performance index; evaluation system; Analytic

hierarchy process; The fuzzy comprehensive evaluation method

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

目 录

1 绪论 ...................................................................................................................................... 1

1.1 课题背景及目的 .......................................................................................................... 1 1.2 国内外设计状况 .......................................................................................................... 1 1.3 设计采用的途径 .......................................................................................................... 2 2 发动机的性能指标 .............................................................................................................. 4

2.1 2.2

.............................................................................................................. 4 .............................................................................................................. 5

2.3 强化指标 ...................................................................................................................... 5 2.4

.............................................................................................................. 6

2.5 其它指标 ...................................................................................................................... 6 2.6 本课题选用的评价指标 .............................................................................................. 6 3 车用汽油机性能提升技术 .................................................................................................. 8

3.1 增压发动机 .................................................................................................................. 8

3.1.1 涡轮增压 ........................................................................................................... 8 3.1.2 机械增压 ........................................................................................................... 8 3.2 电控燃油喷射系统（EFI） ........................................................................................ 8 3.3 缸内直喷汽油发动机 .................................................................................................. 9 3.4 EGR技术 .................................................................................................................... 11 3.5 双顶置凸轮轴 ............................................................................................................ 11 3.6 可变气门正时（VVT） ............................................................................................ 11 4 评价方法 ............................................................................................................................ 13

4.1 评价方法概论 ............................................................................................................ 13 4.2 层次分析法 ................................................................................................................ 14

4.2.1 思想和原理 ..................................................................................................... 14 4.2.2 模型和步奏 ..................................................................................................... 15 4.2.3 构造判断矩阵 ................................................................................................. 16 4.2.4 判断矩阵的一致性检验 ................................................................................. 17 4.2.5 计算指标II的权重及矩阵最大特征根 ........................................................ 18

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4.3 模糊综合评判法 ........................................................................................................ 19

4.3.1 思想和原理 ..................................................................................................... 19 4.3.2 模糊综合评判法的模型和步骤 ..................................................................... 19

5 车用汽油机整机性能评价系统设计 ................................................................................ 22

5.1 评价指标的确定 ........................................................................................................ 22 5.2 对指标的处理 ............................................................................................................ 22 5.3 指标权重的确定 ........................................................................................................ 24 5.4 隶属函数的确定 ........................................................................................................ 25

5.4.1 动力性隶属函数的确定 ................................................................................. 25 5.4.2 经济性隶属函数的确定 ................................................................................. 28 5.4.3 强化指标隶属函数的确定 ............................................................................. 29 5.4.4 紧凑性隶属函数的确定 ................................................................................. 30 5.4.5 环境性隶属函数的确定 ................................................................................. 31 5.5 整机综合评分方案. ................................................................................................... 31 6 车用汽油机整机性能评价实例 ........................................................................................ 33

6.1 宝马5系14款 N20B20高功率版车用汽油机整机性能评价 .............................. 33 6.2 东风标致508 PSA RFN 10LH3X车用汽油机整机性能评价 ............................. 35 6.3 东方之子12款SQR484F车用汽油机整机性能评价 ............................................ 37 6.4 比亚迪 G6 BYD483QB车用汽油机整机性能评价 ............................................... 39 6.5 奥迪A6L 14款 CDZ车用汽油机整机性能评价 ................................................... 41 6.6 帕桑特13款CGM车用汽油机整机性能评价 ....................................................... 43 7 综合评价系统软件的开发 ................................................................................................ 46

7.1 VISUAL BASIC简介 ................................................................................................. 46 7.2 车用汽油机整机性能评价系统简介 ........................................................................ 46 7.3 软件的内部代码 ........................................................................................................ 48

7.3.1 定义变量 ......................................................................................................... 48 7.3.2 赋值 ................................................................................................................. 48 7.3.3 计算 ................................................................................................................. 49 7.3.4 设置超链接 ..................................................................................................... 51 7.4 软件使用说明 ............................................................................................................... 51 8 结论与展望 ........................................................................................................................ 53

8.1 结论 ............................................................................................................................ 53

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8.2 展望 ............................................................................................................................ 53 参考文献 .................................................................................................................................. 54 致谢 .......................................................................................................................................... 55 附录 .......................................................................................................................................... 56

附录A 车用汽油机样本统计表 ..................................................................................... 56 附录B 车用汽油机整机性能评价系统（专业简洁版）程序完整代码 ...................... 59

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1 绪论

1.1 课题背景及目的

随着私家车越来越多的进入平常老百姓家，各种各样的发动机技术让每一位车主眼花缭乱，而且在实际的评价工作中，由于发动机整机性能涉及多个方面，反映各性能评价指标也较多，很难用某单项性能指标来评价各机型的整机性能好坏，他们很难直观的判断各种发动机的综合性能。

目前常见的先进汽油发动机技术有：涡轮增压、机械增压、汽油缸内直喷、可变气门正时技术、可变气门升程系统、电子燃油喷射系统等。综合分析这些技术，它们主要在提升发动机的动力性、经济性、强化程度、排放和紧凑性。所以本课题从车用汽油机的动力性、经济性、强化程度、排放和紧凑性5个方面来对车用汽油机产品的整机性能进行综合评定。

本课题选用反映汽油机性能的最大功率、最大扭矩、升功率、燃油消耗率、排放标准、比质量六个指标，用层次分析法和模糊评价法对这些指标进行分析，建立反映汽油机产品整机性能的综合评价方法，以给出单一的综合性能评价指标，并利用Visual Basic编写一个具有实用功能的车用汽油机整机性能评价系统。

1.2 国内外设计状况

国内的评价系统方法案，大多采用了用层次分析法来确定各指标权重，采用模糊评价方法来确定指标综合测度，选用汽油机的升功率、最大功率、最大扭矩、扭矩储备系数、燃油消耗率、质量、排放等性能指标为评价目标，对发动机进行定量评价。

陆明等运用层次分析法和线性代数理论，根据定性分析和定量分析相结合的原则，采用主、客观赋权相结合的线性加权和法对内燃机的各项性能指标进行加权计算、给出单一的综合性能评价指标[1]。

柴保明等使用层次分析法确定指标权重，用均匀等级划分的方案确定边界函数，得到指标评价矩阵，综合指标评价矩阵和权重，得到指标综合测度评价矩阵[2]。

蔡家明等以机组功率、平均有效压力、比重量、燃油消耗率、升功率为评估集，用层次分析法和专家意见相结合的方法来确定评估指标的权重，用参数的平均值和国内外

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同类机型性能相比较的方法来确定隶属函数和性能评估值，用待定系数法求得对应于评估等级的各性能评估函数，计算出百分制下的发动机评估结果[3]。

全球十佳发动机又名沃德十佳发动机，是美国一项权威杂志[4]的六名编辑对美国本土销售的车型进行了接近日常驾驶状况的测试，对每台发动机的马力、扭矩、技术含量，以及实际使用中表现出来的工作特性进行全面评估，并最终选出十台综合表现最好的发动机。他们通过日常的驾驶来对所有发动机进行评估。评选的重要依据是发动机的燃油经济性、噪声、振动、科技的创新性、动力性，特别是单位输出功率也是评选的重要指标之一。2014年，沃德十佳发动机上榜的汽油机有：大众3.0 TFSI机械增压发动机、福特1.0L EcoBoost发动机、雪佛兰6.2L OHV V8发动机、本田3.5L V6发动机、保时捷2.7L H6发动机、大众1.8 TSI发动机。

1.3 设计采用的途径

1.3.1 评价指标的确定

本文选用反映车用汽油机动力性、强化程度、经济性、紧凑性和排放的最大功率、最大扭矩、升功率、燃油消耗率、比质量和环保标准6个参数进行分析，运用层次分析法和模糊理论建立反映车用汽油机产品整体性能的综合评价方法。

1.3.2 指标权重的确定

采用层次分析和二元对比较确定各评估指标间相互比较的相对重要程度，然后根据其相对重要性的不同赋予相应的权重，由此得到指标权重判断矩阵W，然后对矩阵进行一致性判断,再根据判断尺度，对判断矩阵进行归一化处理[5]。对权重判断矩阵进行处理得到综合测度评价矩阵和总权重排序Wi。

1.3.3 评判准则和隶属函数的确定

本课题通过采集较多的评估指标样本，求得评估指标的平均值和样本方差，根据指标样本确定隶属函数，将需要比较的车用汽油机的参数代入隶属函数，得到指标评价矩阵[6]。等级的分值采用均匀等级划分来确定，等级E=[优,良,中,劣]，对应的评价分值为95，80，65，50。

1.3.4 综合评分的确定

将权重系数矩阵和指标评价矩阵相乘得到一个综合评价矩阵，与对应的分值相乘累

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加就可以得到反映车用汽油机整机性能的评分[7]。

1.3.5 PC程序制作

利用Visual Basic程序开发平台，将评价方案编写成一个具有实用功能的车用汽油机整体评价系统。我们把某型号的发动机的参数输入，经过数学模型的计算，就能得出综合评分。

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2 发动机的性能指标

发动机的性能指标常常用来描述发动机的性能，性能指标为评价发动机的性能提供了依据。发动机结构的不断改进和创新都是为了提高发动机的各项性能指标，以提高发动机的性能[8]。

2.1

动力性指标是衡量发动机作功能力大小的指标，一般用发动机的有效转矩、有效功

率、转速和平均有效压力来评价发动机的

2.1.1 有效转矩

发动机工作时，由功率输出轴对外输出的转矩称为有效转矩，记作Me，单位为2.1.2 有效功率

。

发动机在单位时间内对外输出的有效功称为有效功率，记作, 单位为kW。有效功率等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。发动机的有效功率可以用台架试验方法来测定，或者用测功器测定有效转矩和曲轴角速度，然后根据公式计算出发动机的有效功率Pe。

式中：-有效转矩，

PeTe；

2nTn103e(kw) （2-1） 609550 n-曲轴转速，r/min。 2.1.3 发动机转速

发动机曲轴每分钟的回转次数称为发动机转速，一般用n表示，单位为r/min。发动机转速的高低与单位时间内作功次数或发动机有效功率相关，即发动机的有效功率随转速的改变而改变。因此，发动机有效功率的大小必须与其对应的转速一起说明。在发动机产品铭牌上标明的有效功率及其对应的转速分别称作标定功率和标定转速。标定工况是指发动机在标定功率和标定转速下的工作状况。标定功率一般不是发动机所能发出的最大功率，而是根据发动机用途而制定的有效功率最大使用限度。同一种型号的发动机，用途不同其标定功率值一般

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2.1.4 平均有效压力

发动机单位气缸工作容积输出的有效功称为平均有效压力。单位为为kPa,当工作容积一定时，平均有效压力越大，发动机的做功能力越强。它是评价发动机动力性的重要指标。

2.2

发动机经济性指标包括有效热效率和有效燃油消耗率（简称耗油率）。 2.2.1

与所消耗燃油热量

的比值称作有效热效率，它体

发动机实际循环的有效输出功

现了发动机将燃油中的热能转化为动力的能力的大小，有效热效率越高，单位功所需要消耗的燃料越少，发动机的经济性越好[9]。

2.2.2

发动机每输出单位有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率，记作be，单位为 g/（kW·h）。

beGT 103 （2-2）

Pe式中：GT—发动机在单位时间内的耗油量,单位为kg/h；

—发动机的有效功率，单位为kW。

显然，有效燃油消耗率越低，发动机的经济性越好。

2.3 强化指标

发动机承受热负荷和机械负荷能力的评价指标称作为强化指标，一般包括升功率和强化程度。

2.3.1 升功率

发动机在标定工况下，发动机单位排量输出的有效功率称为升功率，单位为kW/L。升功率越大，表明单位气缸工作容积发出的有效功率越大，发动机的热负荷和机械负荷越高。

2.3.2 强化系数

强化程度为平均有效压力与活塞平均速度的乘积，与活塞单位面积功率成正比。活

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塞平均速度是指发动机在标定转速下工作时，活塞往复运动速度的平均值。

2.4

描述发动机总体结构紧凑程度的指标称之为紧凑性指标，通常用比容积和比质量衡

量。

2.4.1 比容积

比容积是指发动机外廓体积与其标定功率的比值，单位为L/kW2.4.2 比质量

比质量是指发动机的干质量与其标定功率的比值。干质量是指未加注燃油、机油和冷却液的发动机质量。比容积和比质量越小，那么

2.5 其它指标

2.5.1 环境指标

环境指标用来评价发动机对环境的影响，主要指的是噪声污染和大气污染。发动机的排放物中含有危害人体健康的有毒物质，对大气有污染，排放有害物分为有害气体和排气颗粒。有害气体主要包括氮氧化物、碳氢化合物及一氧化碳；排气颗粒主要有碳烟和除水以外的各种液态和固态微粒。

由于环境指标关系到人类的健康，目前汽车尾气造成大气污染，已经成为公害，目前我国家部分城市的排放法规从国3上调到了国4，2014年7月起，我国将全面实行乘用车国4标准。

2.5.2 可靠性指标

可靠性指标是指发动机在规定的使用条件下，正常持续工作能力的指标。可靠性有多种评价方法，如首发故障行驶里程、平均故障间隔里程、主要零件的损坏率等。

2.5.3 耐久性指标

耐久性指标主要用发动机主要零件磨损到不能继续正常工作的极限时间来描述。通常用发动机的大修里程，即发动机从出厂到第一次大修之间汽车行驶的里程数来衡量。

2.5.4 工艺性指标

工艺性指标是指评价发动机生产制造维修保养过程合理便捷经济的指标。也就是说，发动机结构工艺性好，则更有利于制造和维修，就可以降低生产成本和维修费用。

2.6 本课题选用的评价指标

评价发动机的指标有很多，在实际应用中，很多指标由于不太重要，而且很多指标

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在不同发动机之间的区别不大，还有一些指标难以量化处理，考虑到数据的采集和评价系统的实用性，本课题选取了汽车汽油机最为重要的动力性、经济性、强化程度、紧凑性、环境指标五个性能指标作为评价指标。在本设计中，用最大功率和最大扭矩来评价发动机的动力性能，用市郊油耗反推燃油消耗率来评价发动机的经济性，用升功率来评价发动机的强化程度，用比质量来评价发动机的紧凑性，用汽车尾气排放标准来评价发动机的环境性能。

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3 车用汽油机性能提升技术

3.1 增压发动机

增压就是将空气预先压缩后供入气缸，以提高空气密度、增加进气量的一项发动机技术。增压后，实际充气量增加，从而可以调高发动机的功率。同时，增压还可以提高发动机的燃油经济性。所以在小型汽车发动机上采用涡轮增压或机械增压，不仅能得到良好的加速性，而且能够得到比较好的燃油经济性。

目前市场上广泛采用的增压有废气涡轮增压、机械增压二种类型，它们采用的增压器分别称为涡轮增压器、机械增压器。

3.1.1 涡轮增压

废气涡轮增压器由涡轮机和压气机构成。它能够将发动机排出的废气引入涡轮机，利用废气所包含的能量推动涡轮机叶轮旋转，涡轮机叶轮带动与其同轴安装的压气机叶轮工作，吸入的新鲜空气在压气机内增压后进入汽缸。涡轮增压也叫做排气涡轮增压，涡轮增压器与发动机没有直接的机械联系。涡轮增压发动机的经济性比机械增压发动机和非增压发动机好，而且可以大幅度地降低噪声水平和有害气体的排放。但是涡轮增压发动机低速时转矩增加不多，而且在发动机工况发生变化时，瞬态响应差，致使汽车不能瞬间响应加速，在低速时的加速性能较差。

3.1.2 机械增压

机械增压器是由发动机曲轴经齿轮增速箱或由其它类型传动装置来驱动的。机械增压也能有效地提高发动机功率，与涡轮增压相比，它的低速增压效果更好。另外，机械增压器与发动机容易匹配，而且结构紧凑。但是，由于驱动增压器需要消耗发动机功率，因此经济性比非增压发动机要差，并且机械增压器容易损坏，所以在中低端车上一般不采用。

3.2 电控燃油喷射系统（EFI）

电控燃油喷射系统（electronic fuel injection ）简称EFI系统，它利用各种传感器检测发动机和汽车的各种工况，经过ECU的计算和判断，确定喷油脉宽和点火正时等参数，是发动机在各种工况下均能获得比较合适的空燃比和点火提前角，以提高发动机的动力

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性能、燃油经济性和排放性能[10]。

当发动机在冷态或在高负荷工况下运转时， ECU进行开环控制来供给浓的空气燃油混合气，以确保发动机的能够正常工作。当发动机在热机或正常负荷状态下运行时， ECU利用氧传感器信号对空燃比气来进行闭环控制，以此获得最佳的空燃混合比。更为重要的时，理论空燃比产生的废气能够三元催化器很好的转化，从而提高发动机的排放性能。

EFI系统按喷油器数量可以分为多点喷射（multi-point injection ）和单点喷射(single point injection )。

多点喷射又称多气门喷射（MPI）或顺序燃油喷射（SFI）或单独燃油喷射（IFI）多点喷射系统是在每缸进气口处装有一点喷油器，由电控单元（ECU）控制进行分缸单独喷射或分组喷射，多点喷射是将喷射器设在进气门处，汽油直接喷射到各缸的进气前方，再进一步蒸发与空气充分混合后立即通过进气门进入燃烧室，可以不受到进气歧管结构的影响，从而保证均匀一致的混合气分配。多点喷射发动机一般为多气门发动机，

为了提升乘用车的发动机性能，目前除小型车外多采用多点喷射系统。

3.3 缸内直喷汽油发动机

缸内直喷汽油发动机（GDI）的主要目标是提高汽油发动机的燃烧效率，达到比较低的燃油消耗率，同时它还能比多点燃油喷射（MPI）发动机更高的输出功率。

缸内直喷汽油发动机的喷油器安装在发动机的气缸盖上，汽油被直接喷射在燃烧室内。活塞的顶部设计成一个特殊的凹坑形状，使得吸入汽缸内的燃油混合气形成旋流，汽油喷入到汽缸后在火花塞周围形成较浓的燃油混合气，以利于混合气的点燃。

缸内直喷汽油发动机具有一些特别的结构特点。缸内直喷汽油发动机具有比MPI发动机更好充气效果的垂直型进气道，在最佳时刻喷射时能产生很强的反向滚流。由于活塞顶部具有的特别形状，在压缩行程的后期喷入燃油，保持集中空燃比的燃油混合气会在混合气扩散前将混合气引至火花塞附近，从而更利于着火。它的高压油泵一提供8-12MPa的喷射压力，使得汽缸内的直喷油雾粒直径可到达20-25

。有的GDI发动机采

用油压传感器，从而对油轨内的油压进行实时调节。GDI发动机的高压旋流式喷油器可以提高油粒雾化细度，喷孔较大，不容易堵塞，从而减少贯穿度[11]。

缸内直喷发动机根据发动机的运行工况，对喷油时刻和喷油方式进行变换。 在部分负荷时，节气门部分打开，进入汽缸内的空气在汽缸内形成旋流，汽油在压

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缩行程的后期喷入，利用活塞顶部的特殊形状和缸内空气的旋流作用，在火花塞的周围形成比较浓的混合气，而在其余的区域燃油混合气比较稀，这就形成了分层燃烧的稀薄混合气，混合气的空燃比因此可以提高到25-50，从而改善汽油发动机在部分负荷的经济性。

在发动机大负荷高速运行时，节气门全开，高速的气流进入汽缸形成较强的空气旋流，在进气行程喷射燃油，能够形成均匀混合气，从而促进燃油充分燃烧。此外，燃油直接喷射到汽缸内，汽油蒸发使缸内的充气温度降低，爆燃的倾向减少，因此可以提高发动机的压缩比，使发动机的热效率得到提高，提高发动机的动力输出。

GDI发动机在小负荷时的燃油效率明显下降，并且由于提高了压缩比和采用调节燃油喷射的方式使得发动机的转矩和功率均有提高，对燃油混合气的更加精确的控制使得排放性能也得到一定的改善。

大众的TSI技术（Twincharger Stratified Injection）指双增压（涡轮增压和机械增压）分层喷射技术。涡轮增压和机械增压两种增压方式的结合，不仅提高了发动机的动力性，而且有效的避免了以往涡轮增压发动机的迟滞现象，确保了动力输出的平顺性。同时它是一款缸内直喷发动机，能够实现分层燃烧。但是由于分层燃烧技术对燃油质量要求比较高，而且在分层燃烧的过程中，混合气的空燃比很低，产生大量的氮氧化物，很难达到尾气排放达到标准，以至于大众决定在全球范围内取消分层燃烧技术，只保留了缸内直喷均质燃烧技术。

均质稀燃与分层燃烧的进气过程相同，但是油气混合时间更长，形成均质混合气，它的燃烧发生在整个燃烧室内。均质燃烧进气过程中节气门位置由油门踏板决定，能充分发挥动态响应好，扭矩和功率高的特点。进气歧管中的翻版位置随着工况的变化而变化。当中等负荷工况时，翻版是关闭的，有利于形成强烈的进气旋流和混合气的形成与雾化。当高速大负荷工况时，翻版打开，增大进气量，使得更多的空气参与燃烧。均质燃烧的喷油、混合气形成过程与燃烧和均质稀燃模式基本一样，不过，均质燃烧空燃比小于或等于1。

中国国内生产的大众TSI发动机阉割了机械增压和分层燃烧，奥迪在全球发布的FSI发动机还都采用均质燃烧模式。

类似的缸内直喷技术还有奥迪的TFSI/FSI、梅赛德斯-奔驰的CGI、宝马的GDI、通用的SIDI、福特的GDI和比亚迪的TI。

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3.4 EGR技术

EGR主要是为减少NOx的排放而产生的，N2和O2在高温下发生化学反应生成NOx，燃烧温度越高，产生的NOx就越多，采用EGR技术，小部分燃烧后的废气返回到进气系统，而废气中含有大量的CO2，而CO2不能燃烧，对混合气起到了惰性稀释作用，使得汽缸中混合气体的燃烧速度减低，汽缸温度随之下降，从而有效地抑制NOx的生成。

EGR通常通过排气歧管旁边的一个小通道连接进气歧管将排出的废气送入到汽缸中再次循环来实现。小通道中安装有一个EGR阀，它控制进入再循环的的废气流量，它的开度由发动机管理系统根据工况和预设程序来决定。

3.5 双顶置凸轮轴

双顶置凸轮轴是一种在汽缸盖内配备两条凸轮轴的气门排列形式。两条凸轮轴分别

控制发动机的进气门和排气门。根据引擎的构造不同（主要是汽缸排列形式的不同），一台双顶置凸轮轴汽车发动机可最多拥有两条到四条不等的凸轮轴。如今几乎所有的双顶置凸轮轴发动机中，每个汽缸都有三个到五个气门，因此双顶置凸轮轴与多气门技术划上了等号。双顶置凸轮轴可以控制进气门跟排气门的时间差，多气门的优点是气门通过断面面积大，从而发动机的充气效率得到很大的提高，发动机的转矩和功率因此得到调高。一般来说采用双顶置凸轮轴多气门结构的发动机的动力性更强。

3.6 可变气门正时（VVT）

可变气门正时技术是车用汽油发动机的一项节能减排新技术，它可以提高发动机的燃油经济性、排放性能和动力性能。

气门正时和气流通过阻力会给发动机的充气效率、残余废气量和泵气损失带来影响，可变气门正时通过调节气门正时来提高发动机的动力性能、燃油经济性、怠速稳定性和排放性能。

对于一台发动机来说，低速运行时最为有利的进气晚关角要比高速时小一些；低速、低负荷工况时气门的重叠角和开启延续角比高速、高负荷工况时也小一些。由于传统的配气机构中配气相位和气门开启延续角及气门升程都为固定值，因此不能兼顾到高低速和大小负荷各种工况，只能在配气相位上采取折中的办法。可变气门正时技术，可以改变气门升程、气门的开启和关闭时刻及其气门开启延续角等参数，使得自然进气发动机的性能得到很大的提高。

在自然吸气发动机上应用VVT技术可以控制重叠角，在低速以及低负荷时，采用

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较小的重叠角，可以使得气缸内残余废气减少，从而可以改善燃烧品质，提高发动机的怠速稳定性；在高速以及高负荷工况时，采用较大的重叠角，可以延迟进气门的关闭时刻，从而利用进排气惯性，可多进气和多排气，因此能够提高发动机的动力性能。

VVT技术通过控制进气门的早开或者晚关，可以取消气门或者与节气门配合控制负荷，减少节流损失，从而改善部分负荷时的燃油经济性。

在发动机处于大负荷工况时，VVT技术通过对重叠角的控制，实现机内的排气再循环(EGR),增加混合气体中的残余废气量，从而降低燃烧室的温度，使得氮氧化物（NOX）排放降低。同时，合理地控制进气开启角以及排气晚关角，能够利用进排气惯性实现扫气，从而有利于新鲜的工质和激冷层的气体混合，降低碳氢化合物的排放。

VVT技术还可以控制发动机内的混合气稳定燃烧，实现均质混合气压缩燃烧（HCCI），从而提高发动机的动力性和经济性。

连续可变气门正时技术（CVVT）是近些年来被逐渐应用于现代轿车上的众多可变气门正时技术中的一种。它可以根据发动机的工作状况连续变化，随时控制气门重叠角的大小，改变汽缸进气量以保证发动机的良好运行状态。当发动机处于中等工况（中速匀速行驶）时，CVVT也会相对延迟进气门打开时间，减小气门重叠角，调高充气效率，这样可以减少燃油消耗，降低污染排放，从而提高发动机的经济性和改善发动机的排放性能[12]。

VVT-i是丰田汽车公司研制的新一代智能可变正时气门控制系统，找个系统可以根据发动机的工况，时事地调整凸轮轴的相位，从而精确地控制进气门和排气门打开和关闭的时间。

类似的技术还有宝马的Vanos，本田的I-VTEC，奥迪的AVS。它们都是给发动机不同的工作状况下提供最佳的进气效率，只不过所实现的方法是不同的。

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4 评价方法

4.1 评价方法概论

评价是人类社会中一项经常性的非常复杂的判断处理活动。在日常生活中，我们常常会遇到这样的评价判断问题：哪个学生的素质高？哪个企业的绩效好？哪款汽车好？等等。

对一个事物的评价常常会涉及多个因素或多个指标，我们不能只考虑被评价对象的某一方面，评价是在多个因素相互作用下的一种综合判断，必须全面地从整体的角度去考虑问题。

评价的依据是指标。由于影响评价事物的因素往往是众多而且复杂的，因此往往需要将反映评价事物的多项指标加以汇集综合，到一个综合指标，从而来从整体上反映被评价事物的整体情况。这种评价方法就是多指标综合评价方法。多指标综合评价方法是对包含多个指标的事物进行综合评价分析的一系列有效方法的总称。一般来说，它具备以下特点：它的评价系统里面包含了若干指标，每个评价指标分别说明被评价事物的某个方面，所有评价指标构成一个指标体系；评价方案是指最终对被评价事物做出一个整体性的评判的评价体系，最后结果用一个总指标来说明被评价事物的性能或者水平。随着社会经济的发展，评价所需考虑的因素越来越多，规模也越来越大，因此对评价工作本身的要求也越来越高，要求它克服必须主观性和片面性，做到科学性和规范性。因为当前的评价工作不仅要考虑可以结构化和定量化的因素，而且需要考虑大量的非结构化和半结构化以及模糊性和灰色性的因素，所以所评价工作是一个复杂的活动。

综合评价不仅是一种认知过程，而且是一种决策过程。综合评价是经济生活中科学决策的一项基础性工作，它可以对事物进行定量分析，为人们正确认识事物、做出科学决策提供了有效的手段。

构成综合评价问题的要素有 (1) 评价者

评价者一般是某个人或者组织。评价者会影响到评价目的的给定、评价指标的建立、评价模型的选择和权重系数的确定。

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(2) 被评价对象

评价的对象通常是同种类型的事物（横向）或者同一事物在不同时期的表现（纵向）。评价的内容、方式及方法由评价对象系统的特点直接决定。

(3) 评价指标

根据研究的对象和目的，能够确定地反映研究对象某一方面情况的特征的描述性指标叫做评价指标。每个评价指标都是从不同的侧面反映对象所具有的某种特征。指标体系是指由一系列相互联系的指标所构成的整体。指标体系能够根据研究的对象和目的综合分析处理，综合反映出对象各个方面的情况。

(4) 权重系数

相对于某种评价目标来说，评价指标之间的相对重要重要性一般来说是不一样的。评价指标之间的这种相对重要性的大小，一般用权重系数来描述。指标的权重系数，简称权重，体现为评价指标对总目标的贡献程度，权重越大，贡献程度越多。

(5) 综合评价模型

多指标综合评价，就是指利用数学分析方法，建立一定的数学模型，将多个评价指标值“合成”为一个整体性的综合评价值,这种评价的数学模型就叫做综合评价模型。

任何一种综合评价方法，都要先确定各个评价指标的权重，然后依据一定的权重对各项指标评判结果进行综合，显然，权重的改变会变更综合评价的结果。不可否认，综合评价结果中会带有评价人的的主观性，这是一个不可回避的问题。综合评价工作是一件主观性很强的工作，我们在评价工作中必须尽量少的带有自己的主观性，以客观性为基础，提高评价方法的科学性和有效性。

4.2 层次分析法

4.2.1 思想和原理

在社会生活中有很多问题，比如：经济计划、资源分析，方案选择、区域开发、污染控制等，在某种意义上都可以成为不同程度的决策问题，也就是寻求解决问题的最优途径和方案。一般有两种解决这种决策问题的方法，分别是数学模型法和非数学模型法。数学模型所求得的最优化解很多时候并不是现实生活中的最优解。非数学模型法与数学模型法相比教，更加强调人的思维判断在决策过程中的作用，更加重视研究决策中进行选择和判断的规律，于是在这种背景下产生了层次分析法。

层次分析法（The Analytic Hierarchy Process,简记 APH）是美国著名的运筹学家

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T.L.Sattry等人在20世纪70年代提出的一种定性与定量分析相结合的多准则决策方法。它是指将决策问题的有关元素分解成类似与目标、准则、方案类型的层次，然后在此基础上进行定性分析和定量分析的一种决策方法。层次分析法把人的思维过程层次化、数量化，并用数学方法为分析、决策、预报或控制提供定量的依据。层次分析法是在对复杂决策问题的本质、影响因素以及内在关系等进行深入分析之后，构建一个层次结构模型，然后利用较少的定量信息，把决策的思维过程数学化，从而为求解多目标，多准则或者无结构特性的复杂决策问题，提供一种简单的分析决策方法，它为分析相互关联、相互职位的众多因素构成的复杂问题提供了一种新的、简洁的、实用的决策方法。

应用层次分析法分析问题时，首先应该构造一个层次结构模型，把问题层次化。然后根据问题的性质以及所要达到的总目标，将问题分解成不同的组成因素，并按照因素间的相互联系、影响以及隶属关系将因素按不同层次聚集组合，形成一个多层次的分析结构模型。并最终把评价系统分析结果归结为供决策的方案、措施等。在分析过程中，我们需要确定每个因素相对于总目标的相对重要性的权值的确定或相对优劣次序的排序问题。在排序计算中，每一层次的因素相对上一层次某一因素的单排序问题可简化为以系列成对因素的判断比较。为了将比较判断，层次分析法将重要性程度定量化处理，引入了1-9标度法，并写成判断矩阵的形式。形成判断矩阵后，计算出判断矩阵的最大特征根及其相对应的特征向量，最大特征根用来计算判断矩阵的一致性，最大特征根对应的特征向量为某一层对于上一层次某一个元素的相对重要性权重。在计算出某一层次相对于上一层次各个因素的单排序权值后，某层因素相对于上一层次的相对重要性权值是用上一层次因素本身的权值加权综合计算出来的，这个权重值即层次总排序权值。层次分析法采取这样依次由上而下的计算方法，从而可计算出最底层因素对于最高层的相对重要性权重值。

4.2.2 模型和步骤

应用层次分析法分析问题，首先要把问题调理化、层次化，构造出一个层次分析结构的模型。

首先，我们把复杂问题分解成各个部分，也就元素，并按照元素的相互关系及其隶属关系形成不同的层次，同一层次的元素作为准则对下一层次的元素起支配作用，同时，它又受上一层次元素的支配。最高层次最有一个元素，它表示决策者所要达到的目标或者所要得到的评价综合指标；中间层次一般为准则、子准则、方案等。层次之间元素的支配关系不一定是完全的，即可以存在相互交叉支配或者不完全支配，一个元素可以并

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不支配下一层次的所有元素。即除目标层外，每个元素可以受多个上一层元素支配，也可以支配多个下一层元素。层次数由问题的复杂程度和需要分析的详尽程度所决定。因为重要性标段为1-9，所以每一层次中的元素一般不超过9个，同一层次中包含数目过多的元素会给两两比较判断带来困难。一个问题，一般来说可以构成目标层，若干准则层和方案层的层次分析结构模型。

4.2.3 构造判断矩阵

建立层次分析模型之后，我们需要再各层元素中进行两两比较，确定其相对重要性标度，构造出比较判断矩阵。层次分析法主要是人们对每一层次各因素相对重要性给出的判断，这些判断通过引入适合的标度用数值表示出来，写成判断矩阵。判断矩阵表示本层次与之有关因素之间相对重要性的比较。判断矩阵是层次分析法的基本信息，也是进行相对重要度计算的重要依据。

假定上一层次的元素BK作为准则，对于下一层元素C1，C2，„Cn有支配关系，我们的母的是要在准则BK下按它们的相对重要性赋予C1，C2，„Cn相应的权重。在这一步中要回答的问题有：针对一个明确的判断准则BK，两个元素Ci，Cj哪个更重要，重要性的大小。需要对“重要性”赋予一定的数值。赋值的根据或者来源，可以由决策者直接提出，或是通过分析者通过某种技术咨询而获得，或是通过其他合适的途径来确定。一般地，判断矩阵应由熟悉问题的专家独立分析判断的给出。

对于n个元素来说，我们得到两两比较判断矩阵C(Cij)nn。其中Cij表示因素i和因素j相对于目标重要值。

一般来说，构造的判断矩阵如下形式

表4-1 判断矩阵构造形式

BK C1 C2 „ Cn

C1 C11 C12 „ C1n C2 C21 C22 „ C2n „ „ „ „ „ Cn Cn1 Cn2 „ Cnn

显然矩阵C具有如下性质： （1）Cij>0

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（2）Cij=1/Cji(i≠j) （3）Cij>0(i,j=1,2,„,n)

这类矩阵为正反矩阵。对于正反矩阵C，若对于任意i、j、k，均有Cij·Cjk=Cik，此时称该矩阵为一致性矩阵。

在实际问题求解，构造的判断矩阵并不一定具有一致性，常常需要进行一致性检验。 在层次分析法，为了使决策判断定量化，形成上述数值判断矩阵，常根据一定的比率标度将判断定量化。我们下面给出一种常用的1-9标度方法。如表所示。

表4-2 常用判断尺度及其对应含义

判断尺度 1 3 5 7 9 2,4,6,8

含义 表示指标Ii与指标Ij相比较，同等重要 表示指标Ii与指标Ij相比较，前者比后者略微重要 表示指标Ii与指标Ij相比较，前者比后者明显重要 表示指标Ii与指标Ij相比较，前者比后者重要得多 表示指标Ii与指标Ij相比较，前者比后者绝对重要 介于相邻两个基本点判断尺度之间的情况 4.2.4 判断矩阵的一致性检验

在上述过程中我们建立起了判断矩阵，这让判断思维数学化，这种数学化为我们判断思维的一致性提供了条件。

判断思维一致性是指专家在判断指标重要性时，各判断之间的协调一致，不致出现相互矛盾的结果。在多阶判断的条件下出现不一致，容易发生，只不过在不同的条件下不一致的程度是有所差别的。

我们用判断矩阵特征根的变化来检验判断的一致性程度。因此，在层次分析法中引入判断矩阵最大特征根引入判断矩阵最大特征根以外的其余特征根的负平均值，作为度量判断矩阵偏离一致性的指标，即用

（4-1）CI= (maxn)/n1

检查决策者判断思维的一致性。n为判断矩阵的阶数，max为n阶矩阵的最大特征根。 显然，当判断矩阵具有完全一致性时，max=n，CI=0，反之亦然。当n≤2时，矩阵永远具有一致性；当n≥3时，引进判断一致性的指标记为RI，对于1-9阶矩阵，RI如表2所示。

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表4-3 矩阵一致性指标RI

阶数 RI

1 0 2 0 3 4 5 6 7 8 9 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 随机一致性比率记为：CR=CI/RI，当CR<0.1时，则认为判断矩阵具有满意的一致性，否则需要调整判断矩阵的元素取值，以使之具有满意的一致性。

4.2.5 计算指标Ii的权重及矩阵最大特征根

计算出某层次因素相对于上一层次中某一个因素的相对重要程度，这种计算叫做层次单排序。层次单排序是指根据判断矩阵计算本层次与之有联系的元素的重要性次序的权值。

通过计算出判断矩阵的最大特征根及其特征向量，我们可以求得元素的重要性权值。一般来说，可以选用计算机计算最大特征值及其相应的特征向量。但是，由于我们计算权值所需要追求的精确度并不是很高，所以我们可以采用一些简单方法求得最大特征值和其对应特征向量的近似解。下面介绍方根法求解最大特征值和其对应特征向量的计算步骤：

(1) 计算判断矩阵每一行元素的乘积Mi

Mi(2) 计算Mi的n次方根wi

aij, ij1n1,2,„,n （4-2）

wi=nMi （4-3）

(3) 对向量ww1,w2,wn正规化

WiWi/Wj （4-4）

j1nT则WW1,W2,Wn即为所求的特征向量, Wi即为Bi的权重，即Ii的相对重要性。 （4） 计算判断矩阵的最大特征根max

Tmaxi1n(BW)inWi （4-5）

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其中(BW)i表示向量BW的第i个元素。 （5）层次总排序

依次沿递阶层次结构由上而下逐层计算，就可以计算出最底层因素相对于最高层（总目标）的相对重要性的权重值，即层次总排序。也就是说，层次总排序是针对最高层目标而言的，最高层次的总排序就是其层次总排序。

层次总排序要进行一致性检验，检验是从高层到底层进行的。

4.3 模糊综合评判法

4.3.1 思想和原理

模糊综合评判作为模糊数学的一种具体应用方法，最早是由我国学者王培庄提出的。

模糊数学利用数学工具解决模糊事物方面的问题。模糊数学的产生把数学的应用范围扩大到模糊现象领域，处理一些复杂的系统问题。它是架在形式化思维和复杂系统之间的一座桥梁，把形式化思维的一系列成果应用到复杂的系统里面。模糊数学的出现，为我们研究解决复杂的、无法用精确数学解决的问题提供了一种方便而又简单的方法。

在实际问题中，一个事物常常会涉及到多个因素或多个指标，这时的评价就要求根据这多个因素对事物做出一个总的评价，不能从单一因素去评价事物，这就是综合评判。

一个事物往往需要多个指标才能刻画其本质与特征，而且人们一个事物的评价又常常不是简单的好与不好，而是一个比较模糊的评语。这时，利用经典的评价方法会存在较大不合理性。介于我们对事物的评价常常带用模糊性，我们应用模糊数学的方法进行综合评价能够取得更好的实际效果。

模糊综合评判是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，将一些边界模糊，不容易定量分析的因素定量化，从多个因素对评价事物隶属等级状况进行综合评判的一种方法。它主要可以分为两步:第一步先按每一个因素单独评判；第二步再按所有因素进行综合评价。它的优点是：数学模型简单，对多因素，多层次的复杂问题评判效果比较好。模糊综合评价方法的特点在于，评价逐对进行，对被评对象有唯一的评价值，不受被评价对象所处对象集合的影响。

4.3.2 模糊综合评判法的模型和步骤 4.3.2.1 确定评价因素、评价等级

因素集是以影响评判对象的各种因素为元素组成的集合，通常用U来表示。

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U{u1,u2,,um} (4-6)

其中ui (i=1，2，„，m)代表描绘被评价对象的m种因素,即是评价指标。

V{v1,v2,,vn} (4-7)

其中vi表示每一因素所处的状态的n种评价等级。

这些评价指标可以衡量一个评价对象的水平和性能。考核成绩的评定如果是四级，一般取{优，良，中，差}。评价等级应该尽可能的满足人们区分能力的要求。

4.3.2.2 构造评价矩阵和确定权重

首先对所处理的因素集中的单因素ui作为单因素评判，从因素ui判断该事物的评价

2,,n)的隶属度为rij,这样就得出第i个因素ui的单因素评判集： 等级vj=(j1,ri=(ri1,ri2,,rin) （4-8）

这样m个对象因素的评价集就构造出一个总的评价矩阵R。即每一个被评价对象确定了从U到V的模糊关系R,它是一个矩阵：

r11r12r21r22R(rij)mnrm1rm2r1nr2n （4-9） rmn（i=1,2,„,m；j=1,2,„,n）

其中rij表示从因素ui着眼，这个评判对象能被评为vj的隶属度。rij表示第i个因素ui在第j个评价等级上的频率分布，一般需要将其归一化使之满足rij=1。R没有量纲，无需作专门处理。

一般地，用等级比重确定隶属函数可以满足模糊评判的要求。为了保证分析的可靠性，在用等级比重阀确定隶属度时要注意两个问题：第一，评价者人数要足够多才能保证等级比重趋近于隶属度；第二，所选评价者必须对被评事物有相当的了解，尤其是涉及到专业方面的评价。

由于评价因素集中的各个因素在“评价目标”中有不同的地位和作用，即各评价对象在综合评价中所占的比重应该不同。在这里，我们引入U上的一个模糊子集A，作为权重系数分配集，A=（a1,a2,„,am）,其中ai>>0,且ai=1。它反映对诸因素的一种权衡。

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权数是表征因素相对重要性大小的度量值。所以，在评价问题中，权数的确定极其重要。本课题车用汽油机整机性能评价系统中通过用层次分析法来确定各指标的权重。

4.3.2.3 模糊合成

设层次分析法所获得的权重向量A=（a1,a2,„,am）；R为反映各个单因素所对应的各个等级模糊子集的隶属度的评价矩阵。引入V上的一个模糊子集B，称为模糊评价，

B（b1,b2,,bn)。

BAR (4-10)

bj表示被评价对象具有评价等级vj的程度。B是对每个评判对象综合状况分等级

的程度描述，不能直接用于被评判对象间的排序评优，需要进一步的分析处理，分析处理之后才能使用，通常我们可以采用最大隶属度法则对其处理，得到最终评判结果。为了充分利用B的信息，我们可以把各种等级的评级参数和评价结果B进行综合考虑，评价参数是指每个级别所赋予的分值。

设相对于各等级vj规定的参数列向量

C(c1,c2,,cn)T （4-11）

等级参数评判结果

pBC （4-12）

p是一个实数。它反映了由模糊子集B和参数向量C所确定的综合评分，在实际应

用中，它是十分有用的综合参数。

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5 车用汽油机整机性能评价系统设计

通常衡量汽油机性能都以其动力性、经济性、排放、噪声和比质量等性能作为主要的评价指标。但在实际中，考虑到评估的实用性和可行性，一般只选取几个能代表其主要性能的指标作为模糊评估子集[13]。本文选用车用汽油机的最大功率、最大扭矩、燃油消耗率、升功率、比质量和环保标准6个参数建立汽油机评价体系，确定评价指标。根据评价方案，开发一个具有实用性的车用汽油机整机性能评价系统。

5.1 评价指标的确定

车用汽油机的性能指标有很多，本课题选取了六个主要性能指标作为评价对象，这个六个评价指标分别是：动力性、经济性、强化指标、紧凑型指标和环保标准。动力性指标是表征发动机做功能力大小的指标，包括有效转矩、有效功率、发动机转速、平均有效压力，汽车发动机一般选用最大功率和最大转矩作为衡量发动机动力性的指标，因此在对动力性的评价中，本课题选取了最大功率和最大扭矩两个二级评价指标来作为参量；发动机经济性指标包括有效热功率和有效燃油消耗率，有效热效率最终会影响有效燃油消耗率，所以在本课题经济性的评价中，我们通过计算汽油机机的有效燃油消耗率来评价发动机的经济性；强化指标是指发动机承受负荷和机械负荷能力的评价指标，一般包括升功率和强化程度，本课题考虑到大众所能获得的数据，选用了升功率作为强化指标评价参数；紧凑性指标是用来表征发动机总体结构紧凑程度的指标，通常用比容积和比质量衡量，本课题选用了比质量来评价车用汽油机的紧凑性[14]。汽车环保标准是为提高空气质量所设置的汽车尾气排放指标。

本课题中选用最大功率、最大扭矩、升功率、燃油消耗率、比质量和环保标准6个参数进行分析。

5.2 对指标的处理

由于发动机的一些数据只有在发动机厂家才能查找到，那么如果没有一些参数怎么办？最大功率和最大扭矩和排放标准一般都能查找到，在这里就不毋庸赘言了，这里给出一些标准指标的计算方法：

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(1) 升功率（PL）：最大功率和发动机排量的比重，单位kw/h。

PLPe (5-1) VPe 表示所测发动机的额定功率，也就是最大功率；

V 表示所测试的发动机的气缸总容积，也就是排量。

(2) 比质量（K）:发动机的干质量与其标定功率的比值

KM (5-2) PeM为发动机总成净质量，单位为kg；

Pe 表示所测发动机的额定功率，也就是最大功率。

(3) 有效燃油消耗率be，单位为 g/（kW·h）。

beB103 (5-3) Pe式中：B—发动机在单位时间内的耗油量，kg/h； Pe—发动机的有效功率，kW。

由于B也一般很难获得，一般能获得的是汽车的市郊百公里油耗，所以我们通过市郊百公里油耗反推出近似的有效燃油消耗率。

Qs=Pebe1.02Uag （5-4）

（5-5）

FGf+CDA2Ua 21.15 Pe计算得

be3600FUaT (5-6)

1.02*3600pgTQSGfCDA2Ua21.15 （5-7）

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Ua表示等速百公里中的速度，选取市郊油耗时，应该选取 Ua=90km/h ；

取f=0.012 （良好沥青路面）；现代轿车平均风阻系数 CD为0.3 ；

A表示汽车的迎风面积，不同的迎风面积不一样，如果不知道具体值采用现代轿车平均值1.8-2.0m2；pg可取为 6.96-7.15N/l；对于有级机械变速器的轿车T取 0.90-0.92[15]。

5.3 指标权重的确定

5.3.1判断矩阵的确定

对第一层次因素指标分析，得到一级评价指标中各项评价因素的指标值

表5-1 车用汽油机一级评价指标的指标值 A 强化指标 动力性 经济性 紧凑性 环境标准 强化指标 1 1 2 3 8 动力性 1 1 1 2 7 经济性 1/2 1 1 2 5 紧凑性 1/3 1/2 1/2 1 3 环境标准 1/8 1/7 1/5 1/3 1

一级评价指标权重判断矩阵W

1123811127A1/211251/31/21/213 1/81/71/51/31

下面用方根法求解最大特征值和其对应特征向量

（1）

计算判断矩阵每一行元素的乘积Mi

nMiaij, i1,2,„,n j1表5-2 判断矩阵每一行元素的乘积Mi

M1 M2 M3 M4 M5 48 14 5 0.25 0.00119

(2) 计算Mi的n次方根wi

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(5-8) 5-9） （

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wi=nMi （5-10）

表5-3

Mi的n次方根wi的值

W

1 W2 W3 W4 W5 2.168944 1.695218 1.37973 0.757858 0.260102 (3) 对向量ww1,w2,wn正规化

WiWi/Wj （5-11）

j1nT正规化Wi，Wi为各指标的权重。

表5-4 指标权重Wi

W1 0.346

TW2 0.271 W3 0.22 W4 0.121 W5 0.042 WW1,W2,Wn即为所求的特征向量, Wi即为Bi的权重，即Ii的相对重要性。

（4） 计算判断矩阵的最大特征根max

max(BW)i （5-12）

nWii1nmax=5.039

其中(BW)i表示向量BW的第i个元素。

对第二层次因素指标分析，得到一级评价指标中各项评价因素的指标值

5.4 隶属函数的确定

由于本课题的评价指标具有相当大的专业性，所以不宜采用调查法，选用数学统计法得到的分析结果应该更加准确。本课题通过采集较多的评估指标样本，求得评估指标的平均值Xi和样本方差i，得到评估指标的性能水平，根据指标样本确定隶属函数，为表示检测参数对各性能等级的隶属程度，引入梯形隶属函数。

5.4.1 动力性隶属函数的确定

本课题采用最大功率和最大扭矩作为动力性指标评价参数，根据专家评判法最大功

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率的权重为0.6，最大扭矩的权重为0.4。扭矩可以通过降低转速来获得，所以功率相对扭矩更为重要，最大功率在动力性评判中所占有的权重比最大扭矩要大[16]。

车用汽油机最大功率隶属函数：

 0 x  138.4 x138.4优 A(x) 96.8x138.4

20.81 159.2x

 0 x  117.6 x117.6 96.8x138.4 良 B(x)20.8

159.2x 138.4x159.220.80 159.2x （5-13）

 0 x 96.8 x96.8 96.8x117.6 中 C(x)20.8

138.4x 117.6138.4 20.8 x 138. 40 1 0 x96.8 117.6x差 D(x) 96.8x117.6 20.80 x117.6 发动机最大功率隶属函数图1.5差 中 良 优 差中良优隶属度10.50096.8117.6138.4159.2174.8

最大功率（kW) 图5.1 车用汽油机最大功率隶属函数图像

通过隶属函数求得最大功率的隶属度矩阵

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P1[k21, k22, k23， k24] （5-14）

最大扭矩隶属函数：

 0 x  265.5 优 x265.5A(x)45.7 174.2x265.5

1 311.2x

 0 x  219.9 x174.2 174.2x265.5 良 x)B(45.7

311.2x 265.5x311.45.720 311.2x  0 x 174.2 x174.2 174.2x219.9 中 (x)C45.7.5x

265 219.9265.545.7 0 x265.5 1 0 x174.2 差 219.9xD(x) 174.2x219.9 45.70 x219.9

差 中 良 优

图5.2 车用汽油机最大扭矩隶属函数图像

通过计算得到的最大扭矩隶属度矩阵

P2[k11, k12, k13， k14] 第27页 共65页

5-15）

5-16）

（ （ 车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

本课题通过专家评判法，确定动力性指标中最大功率和最大扭矩的权重分别为0.6,0.4。所以动力性综合隶属度

P[r11, r12, r13， r14]0.6P10.4P2 [0.6k110.4k21, 0.6k120.4k22, 0.6k130.4k23, 0.6k140.4k24]

（5-17）

5.4.2 经济性隶属函数的确定

本课题采用有效燃油消耗率作为经济性指标评价参数，有效燃油消耗率越低性能越优。

经济性隶属函数：

1 0 x270 优：288.3xA(x) 270x288 18.3.30 x 306.7  0 x 270 x270.0良：18.3 270x288.3 B(x) 306.7x 288.3306.7 18.30 x306.7  0 x 288.3 中：x270.018.3 288.3x306.7C(x)

325.0 306.7x325.00 325.0x  0 x  306.7 差：x306.7D(x) 306.7x18.3325.0

1 325.0x 第28页 共65页

5-18）

（ 车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

优

良 中

差

图5.3 车用汽油机有效燃油消耗率隶属函数图像

由隶属函数求得经济性隶属度矩阵

r2[r21, r22, r23， r24] （5-19）

5.4.3 强化指标隶属函数的确定

本课题采用升功率作为强化指标评价参数，升功率越高，发动机强度越高，性能越优。

升功率隶属函数

 0 x  67.9 x67.9优 A(x) 54.3x67.9

6.81 74.7x  0 x  61.1 x54.3 54.3x67.9 6.8良 B(x)

74.7x 67.9x74.76.80 74.7x （5-20）

1 0 x54.3 61.1x 中 D(x) 54.3x61.16.80 x61.1  0 x 54.3 x54.3 54.3x61.1 6.8差 C(x)

67.9x 61.167.9 6.80 x67.9 第29页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

升功率隶属函数图1.51隶属度差 中 良 优 差中良优0.50054.361.167.974.779.8

升功率（kW/l) 5.4 车用汽油机升功率隶属函数图像

通过隶属函数计算得到强化程度隶属度矩阵

r3[r31, r32, r33， r34] （5-21）

5.4.4 紧凑性隶属函数的确定

本课题采用比质量作为紧凑性指标评价参数，比质量越小，发动机的紧凑性越好。 汽油机比质量隶属函数

1 0 x1.20 1.33x 优：A(x) 1.20x1.330.09 0 x1.33

 0 x 1.20 x1.20 1.20x1.33 0.09 良：B(x)1.45x 1.331.45 0.090 x1.45 （5-22）

 0 x 1.33 x1.20 1.33x1.450.09 中：C(x)1.58x 1.45x1.580.090 1.58x  0 x  1.45 x1.45差：D(x) 1.45x1.58

0.091 1.58x 第30页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

优 良 中

差

图5.5 车用汽油机比质量隶属函数图像

由隶属函数可以求得紧凑性隶属度

r4[r41, r42, r43， r44] （5-23）

5.4.5 环境性隶属函数的确定

本课题的环境性指标通过排放的环保标准来衡量，它是一个定性指标，所以在评价中给它定一个适宜的等级。

排放只达到国二标准（欧二）的为差，国三标准（欧三）的为中，达到国四标准（欧四）的为良，达到国五（欧五）标准的为优。

由环境性评价等级得到环境性隶属度

r5[r51, r52, r53， r54] （5-24）

5.5 整机综合评分方案.

由层次分析法得到动力性，经济性，强化指标，紧凑性，环境指标的比重分别为0.346，0.271，0.22，0.121，0.042。权重矩阵

W =[0.346，0.271，0.22，0.121，0.042]

动力性指标各评判等级的隶属度为r1j；经济性指标各评判等级的隶属度为r2j；强化指标各评判等级的隶属度为r3j；紧凑性指标各评判等级的隶属度为r4j，环境指标各评判等级的隶属度为r5j。

将各个单因素评价矩阵分别与权重集进行模糊变换，可以得到车用汽油机整机性能模糊综合评价隶属度矩阵。

整机性能模糊综合评价隶属度矩阵

第31页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

r11r21BWR[0.346 0.271 0.220 0.121 0.042] r31r41r51r12r22r32r42r52r13r23r33r43r53r14r24r34 （5-25） r44r54为了有使评价结果更具有直观性，本课题为每个评价等级设定一个对应的分值，[优，良，中，差]对应[95,80,65,50],排放指标中。

TU[95,80,65,50]

将模糊综合评价矩阵与评价等级分值矩阵做乘法运算，可以得到模糊综合评价评分

GBU （5-26）

第32页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

6 车用汽油机整机性能评价实例

表6-1 6款发动机整机性能评价实例发动机参数

搭载车型 宝马5系 14款528Li领先型 东风标致508 2012款2.0L自动智享 东方之子 12款 2.0手动典雅 比亚迪G6 12款 2.0手动豪华 奥迪A6L，14款TFSI基本型 大众帕桑特13 2.0T御尊版 车身质最大质量 汽油机型号 排量 量 功率 N20B20高1760 功率版 1997 160 180 PSA RFN 1541 10LH3X 1998 150 109 1480 SQR484F 1971 147 118 102 132 147 最大扭矩 350 200 182 186 320 280 市郊环境油耗 标准 5.7 6.1 7.1 7 5.4 6.3 国4 国4 国4 国4 国5 国4 1440 BYD483QB 1991 130 1720 1550 CDZ CGM 最大功率 180 109 118 102 132 147 1984 150 1550 162 表6-2 6款发动机整机性能评价实例标准化参数表

汽油机型号 N20B20高功率版 PSA RFN 10LH3X SQR484F BYD483QB CDZ CGM

排量 1997 1998 1971 1991 1984 1550 质量 160 150 147 130 150 162 最大扭矩 350 200 182 186 320 280 有效燃油升功消耗率 率 276.4 80.1 315.2 54.6 373.7 59.9 373.0 51.2 264.8 66.5 324.7 74.1 比质环境量 标准 1.08 国4 1.38 国4 1.27 国4 1.40 国4 1.14 国5 1.1 国4 6.1 宝马5系14款 N20B20高功率版车用汽油机整机性能评价

6.1.1 N20B20高功率版车用汽油机动力性综合评价

由最大功率隶属函数5-13可以求得N20B20高功率版车用汽油机的整机的最大功率评判矩阵

P1[k21, k22, k23， k24]1.0000.0000.0000.000

由最大扭矩隶属函数5-14可以求得N20B20高功率版车用汽油机的整机的最大扭矩评判矩阵

第33页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

P2[k11, k12, k13， k14]0.9760.0260.0000.000

动力性综合评判矩阵

R1[r11, r12, r13， r14]0.60.4  0.9890.0110.0000.0001.0000.0000.0000.0000.9760.0260.0000.000

6.1.2 N20B20高功率版车用汽油机经济性评价

由有效燃油消耗率隶属函数5-15可以求得N20B20高功率版车用汽油机的整机的经济性评判矩阵

R20.6530.3470.0000.000

6.1.3 N20B20高功率版车用汽油机强化程度评价

由升功率隶属函数5-16可以求得N20B20高功率版车用汽油机的整机的经济性评判矩阵

R31.0000.0000.0000.000

6.1.4 N20B20高功率版车用汽油机紧凑性评价

由比质量隶属函数5-17可以求得N20B20高功率版车用汽油机的整机的经济性评判矩阵

R41.0000.0000.0000.000

6.1.5 N20B20高功率版车用汽油机环境标准评价

由环保标准对应关系可以求得N20B20高功率版车用汽油机的整机的排放评判矩阵

R50100

6.1.6 N20B20高功率版车用汽油机性能综合评价 各个单因素评价矩阵分别与权重集进行模糊变换可得

r11r21BWR[0.346 0.271 0.220 0.121 0.042] r31r41r51r12r22r32r42r52r13r23r33r43r53r14r24r34 r44r54第34页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

0.9890.653[0.346 0.271 0.220 0.121 0.042] 1.0001.0000.000[0.860 0.140 0.000 0.000]0.1110.0000.0000.3470.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0001.0000.0000.000

N20B20高功率版车用汽油机性模糊综合评分

GBU [0.860 0.140 0.000 0.000] [95,80,65,50]T

93.2

图6.1 本课题软件评价系统评价N20B20高功率版

6.2 东风标致508 PSA RFN 10LH3X车用汽油机整机性能评价

6.2.1 东风标致508 PSA RFN 10LH3X车用汽油机动力性综合评价

由最大功率隶属函数5-13可以求得PSA RFN 10LH3X车用汽油机的整机的最大功率评判

P1[k21, k22, k23， k24]0.0000.0000.5870.413

由最大扭矩隶属函数5-14可以求得PSA RFN 10LH3X车用汽油机的整机的最大扭矩评判矩阵

P2[k11, k12, k13， k14]0.0000.0000.5650.435

第35页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

动力性综合评判矩阵

R1[r11, r12, r13， r14]0.60.4  0.0000.0000.5780.4420.0000.0000.5870.4130.0000.0000.5650.435

6.2.2 东风标致508 PSA RFN 10LH3X车用汽油机经济性评价

由有效燃油消耗率隶属函数5-15可以求得PSA RFN 10LH3X车用汽油机的整机的经济性评判矩阵

R20.0000.0000.5340.466

6.2.3 东风标致508 PSA RFN 10LH3X车用汽油机强化程度评价

由升功率隶属函数5-16可以求得PSA RFN 10LH3X车用汽油机的整机的强化程度评判矩阵

R31.0000.0000.0000.000

6.2.4 东风标致508 PSA RFN 10LH3X车用汽油机紧凑性评价

由比质量隶属函数5-17可以求得PSA RFN 10LH3X车用汽油机的整机的紧凑性性评判矩阵

R40.0000.6090.3910.000

6.2.5 东风标致508 PSA RFN 10LH3X车用汽油机环境标准评价

由环保标准对应关系可以求得PSA RFN 10LH3X车用汽油机的整机的排放评判矩阵

R50010

6.2.6 东风标致508 PSA RFN 10LH3X车用汽油机性能综合评价

r11r21BWR[0.346 0.271 0.220 0.121 0.042] r31r41r51r12r22r32r42r52r13r23r33r43r53r14r24r34 r44r54第36页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

0.0000.0000.0000.000[0.346 0.271 0.220 0.121 0.042] 0.0000.6090.0000.0000.0001.000[0.000 0.176 0.436 0.389]0.4220.5340.4660.3910.000

0.0370.9630.0000.0000.578

东风标致508 PSA RFN 10LH3X车用汽油机性模糊综合评分

GBU [0.000 0.176 0.436 0.389] [95,80,65,50]T 59.1

图6.2 本课题软件评价系统评价PSA RFN 10LH3X发动机

6.3 东方之子12款SQR484F车用汽油机整机性能评价

6.3.1 东方之子12款SQR484F车用汽油机动力性综合评价

由最大功率隶属函数5-13可以求得SQR484F车用汽油机的整机的最大功率评判

P1[k21, k22, k23， k24]0.0000.0190.9810.000

第37页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

由最大扭矩隶属函数5-14可以求得SQR484F车用汽油机的整机的最大扭矩评判矩阵

P2[k11, k12, k13， k14]0.0000.0000.1710.829

动力性综合评判矩阵

P[r11, r12, r13， r14]0.60.4 0.0000.3320.6570.3320.0000.0190.9810.0000.0000.0000.1710.829

6.3.2 东方之子12款SQR484F车用汽油机经济性评价

由有效燃油消耗率隶属函数5-15可以求得SQR484F车用汽油机的整机的经济性评判矩阵

R20.0000.0000.0001.000

6.3.3 东方之子12款SQR484F车用汽油机强化程度评价 阵

由升功率隶属函数5-16可以求得SQR484F车用汽油机的整机的强化程度评判矩

R31.0000.0000.0370.963

6.3.4 东方之子12款SQR484F车用汽油机紧凑性评价

由比质量隶属函数5-17可以求得SQR484F车用汽油机的整机的紧凑性评判矩阵

R40.4120.5880.0000.000

6.3.5 东方之子12款SQR484F车用汽油机环境标准评价

由环保标准对应关系可以求得SQR484F车用汽油机的整机的排放评判矩阵

R50010

6.3.6 东方之子12款SQR484F车用汽油机性能综合评价 各个单因素评价矩阵分别与权重集进行模糊变换可得

r11r21BWR[0.346 0.271 0.220 0.121 0.042] r31r41r51r12r22r32r42r52r13r23r33r43r53r14r24r34r44r54

第38页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

0.0000.000[0.346 0.271 0.220 0.121 0.042] 0.4120.0000.0000.0120.6570.3320.0000.0001.000

0.5880.0000.0000.0000.8190.1811.0000.0000.000

东方之子12款SQR484F车用汽油机性模糊综合评分

GBU [0.091 0.176 0.326 0.408] [95,80,65,50]T 62.6

图6.3 本课题软件评价系统评价SQR484F发动机

6.4 比亚迪 G6 BYD483QB车用汽油机整机性能评价

6.4.1 比亚迪 G6 BYD483QB 车用汽油机动力性综合评价

由最大功率隶属函数5-13可以求得BYD483QB车用汽油机的整机的最大功率评判

P1[k21, k22, k23， k24]0.0000.0000.2500.750

由最大扭矩隶属函数5-14可以求得BYD483QB车用汽油机的整机的最大扭矩评判矩阵

P2[k11, k12, k13， k14]0.0000.0000.2580.742

动力性综合评判矩阵

第39页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

P[r11, r12, r13， r14]0.60.4  0.0000.0000.2530.7470.0000.0000.2500.7500.0000.0000.0001.000

6.4.2 比亚迪 G6 BYD483QB车用汽油机经济性评价

由有效燃油消耗率隶属函数5-15可以求得BYD483QB车用汽油机的整机的经济性评判矩阵

R20.0000.0000.0001.000

6.4.3 比亚迪 G6 BYD483QB车用汽油机强化程度评价

由升功率隶属函数5-16可以求得BYD483QB车用汽油机的整机的强化程度评判矩阵

R30.0000.0000.0001.000

6.4.4 比亚迪 G6 BYD483QB车用汽油机紧凑性评价

由比质量隶属函数5-17可以求得BYD483QB车用汽油机的整机的紧凑性评判矩阵

R40.0000.4360.5640.000

6.4.5 比亚迪 G6 BYD483QB车用汽油机环境标准评价

由环保标准对应关系可以求得BYD483QB车用汽油机的整机的排放评判矩阵

R50010

6.4.6 比亚迪 G6 BYD483QB车用汽油机性能综合评价 各个单因素评价矩阵分别与权重集进行模糊变换可得

r11r21BWR[0.346 0.271 0.220 0.121 0.042] r31r41r510.0000.000[0.346 0.271 0.220 0.121 0.042] 0.0000.0000.000[0.000 0.138 0.212 0.650]第40页 共65页

r12r22r32r42r52r13r23r33r43r53r14r24r34 r44r540.0000.2530.7470.0000.0001.0000.4360.5640.000

0.0000.0001.0001.0000.0000.000 车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

比亚迪 G6 BYD483QB车用汽油机性模糊综合评分

GBU [0.000 0.138 0.212 0.650] [95,80,65,50]T 55.1

图6.4 本课题软件评价系统评价BYD483QB发动机

6.5 奥迪A6L 14款 CDZ车用汽油机整机性能评价

6.5.1 奥迪A6L 14款 CDZ车用汽油机动力性综合评价

由最大功率隶属函数5-13可以求得CDZ车用汽油机的整机的最大功率评判

P1[k21, k22, k23， k24]0.0000.6920.3080.000

由最大扭矩隶属函数5-14可以求得CDZ车用汽油机的整机的最大扭矩评判矩阵

P2[k11, k12, k13， k14]1.0000.0000.0000.000

动力性综合评判矩阵

P[r11, r12, r13， r14]0.60.4  0.4000.4150.1850.0000.0000.6920.3080.0001.0000.0000.0000.000

第41页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

6.5.2 奥迪A6L 14款 CDZ车用汽油机经济性评价

由有效燃油消耗率隶属函数5-15可以求得CDZ车用汽油机的整机的经济性评判矩阵

R21.0000.0000.0000.000

6.5.3 奥迪A6L 14款 CDZ车用汽油机强化程度评价

由升功率隶属函数5-16可以求得CDZ车用汽油机的整机的强化程度评判矩阵

R30.0000.7990.2010.000

6.5.4 奥迪A6L 14款 CDZ车用汽油机紧凑性评价

由比质量隶属函数5-17可以求得CDZ车用汽油机的整机的紧凑性评判矩阵

R41.0000.0000.0000.000

6.5.5 奥迪A6L 14款 CDZ车用汽油机环境标准评价

由环保标准对应关系可以求得CDZ车用汽油机的整机的排放评判矩阵

R50001

6.5.6 奥迪A6L 14款 CDZ车用汽油机性能综合评价 各个单因素评价矩阵分别与权重集进行模糊变换可得

r11r21BWR[0.346 0.271 0.220 0.121 0.042] r31r41r510.4001.000[0.346 0.271 0.220 0.121 0.042] 1.0000.0001.000[0.671 0.240 0.088 0.000]r12r22r32r42r52r13r23r33r43r53r14r24r34 r44r540.4150.1850.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000

0.7990.2010.0000.0000.0000.000奥迪A6L 14款 CDZ车用汽油机性模糊综合评分

GBU [0.671 0.240 0.088 0.000] [95,80,65,50]T

86.0第42页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

图6.5 本课题软件评价系统评价CDZ发动机

6.6 帕桑特13款CGM车用汽油机整机性能评价

6.6.1 帕桑特13款CGM车用汽油机动力性综合评价

由最大功率隶属函数5-13可以求得CGM车用汽油机的整机的最大功率评判

P1[k21, k22, k23， k24]0.4130.5870.0000.000

由最大扭矩隶属函数5-14可以求得CGM车用汽油机的整机的最大扭矩评判矩阵

P2[k11, k12, k13， k14]0.3170.6830.0000.000

动力性综合评判矩阵

R1[r11, r12, r13， r14]0.60.4  0.3750.6250.0000.0000.4130.5870.0000.0000.3170.6830.0000.000

6.6.2 帕桑特13款CGM车用汽油机经济性评价

由有效燃油消耗率隶属函数5-15可以求得CGM车用汽油机的整机的经济性评判矩阵

R20.0000.0000.0180.982

6.6.3 帕桑特13款CGM车用汽油机强化程度评价

第43页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

由升功率隶属函数5-16可以求得CGM车用汽油机的整机的强化程度评判矩阵

R30.0890.9110.0000.000

6.6.4 帕桑特13款CGM车用汽油机紧凑性评价

由比质量隶属函数5-17可以求得CGM车用汽油机的整机的紧凑性评判矩阵

R41.0000.0000.0000.000

6.6.5 帕桑特13款CGM车用汽油机环境标准评价

由环保标准对应关系可以求得CGM车用汽油机的整机的排放评判矩阵

R50010

6.6.6 帕桑特13款CGM车用汽油机性能综合评价 各个单因素评价矩阵分别与权重集进行模糊变换可得

r11r21BWR[0.346 0.271 0.220 0.121 0.042] r31r41r510.3750.6250.0000.000[0.346 0.271 0.220 0.121 0.042] 1.0000.0000.9110.0890.0001.000[0.460 0.269 0.005 0.266]

r14r22r23r24r32r33r34r42r43r44r52r53r540.0000.0000.0180.9820.0000.0000.0000.0000.0000.000

r12r13帕桑特13款CGM车用汽油机性模糊综合评分

GBU [0.460 0.269 0.005 0.266] [95,80,65,50]T 80.9

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车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

图6.6 本课题软件评价系统评价CGM发动机

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车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

7 综合评价系统软件的开发

7.1 Visual Basic

Visual Basic 是由微软公司推出的一款可视编程软件，也是一种高级程序设计语言，具有可视化、面向对象以及采用事件驱动的特点。在Visual Basic集成开发环境中，有很多控件可供选择，从而可以很轻松的设计界面[17]，对于初学者来说，它特别容易上手。

7.2 车用汽油机整机性能评价系统简介

本软件系统需要用户将汽油发动机的最高功率、最大扭矩、升功率、有效燃油消耗率、比质量、排放标准六个参数输入到对应的文本框中，点击跑分，即可计算出该款发动机的动力性评分、经济性评分、强化程度评分、紧凑性评分以及综合评分。

在本系统中提供两个网站（易车网，汽车之家）的链接，是国内比较知名的汽车测评报价网站，在他们网站上可以查到市面上汽车和发动机的相关参数及测评。

图7.1 车用汽油机整机性能评价专业版

第46页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

图7.2 车用汽油机整机性能评价普通版

图7.3 车用汽油机整机性能评价专业美化版

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车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

图7.4车用汽油机整机性能评价普通美化版

7.3 软件的内部代码

7.3.1 定义变量 Private Sub gr_Click()

Dim z As Double, q As Double, jc As Double, l As Double, j As Double, a As Double, b As Double, c As Double, d As Double, e As Double, f As Double

Dim a1 As Double, a2 As Double, a3 As Double, a4 As Double, b1 As Double, b2 As Double, b3 As Double, b4 As Double, c1 As Double, c2 As Double, c3 As Double, c4 As Double, d1 As Double, d2 As Double, d3 As Double, d4 As Double, e1 As Double, e2 As Double, e3 As Double, e4 As Double, f1 As Double, f2 As Double, f3 As Double, f4 As Double, p1 As Double, p2 As Double, p3 As Double, p4 As Double

其中z为综合评分计算值变量，q为强化程度评分计算值变量，l为动力性评分计算值变量，j为经济性评分计算值变量，jc为紧凑性评分计算值变量，，a最大功率变量，ai（i为变量，1-4）为最大功率隶属度计算值变量，b为最大扭矩变量，bi为最大扭矩隶属度计算值变量，c为升功率变量，ci为升功率隶属度计算值变量，d为有效燃油消耗率计算值变量，di为有效燃油消耗率隶属度计算值变量，e为比质量变量，ei为比质量隶属度计算值变量，f为排放标准变量，fi为排放性隶属度计算值变量，pi为动力性隶属度计算值变量，zi为综合隶属度计算值变量。

7.3.2 赋值

第48页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

把输入到文本框中的内容赋值到对于的参数中，其中gl.text代表输入最大功率的文本框，其中nj.text代表输入最大扭矩的文本框，其中sg.text代表升功率的文本框，其中yh.text代表有效燃油消耗率的文本框，其中bz.text代表输入比质量的文本框，其中pf.text代表输入排放标准的文本框

a = Val(gl.Text) b = Val(nj.Text) c = Val(sg.Text) d = Val(yh.Text) e = Val(bz.Text) f = Val(pf.Text) 7.3.3 计算

分别计算汽油发动机的最高功率、最大扭矩、升功率、有效燃油消耗率、比质量、排放标准的隶属度，将最大功率和最大扭矩的隶属度合成为动力性能隶属度.在计算过程中，对于不同的数据范围，将采用if语句来实现分支结构[18]。

以动力性评价为例，下面给出程序计算及输出代码。

If a < 117.6 Then

Else

a3 = (138.4 - a) / 20.8 End If Else a3 = 0 End If End If

If a <= 117.6 Then a2 = 0 Else

If a <= 159.2 Then If a <= 138.4 Then a2 = (a - 117.6) / 20.8 Else

a2 = (159.2 - a) / 20.8

第49页 共65页

If a > 96.8 Then a4 = (117.6 - a) / 20.8 Else a4 = 1 End If Else a4 = 0 End If

If a <= 96.8 Then a3 = 0 Else

If a <= 138.4 Then If a <= 117.6 Then a3 = (a - 96.8) / 20.8

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End If Else a2 = 0 End If End If

If a <= 138.4 Then a1 = 0 Else

If a <= 159.2 Then a1 = (a - 138.4) / 20.8 Else a1 = 1 End If End If

If b < 219.9 Then If b > 174.2 Then b4 = (219.9 - b) / 45.7 Else b4 = 1 End If Else b4 = 0 End If

If b <= 174.2 Then b3 = 0 Else

If b <= 265.5 Then If b <= 219.9 Then b3 = (b - 174.2) / 45.7 Else

b3 = (265.5 - b) / 45.7 End If Else b3 = 0 End If End If

If b <= 219.9 Then b2 = 0 Else

If b <= 311.2 Then If b <= 265.5 Then b2 = (b - 219.9) / 45.7 Else

b2 = (311.2 - b) / 45.7 End If Else b2 = 0 End If End If

If b <= 265.5 Then b1 = 0 Else

If b <= 311.2 Then b1 = (b - 265.5) / 45.7 Else b1 = 1 End If End If

p1 = 0.6 * a1 + 0.4 * b1 p2 = 0.6 * a2 + 0.4 * b2

第50页 共75页

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p3 = 0.6 * a3 + 0.4 * b3 p4 = 0.6 * a4 + 0.4 * b4

7.3.4 设置超链接

l = 95 * p1 + 80 * p2 + 65 * p3 + 50 * p4

dl.Text = Format(l, \".00\")

为了方便使用者查询车用汽油机相关资料，本系统在界面上提供多个超链接方便使用者直接进入知名汽车厂商和国内提供汽车报价和车型详解的两家知名网站。

下面以易车网和汽车之家的网站的链接代码为例 Private Sub Label17_Click()

ShellExecute hwnd, \"open\conSwNormal

End Sub

点击汽车之家标签，进入汽车之家车型选择官网。 Private Sub lj_Click()

ShellExecute hwnd, \"open\conSwNormal

End Sub

点击易车网标签，能直接进入易车网车型选择官网。

7.4 软件使用说明

由于本课题涉及到一些专业参数，如升功率、有效燃油消耗率和比质量。为了使普通人也会使用本评价系统，本课题开发了两个版本的评价系统，一个是可以直接输入发动机的最大功率、最大扭矩、市郊油耗、车身总质量、发动机排量、和发动机比质量。在本评价系统内部，将参数计算转换为升功率、有效燃油消耗率，方便普通读者使用。

本系统有一定的容错性，在用户输入参数不足时，在评分框内会显示缺参数字样，在不知道发动机比质量的情况下，强制运行本系统，本系统会自动给发动机赋予中等紧凑性参数值，评分值72.5。

为了方便演示，本程序中内置4款汽车的参数，点击程序界面上的汽车就可以自动填写相应汽车的参数，再单击就可以跑分。

在本评价系统内的参数隶属函数的样本均来自于1.8L到2.4L的轿车用发动机，而且在普通版中，程序内置的有效燃油消耗率的计算编程是针对轿车的特点进行计算的，所

第51页 共75页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

以本评价系统只适用于评价1.8L到2.4L的车用汽油发动机，由于SUV的迎风面积比较大，而且四驱的话传动效率也比较低，以至于所得到的其发动机的燃油经济性比实际水平要差，所以会有比较大误差，但是在发动机的动力性和强化程度性上还是可以进行评价的。

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8 结论与展望

8.1 结论

本课题只是为车用汽油机评价提供了一个初步的思路，即尽可能收集相同类型的汽油机样本，用数学分析工具来求得其参数的平均值，样本方差，并以此为依据来确定各个参数的隶属函数，以求得每个参数的对应等级的隶属度。在权重的计算过程中，选用层次分析法，两两比较各个因素的相对重要性，得到判断矩阵，以求得各个因素所对应的权重。

由于本课题选用的样本不是特别多，选择的评价因素也不够多，而且在参差分析法求各因素的权重时，不可避免的带入了一些人为的主观性，因此本评价系统评价的评价只作为一定参考依据，评价结果不具有权威性。

8.2 展望

数据样本越多，隶属函数将越精准，在接下来的评价系统开发中，应该建立一个大型的数据库，对数据库进行分析，以此为依据，确定隶属函数。

权重的确定涉及到评判者对某个因素的重要性判断，评价者的专业素养越高，评价越接近实际情况，专业的评价者越多，越能代表大多数人的判断，所以权重判断矩阵的确定过程中应该更多的征集专家的判断和意见，并进行综合分析。

总的来说，随着科学理论的发展及人们对内燃机性能认识水平的不断深入提高，科学、客观、综合地评价内燃机整体性能的评价体系将日趋完善。

第53页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

参考文献

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[4] Tom murphy．2014 Ward's 10 Best Engines．WardsAuto．2014.

[5] 杜栋等．现代综合评价方法与案例精选[M]．清华大学出版社，2005：9-60. [6] 谢季坚，邓小炎．现代数学方法选讲[M]．北京：高等教育出版社，2003.

[7] 钟诗胜．工程方案设计中的模糊理论与技术[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，

2000.

[8] 马家瑞等．汽车构造（上册）[M]．人民交通出版社，2006：36-39. [9] 张志沛编．发动机原理[M]．人民交通出版社，2003：8-20. [10] 李建秋等．汽车电子学教程[M]．清华大学出版社，2011：67-80.

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Ltd,2002(Second Edition).

[12] 张文．CVVT发动机技术解析及电控系统的故障检修[J]．科技资讯，2012，106. [13] 毛彩云等．汽车发动机性能的模糊综合评价方法[J]．华南农业大学学报，2010，

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[14] 余志生编．汽车理论[M]．机械工业出版社，2009：1-52.

[15] 杨靖，李克．内燃机使用性能评价新方法[J]-客车技术与研究 2003，2(5). [16] 刘钊等．工程机械用发动机动力性能评价指标[J]-长安大学学报：自然科学版 2012，

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[17] 罗朝盛等．Visual Basic 6.0程序设计实用教程[M]．清华大学出版社，2008：1-4. [18] 陈明等．Visual Basic程序设计[M]．清华大学出版社，2006：78-90.

第54页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

致谢

在本课题研究过程中，我遇到了一个又一个棘手的问题，我的导师徐小林老师循循善诱，为我答疑解惑，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我做课题过程中给我极大帮助的各位老师、朋友和同学。

徐老师安排的指导时间合理，每周一上午和周四下午组织大家在汽车教研室答疑，徐老师和蔼可亲，我们提出的每一个问题，他都会比较认真而详细的给我们解答，或者提供一个可行的解决思路，在本课题的每一个章节中，都有和徐老师探讨过的片段。

设计过程中常常会遇到一些疑惑，在与同组同学和朋友的探讨过程中，我得到了不少的启发，收获了不少的东西，让我的设计有了不少的改进。

这次毕业设计让我把大学所学的很多知识回顾了一遍，加深了理解，向实际应用迈出了一大步，并且通过实例的统计，对乘用汽车多了很多的感性认识。

最后感谢学校学院我们这个毕业设计环节，安排老师指导检查并且圆满完成设计。再次感谢我的指导老师徐小林老师。

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附录

附录A 车用汽油机样本统计表

表A1 车用汽油机比质量随机随机样本统计表

型号 SQR484B SQR484FVVT 4G93D 4G93M 4G15T 4G15M 4G15M2 SQRD4S18 SQRE4G18 SQR481FC SQR484F 排量 2 2 1834 1834 1468 1488 1488 1.8 1.8 1.8 2 升功率 63.4 51.8 53.4 54.5 74.9 53.1 55.8 67.8 56 53.8 48.2 质量 152 148 140 140 127 116 116 165 130 160 147

最大功率 125 102 98 100 110 79 83 125 100 97 95 最大扭矩 235 180 162 170 210 134 148 241 180 170 180 比质量 1.22 1.45 1.43 1.4 1.15 1.47 1.4 1.32 1.3 1.65 1.55 第56页 共65页

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表A2 车用汽油机基本参数随机样本统计表

发动机型号 LF PSA RFN 10LH3X LAF N52B30 64KD JLD-4G20 BYD4730QE BYD483QA SQR481FC LFB479Q 4818K1 CA4GC18T CEA B5204T9 CDZ LDK N20B20 LLU N20B20 N20B20 CCU EA888 271820 CGW 排量 最大功率 1999 108 1997 2384 2996 1999 1997 1479 1839 1845 1749 1751 1796 1798 1984 1984 1998 1997 1598 1997 1997 1798 1798 1796 2995 108 137 190 119 104 80 90 97 98 106 137 118 157 132 162 135 135 135 160 118 118 115 213 128 31.2 最大扭矩 环保标准 升功率 183 200 240 310 194 178 145 160 170 168 167 235 250 300 320 350 270 235 270 310 250 250 250 420 242.7 68.5

国4 国4 国4 欧4 国4 国4 国4 国4 国4 国4 国4 国5 国4 国4 国5 国4 国4 国5 国4 国4 国4 国4 国4 国4 54.0 54.1 57.5 63.4 59.5 52.1 54.1 48.9 52.6 56.0 60.5 76.3 65.6 79.1 66.5 81.1 67.6 84.5 67.6 80.1 65.6 65.6 64.0 71.1 64.5 10.2 Xi  i

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表A3 车用汽油机有效燃油消耗率随机样本统计表

车型 比亚迪G3R，2011款 1.8L 自动 尚雅型 宝骏630 12款 手动舒适 帝豪EC7 宝来2013款 1.6L手动 舒适型 福克斯三厢12款1.6手动舒适 荣威350S 13款 1.5L 手动讯捷版 长安逸动 比亚迪速锐1.5L手动舒适版 2014款凯美瑞 骏瑞 2.0S 奥迪A4TFSI手动舒适型(涡轮增压） 东方标准508 2012款2.0L自动智享 奔驰13款C180经典型（涡轮增压） 帕萨特14款自动尊荣版（涡轮增压） 奥迪A6L，14款TFSI基本型（涡轮增压） 宝马5系 14款520Li典雅型（涡轮增压） 宝马5系 14款520Li领先型（涡轮增压） 宝马 14款（自然吸气） 奥迪A8L，2013款 45 TFSI quattro 舒适型 装备质发动机型号 量 1190 1220 1258 1265 1286 1290 1323 1330 1470 1500 1541 1545 1550 1720 1740 1760 1790 2025 BYD483QA L2B JL-4G15 EA111 C6 1.5L Vti-TECH JL478QEA BYD473QE 1AZ-FE CCU PSA RFN 10LH3X 271820 EA888 CDZ N20B20 N20B20 N52B30 CGW 排量 1839 1485 1498 1598 1596 1498 1598 1500 1998 1798 1997 1796 1798 1984 1997 1997 2996 2995 市郊油耗 6.9 5.3 4.7 5.3 4.9 5.8 5.4 5.1 6.3 5.3 6.1 6 5.4 5.4 5.6 5.7 6.6 7.5 有效燃油消耗率b(g/kw*h) 398.6 303.1 265.4 298.6 274.2 324.2 298.6 281.4 332.6 277.3 315.2 309.7 278.3 264.8 273.0 276.4 317.3 338.3

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附录B 车用汽油机整机性能评价系统（专业简洁版）程序完整代码

Private Declare Function ShellExecute Lib \"shell32.dll\" Alias \"ShellExecuteA\" (ByVal hwnd As Long, ByVal lpOperation As String, ByVal lpFile As String, ByVal lpParameters As String, ByVal lpDirectory As String, ByVal nShowCmd As Long) As Long

Public k As Double Private Sub cl_Click() zh.Text = \"\" dl.Text = \"\" jj.Text = \"\" gl.Text = \"\" nj.Text = \"\" sg.Text = \"\" yh.Text = \"\" bz.Text = \"\" pf.Text = \"\" qh.Text = \"\" zl.Text = \"\" k = 0 End Sub

Private Sub gr_Click()

Dim z As Double, q As Double, jc As Double, l As Double, j As Double, a As Double, b As Double, c As Double, d As

Double, e As Double, f As Double

Dim a1 As Double, a2 As Double, a3 As Double, a4 As Double, b1 As Double, b2 As Double, b3 As Double, b4 As Double, c1 As Double, c2 As Double, c3 As Double, c4 As Double, d1 As Double, d2 As Double, d3 As Double, d4 As Double, e1 As Double, e2 As Double, e3 As Double, e4 As Double, f1 As Double, f2 As Double, f3 As Double, f4 As Double, p1 As Double, p2 As Double, p3 As Double, p4 As Double

Dim v As Double, m As Double, qs As Double

a = Val(gl.Text) b = Val(nj.Text) c = Val(sg.Text) d = Val(yh.Text) e = Val(bz.Text) f = Val(pf.Text) If a < 117.6 Then If a > 96.8 Then a4 = (117.6 - a) / 20.8 Else a4 = 1 End If Else

第59页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

a4 = 0 End If

If a <= 96.8 Then a3 = 0 Else

If a <= 138.4 Then If a <= 117.6 Then a3 = (a - 96.8) / 20.8 Else

a3 = (138.4 - a) / 20.8 End If Else a3 = 0 End If End If

If a <= 117.6 Then a2 = 0 Else

If a <= 159.2 Then If a <= 138.4 Then a2 = (a - 117.6) / 20.8 Else

a2 = (159.2 - a) / 20.8 End If Else a2 = 0 End If End If

If a <= 138.4 Then a1 = 0

Else

If a <= 159.2 Then a1 = (a - 138.4) / 20.8 Else a1 = 1 End If End If

If b < 219.9 Then If b > 174.2 Then b4 = (219.9 - b) / 45.7 Else b4 = 1 End If Else b4 = 0 End If

If b <= 174.2 Then b3 = 0 Else

If b <= 265.5 Then If b <= 219.9 Then b3 = (b - 174.2) / 45.7 Else

b3 = (265.5 - b) / 45.7 End If Else b3 = 0 End If End If

If b <= 219.9 Then

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车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

b2 = 0 Else

If b <= 311.2 Then If b <= 265.5 Then b2 = (b - 219.9) / 45.7 Else

b2 = (311.2 - b) / 45.7 End If Else b2 = 0 End If End If

If b <= 265.5 Then b1 = 0 Else

If b <= 311.2 Then b1 = (b - 265.5) / 45.7 Else b1 = 1 End If End If

p1 = 0.6 * a1 + 0.4 * b1 p2 = 0.6 * a2 + 0.4 * b2 p3 = 0.6 * a3 + 0.4 * b3 p4 = 0.6 * a4 + 0.4 * b4

l = 95 * p1 + 80 * p2 + 65 * p3 + 50 * p4

dl.Text = Format(l, \".0\") If c < 61.1 Then If c > 54.3 Then

c4 = (61.1 - c) / 6.8 Else c4 = 1 End If Else c4 = 0 End If

If c <= 54.3 Then c3 = 0 Else

If c <= 67.9 Then If c <= 61.1 Then c3 = (c - 54.3) / 6.8 Else

c3 = (67.9 - c) / 6.8 End If Else c3 = 0 End If End If

If c <= 61.1 Then c2 = 0 Else

If c <= 74.7 Then If c <= 67.9 Then c2 = (c - 61.1) / 6.8 Else

c2 = (74.7 - c) / 6.8 End If Else

第61页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

c2 = 0 End If End If

If c <= 67.9 Then c1 = 0 Else

If c <= 74.7 Then c1 = (c - 67.9) / 6.8 Else c1 = 1 End If End If

q = 95 * c1 + 80 * c2 + 65 * c3 + 50 * c4

qh.Text = Format(q, \".0\") If bz.Text = \"\" Then e = 1.3899 End If

If e < 1.3267 Then If e > 1.2 Then

e1 = (1.3267 - e) / 0.1267 Else e1 = 1 End If Else e1 = 0 End If

If e <= 1.2 Then e2 = 0 Else

If e <= 1.4533 Then If e <= 1.3267 Then e2 = (e - 1.2) / 0.1267 Else

e2 = (1.4533 - e) / 0.1267 End If Else e2 = 0 End If End If

If e <= 1.3267 Then e3 = 0 Else

If e <= 1.58 Then If e <= 1.4533 Then e3 = (e - 1.3267) / 0.1267 Else

e3 = (1.58 - e) / 0.1267 End If Else e3 = 0 End If End If

If e <= 1.4533 Then e4 = 0 Else

If e <= 1.58 Then e4 = (e - 1.4533) / 0.1267 Else e4 = 1

第62页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

End If End If

jc = 95 * e1 + 80 * e2 + 65 * e3 + 50 * If d <= 325 Then If d <= 306.67 Then d3 = (d - 288.33) / 18.33 zl.Text = Format(jc, \".0\") If d < 288.33 Then If d > 270 Then

d1 = (288.33 - d) / 18.33 Else d1 = 1 End If Else d1 = 0 End If

If d <= 270 Then d2 = 0 Else

If d <= 306.67 Then If d <= 288.33 Then d2 = (d - 270) / 18.33 Else

d2 = (306.67 - d) / 18.33 End If Else d2 = 0 End If End If

If d <= 288.33 Then d3 = 0 Else

Else

d3 = (325 - d) / 18.33 End If Else d3 = 0 End If End If

If d <= 306.67 Then d4 = 0 Else

If d <= 325 Then d4 = (d - 306.67) / 18.33 Else d4 = 1 End If End If

j = 95 * d1 + 80 * d2 + 65 * d3 + 50 *

d4

jj.Text = Format(j, \".0\") If pf.Text = \"2\" Then f1 = 0 f2 = 0 f3 = 0 f4 = 1 Else

If pf.Text = \"3\" Then f1 = 0

第63页 共65页

e4

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

f2 = 0 f3 = 1 f4 = 0 Else

If pf.Text = \"4\" Then f1 = 0 f2 = 1 f3 = 0 f4 = 0 Else

If pf.Text = \"5\" Then f1 = 1 f2 = 0 f3 = 0 f4 = 0 End If End If End If End If

z1 = 0.346 * p1 + 0.271 * c1 + 0.22 * d1 + 0.121 * e1 + 0.042 * f1

z2 = 0.346 * p2 + 0.271 * c2 + 0.22 * d2 + 0.121 * e2 + 0.042 * f2

z3 = 0.346 * p3 + 0.271 * c3 + 0.22 * d3 + 0.121 * e3 + 0.042 * f3

z4 = 0.346 * p4 + 0.271 * c4 + 0.22 * d4 + 0.121 * e4 + 0.042 * f4

z = 95 * z1 + 80 * z2 + 65 * z3 + 50 * z4

zh.Text = Format(z, \"0.0\")

If nj.Text = \"\" Then zh.Text = \"缺数据\" dl.Text = \"缺数据\" End If

If sg.Text = \"\" Then qh.Text = \"缺数据\" zh.Text = \"缺数据\" End If

If yh.Text = \"\" Then jj.Text = \"缺数据\" zh.Text = \"缺数据\" End If

If bz.Text = \"\" Then k = k + 1 If k >= 2 Then zl.Text = Format(jc, \".0\") zh.Text = Format(z, \"0.0\") Else

zl.Text = \"缺数据\" zh.Text = \"缺数据\" End If End If

If pf.Text = \"\" Then zh.Text = \"缺数据\" End If

If gl.Text = \"\" Then zh.Text = \"缺数据\" dl.Text = \"缺数据\" End If End Sub

第64页 共65页

车用汽油机的整机性能评价系统的开发设计

Private Sub Label17_Click() ShellExecute hwnd, \"open\

\"http://car.autohome.com.cn/\vbNullString, vbNullString, conSwNormal

End Sub

Private Sub lj_Click() ShellExecute hwnd, \"open\\"http://car.bitauto.com/\vbNullString, conSwNormal

End Sub

第65页 共65页