军用车辆动力使用环境下性能试验评价研究

张志强

(北京汽车研究总院有限公司，北京　101300)



军用车辆动力使用环境下性能试验评价研究

张志强

(北京汽车研究总院有限公司，北京101300)

根据典型使用环境对军用车辆动力性能的影响，构建了其综合评价指标体系及综合模糊评价模型.制定了典型试验剖面及方案，结合实例对高原、高温沙尘、高温高湿、高寒等使用环境、使用性能进行了综合评价.从加强理论方法研究、严格试验考核条件、试验手段建设、试验模式创新等方面，提出了军用车辆动力使用环境综合试验评价发展的思路.

环境试验；使用性能；综合模糊评价

军用车辆动力的使用条件由气候环境条件、行驶的道路及土壤的条件、地形来确定[1]，是气候、地理、外部战场威胁环境和人-机环境的复杂综合，这种综合环境的复杂性、多变性给动力试验评价带来了一定的难度.军用车辆动力环境适应性问题长期困扰着各国军队，由于“三高”地区环境适应性差而造成难以形成战斗力[2]；我国军用车辆动力也存在“三高”环境适应性差影响整车作战性能的问题，究其原因之一是不注重系统综合试验评价.目前，军用车辆动力使用环境试验主要考核单项技术性能和装车行驶适应性，缺乏威胁环境和人—机环境对动力性能的影响评价，从使用角度进行综合评价也没有现成的评价指标参数体系.文中拟通过建立“三高”地区使用环境条件下的军用车辆动力作战使用性能评价指标参数体系和模糊综合评价模型，提高试验评价的系统性和综合性.

1　使用环境对军用车辆动力使用性能的影响

1.1气候环境对动力性能的影响

我国全境气候环境差异大，不同环境对动力提出了特殊要求，如高原地区要求有补偿能力，原因是随海拔增加，功率下降，性能恶化，甚至出现后燃严重等现象；高温沙尘地区要求有高使用寿命，沙尘通过空滤进入缸内加剧磨损，堵塞散热器降低散热效率，易过热；高温高湿地区要求有足够冷却能力，过热会导致机油变质和烧损、零件磨损加剧；近海海域要求好的抗腐蚀能力，盐雾造成电气系统腐蚀导致自动熄火，螺栓锈蚀严重降低维修效率，海上空滤进水导致中冷器结盐使得排温超限而减油保护，散热器表面盐雾导致冷却能力下降使得油、水温升高；高寒地区要求优良冷起动性能，低温导致起动阻力矩大、起动困难、磨损加大、油消增加等，过冷会使燃烧不良、热损失和摩损增加、工作粗暴[1,3].

1.2地理环境对动力性能的影响

地理环境复杂多变，对动力性能的影响主要表现在[1]：

1)作战准备时应有良好的低速起步加速性能及超越障碍能力，即适应性系数高的低速扭矩特性.

2)在越野时基本上在中高速区段运行，要求具有较高的适应性，即较大的扭矩和转速储备系数；在作战中，除集结急行军外，基本上在低速区段运行.据资料统计，以最大、部分负荷以及在制动工况下总的相对工作时间，对于现今的军用车辆相应地约为20%、60%和20%.

3)在野外复杂地形作战时，车辆会经常大角度起伏和倾斜，要求润滑系统仍然有适当的润滑压力、温度和足够的循环油量，保证摩擦表面润滑，以保证动力能在纵坡、侧倾坡极限指标时正常工作.

4)军用车辆经常在尘土较多的越野路面行驶，而且是编队行驶，可能会在很短的时间内导致空气滤清器变脏，使得进入发动机缸内沙尘较多，严重影响其使用可靠性和寿命.

5)在战术机动中，越野路面等复杂环境给动力的振动、载荷输入会影响其使用可靠性和维修性.

1.3威胁环境对动力性能的影响

可能的各种战场威胁环境对动力性能的影响主要表现在[1]：

1)在作战使用中，可在各种不同情况中进行，其中包括各种战场原因导致运转时空气中氧含量降低、高含尘量，光辐射和冲击波的作用等，都会不同程度地影响动力性能和电控系统的故障率等.

2)排气不允许带有可见的碳烟，以降低车辆在战场上被敌方探测发现的概率；红外抑制是指降低排温和热辐射，以降低被敌方通过红外探测发现的概率；振动噪声越小越难被敌方通过声波探测发现.

3)燃油耗尽后军用车辆动力燃用航空煤油、生物柴油等其他燃料，其动力性、经济性等性能均会有不同程度的下降，排气温度升高、高温部件表面温度升高会影响其隐蔽性.

1.4人-机环境对动力性能的影响

人-机环境是指使用操作、维护保养维修等人主观使用操作因素，对动力性能的影响主要表现在：

1)驾驶操作使用排挡比例差异对动力的热负荷影响较大，试验数据表明两名驾驶员驾驶同一辆车在相同的沙漠气温和道路条件下，平均车速相差仅5%，但处于高排温区运行时间分别占2.7%和22.6%，持续时间相差约7.5倍[4].

2)装车试验过程中，由于使用维护保养、检修漏点时操作不当导致辅助系统散热器齿片倒伏，其散热效率降低，使得油水温、排温持续升高，严重影响冷却性能，说明热负荷易受外界条件影响.

2　军用车辆动力使用性能评价指标体系

目前，军用车辆动力使用环境试验主要依据GJB4527《军用越野汽车设计定型试验规程》，随整车进行严寒、高原、热区(沙漠、湿热)等“三高”地区适应性试验，试验总里程为3 000 km，以考核发动机起动、起步、热平衡等单项性能和装车适应性，其评价指标单一、分散.

根据使用环境对军用车辆动力性能的影响，着眼其综合使用性能，遵循综合性、代表性、可信性、独立性和实用性的原则，建立其作战使用性能评价指标体系见图1.

图1　军用车辆动力作战使用性能评价指标体系

1)战斗准备性评价指标

战斗准备性直接影响军用车辆投入战斗的快速性，用战斗准备时间来进行评价，战斗准备时间是指发动机起动时间与发动机自行加温时间的和.起动时间是指开始起动加温至起动成功的时间，包括起动准备时间(包括起动辅助设备准备时间、起动加温时间和进气加热塞预热时间)和起动拖动时间(开始被拖动至起动结束的累计时间)，其中起动加温时间是指发动机的加温装置工作至到其冷却液温度到80℃而关闭加温装置所用的时间.发动机自行加温时间(车辆起车加温时间)是指车辆起动成功后到发动机润滑系统机油温度通过自行加温达到20℃时所用的时间.

2)机动适应性评价指标

机动适应性用车辆加速时间、越野平均速度和通过复杂地形时的润滑油压、温度和足够的循环油量等工作状态参数来进行评价.车辆加速时间反映了动力使用时的瞬态响应性；车辆越野平均速度反映了使用时的快速性及对外部负荷的适应性；通过复杂地形时的润滑油压、温度和足够的循环油量等工作状态参数反映了机动通过时的稳定性，以保证摩擦表面润滑，能在极限纵坡、极限侧倾坡时正常工作.

3)经济性评价指标

经济性用百公里平均燃油消耗量进行评价.

4)战场隐蔽性评价指标

战场隐蔽性可以用排气烟度、排气温度、高温部件(包括增压器、排气歧管、排气管等)表面温度、最大噪声级进行评价.

5)使用可靠性评价指标

使用可靠性是指在规定条件和预定时间内，顺利起动，发出动力并持续工作、安全地完成作战任务而不出现故障的能力，以及一旦工作不正常，实时监控以合理的软件设限、快速响应保护，提高生存能力，防止重大危害发生的能力.使用可靠性可以用平均故障间隔里程和平均任务故障间隔里程进行评价.

6)使用维修性评价指标

使用维修性是指维修简便性，可以用平均维修时间、百公里平均修复性维修工时和整体拆装时间评价.平均维修时间是从维修人员到达战场地进行维修开始计算，当采取换件修复时，统计计算的是故障定位与隔离、拆卸、更换、调整、检验等时间.百公里平均修复性维修工时用来衡量百公里平均修复性维修时间在完成作战任务所需总时间的占比.整体拆装时间用来衡量整体拆装的快速性和方便性.

7)使用维护方便性评价指标

使用维护方便性是指应尽可能简单、方便，如战场上需经常检查、维护的部件应能方便接近，减少拆卸数量，以减轻乘员不必要的体力消耗，一般以定性评价为主.需检查、维护的部件包括加油、水口盖，各管路联接卡箍、螺栓，各粗、精油滤，膨胀水箱，电控盒等.

8)多种燃料适应性评价指标

多种燃料一般仅在缺乏燃料且应急时才使用，多种燃料适应性通常经台架试验验证.可以通过综合对比分析试验功率、燃油消耗率及涡轮后排气温度等定量参数，以确定能够燃用多种燃料.

3　军用车辆动力使用环境试验评价

目前，军用车辆动力使用环境试验评价是通过功率下降百分比等单项指标定量评价与装车试验定性评价相结合，缺乏威胁、人机环境对其性能的影响评价，也没有从作战使用角度对其进行综合评价.

3.1建模分析

3.1.1评价指标权重的定性分析

军用车辆动力使用性能评价指标参数体系是三层次的评价体系，须逐级分配指标参数权重.战斗准备性反映了车辆机动投入战斗时间的长短；机动适应性反映了车辆最主要的机动性能；经济性反映了车辆的作战半径；战场隐蔽性反映了车辆被敌方发现的概率；使用可靠性反映了持续无故障工作能力；使用维修性反映了为保持车辆机动能力所消耗的时间比例；使用维护方便性反映了易接近性；多种燃料适应性反映了战场燃用其他燃料时的性能.其中，机动适应性和使用可靠性权重应是最重要的；多种燃料适应性由于其仅在特殊条件下使用，权重应是最小的.

3.1.2模糊综合评价模型

根据军用车辆动力使用性能评价指标体系，建立使用性能模糊综合评价模型.

1)因素集和评语集的建立

因素集是对评价对象产生影响的所有因素的集合，由于使用性能评价指标参数体系为二层次，即需要建立二级因素集.即A={B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8}，B1={C11}，B2={C21,C22,C23}，B3={C31}，B4={C41,C42,C43,C44}，B5={C51,C52}，B6={C61,C62,C63}，B7={C71}，B8={C81}.

使用性能评价指标评语集可设定为4个等级，用V表示，即V={v1,v2,v3,v4}={好, 较好, 一般, 差}={1, 0.95, 0.9, 0.85}.

使用性能评语集取决于评价指标参数，评语集设定为4个等级，用V表示，V={v1,v2,v3,v4}={好,较好,一般,差}={[1≤v1≤0.95] ,[0.95﹤v2≤0.9] ,[0.9﹤v3﹤0.85] , [v4≤0.85]}.

2)评价指标权重的确定

权重作为评价模型中的一个重要因素，对评价结果有很大的影响.本文采用群组层次分析法，由五名军用车辆动力试验评价方面的专家分别判断，综合合成合理的评价权重.

运用群组层次分析法构造判断矩阵、计算以及进行一致性检验，得出B层8个分因素B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8对使用性能A的影响程度的相对排序权重值为(0.087,0.289,0.087,0.087,0.289,0.087,0.047,0.027).

同理，得出C11对B1的相对排序权重值为(1.000)；C21、C22、C23对B1的相对排序权重值为(0.206,0.655,0.139)；C31对B3的相对排序权重值为(1.000)；C41、C42、C43、C44对B4的相对排序权重值为(0.250,0.250,0.250,0.250)；C51、C52对B5的相对排序权重值为(0.688,0.313)；C61、C62、C63对B6的相对排序权重值为(0.429,0.429,0.143)；C71对B7的相对排序权重值为(1.000)；C81对B8的相对排序权重值为(1.000).

由此，合成计算得出C11、C21、C22、C23、C31、C41、C42、C43、C44、C51、C52、C61、C62、C63、C71、C81对A的总排序权重为(0.087,0.060,0.189,0.040,0.087,0.022,0.022,0.022,0.022,0.200,0.090,0.037,0.037,0.012,0.047,0.027).

3.1.3评价指标参数等级划分与评定

军用车辆动力的使用性能评价指标参数是根据其战术技术指标和使用要求来衡量和评定的，如果无参照指标时，比对俄罗斯等西方军事强国军用车辆动力使用性能指标参数确定，评定可划分4个等级，即{好,较好,一般,差}，采用定量、定性相结合的方法进行评定.

3.2试验方案

3.2.1试验剖面

典型试验剖面见图2，应尽可能多地从实际出发、多种角度涵盖使用性能评价的内容.

图2　军用车辆动力作战使用典型试验剖面

3.2.2试验方案

军用车辆典型试验剖面完成每一循环行驶总里程约160 km[5]，试验设施各通过2次，考核战斗准备性、机动适应性、经济性和战场隐蔽性，使用可靠性、使用维修性统计和使用维护方便性评定贯穿于试验全过程，试验方案见表1.评价指标的试验测试方法依据GJB、GB等试验标准进行；如果没有可参照的试验标准，编制试验指导书经评审后测试获取.

表1　军用车辆动力使用性能试验方案

3.3应用实例分析

按表1制定的试验方案，对某军用车辆动力使用性能进行试验，其中战斗准备时间、机动通过复杂地形时工作状态参数、隐蔽性参数、多种燃料适用性参数等评价指标经编制试验指导书评审后测试，战场上需经常检查、维护的部件使用维护方便性通过定性评估、打分定量评价，其它评价指标参照相关试验标准进行测试，具体试验数据参见试验分析报告.

根据评价指标参数的等级划分与评定，取幂函数经验分布型隶属函数，将某型军用车辆动力试验结果归一化转换为模糊评判结果，得到评判矩阵：

常温平原地区评价指标归一化的模糊评判矩阵R=(0.850,1.000,1.000,1.000,1.000,1.000, 1.000,1.000,1.000,1.000,0.913,0.928,0.858,0.900,0.925,0.900)T.

高原地区评价指标归一化的模糊评判矩阵R=(0.850,0.055,0.920, 1.000,0.904,0.850,0.850,1.000,1.000,0.885,1.000,0.760,1.000,0.900,0.925,0.900)T.

高温沙尘地区评价指标归一化的模糊评判矩阵R=(0.900,1.000,0.880,1.000,0.850,1.000,0.850,1.000,1.000,0.850,0.900,0.760,1.000,0.900,0.925,0.900)T.

高温高湿地区评价指标归一化的模糊评判矩阵R=(0.900,1.000,0.950,1.000,0.968,1.000,0.850,1.000,1.000,1.000,0.950,1.000,1.000,0.900,0.925.900)T.

高寒地区评价指标归一化的模糊评判矩阵R=(0.900,1.000,1.000,1.000,0.968,1.000,1.000,1.000,1.000,0.261,0.900,0.700,0.520,0.900,0.925,0.900)T.

根据模糊综合评价模型，得到某军用车辆动力“三高”地区使用环境试验评价结果见表2.

表2　“三高”地区使用环境试验评价结果

由表2可知，常温平原地区的使用性能为“好”，但更接近于“较好”，可归结为战斗准备性、任务可靠性、维修性及使用维护方便性还有一定差距；高温高湿地区的使用性能综合评分与常温平原地区相当为“好”，可归结为高温高湿环境的影响极小；高原、高温沙尘地区的使用性能为“一般”，可归结为对高海拔低气压环境和高温沙尘环境易敏感；高寒地区的使用性能为“差”，可归结为低温条件下的使用可靠性、维修性还有大的差距.

4　军用车辆动力使用环境试验评价的发展

通过评价发现战斗准备性、使用可靠性、维修性及使用维护方便性还有一定差距，对高海拔、低气压环境和高温沙尘环境易敏感，低温条件下的使用可靠性、维修性差距大，但仍有局限性，因此需改进使用环境条件下的综合试验评价.积极适应作战要求，加强使用环境性能综合试验考核评价，要着眼提高试验考核效果，进一步改进试验评价方法，不断拓展试验评价的深度和广度.

4.1加强理论方法研究，提高试验评价的科学性

国外总结使用环境条件下使用性能失效教训，加强环境试验理论研究，制订了一系列环境试验、运输、储存、适应性与可靠性考核的标准规范，并严格贯彻执行，使战技性能提高[6].一要加强试验方法研究.贴近实战要求，综合分析使用环境，克服片面单项性能指标考核，强调贴近实际使用试验与评价，重视维修性、保障性试验，开展基于系统性能考核的一体化综合试验，规范试验考核方法，科学系统评价综合性能，减少决策风险.二要健全试验标准规范体系.以规范试验项目为突破口，突出试验重点和难点，提高试验效益.建立健全试验考核评价体系，形成标准规范，指导试验规范有序开展.三要科学论证指标，合理安排进度.要正确理解使用环境适应性指标的内涵，通过形成指导试验考核的工作指南，科学谋划指标和进度，做到指标科学、进度安排合理，指导研制试验.

4.2严格试验考核条件，提高试验评价的可信度

严格试验考核条件，做到把关可靠、结论可信.一要规范试验气候环境条件.根据“三高”地区环境变化的特点，选择合理的试验时间节点，贴近实际使用环境，确保军用车辆动力全天候作战能力的发挥.二要规范试验地理环境条件.通过综合分析，选择相似、相近的地理环境，或者设置战术想定，着重对地理环境条件影响较大的机动性能等进行试验考核评价，确保作战能力的发挥.

4.3加强试验手段建设，提高试验鉴定的能力

加强试验手段建设，不断提高试验鉴定的能力.一要加强试验测试手段建设.统筹军用车辆动力系列，认真分析“三高”地区动力试验测试的需求，通过优化整合试验测试手段方法、保障条件等试验资源，加快填补实装试验鉴定测试手段的空白领域，提升获取关键试验数据的能力，提高试验数据的可比性，为推动试验理论和评价方法的发展提供支撑.二要加强试验数据共享平台建设.为满足全寿命、全系统管理要求，要及时反馈试验数据，提高数据共享水平和数据的转化利用率.

4.4加强试验模式创新，提高试验鉴定的水平

加强使用环境试验模式创新，不断提升综合试验鉴定水平.一要实施综合鉴定试验.从方案论证就着手编制综合试验方案，将多阶段鉴定试验看作一个有机联系的整体，规划实施试验室模拟试验与实车使用试验，初样机、正样机鉴定试验和设计定型试验有机结合的综合鉴定试验，严格关键数据的测试过程和条件，通过有效鉴别和评判，实现多源试验数据信息的融合和综合利用，提高试验评估的置信度.二要探索推行长期使用环境试验.借鉴国外先进作法，充分考核长期战场环境适应性和使用可靠性及效率，统筹优化试验，探索推行长期使用环境试验，对试验中发现的TIR进行改进和充分验证.

5　结　论

通过使用环境对军用车辆动力的影响分析及试验评价，气候、地理环境是影响其综合使用性能的主要因素，威胁环境和人-机环境也不可小觑，其使用环境往往是气候环境、地理环境、威胁环境和人-机环境的综合.本文建立的使用性能综合模糊评价模型，与试验结果、主观感受符合性较好.从加强试验理论方法研究、严格试验考核条件、试验手段建设、试验模式创新等方面，提出的军用车辆动力使用环境试验评价发展的思路和方法是具有前瞻性的，能够指导试验评价科学性、可信度水平的提高和试验鉴定能力、水平的提升，以适应未来综合复杂环境作战的要求和部署.

[1]张均享．高机动性运载车辆军用车辆动力[M]．北京：中国科学技术出版社，1998：387-388，516-520.

[2]文邦伟，胥泽奇．外军装备环境适应性典型案例[J]．装备环境工程，2005(2)：83-87.

[3]张纬华，韩志强，窦守健．军用车辆自然环境区划研究[J]．装备环境工程，2005，2(5)：26-32.

[4]ZBD04式履带式步兵战车论文集[C]．北京：中国兵器科学研究院，2008：143.

[5]GJB 1909.7-94．装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求 军用车辆和军用汽车[S]．北京：国防科学技术工业委员会，1994：8-12.

[6]韩志刚．美军战场环境研究与工程的若干特点分析[C]．装备环境工程研讨会论文集，2004：73-78.

Performance Test Evaluation for Military Vehicles in ServiceEnvironment

ZHANG Zhi-qiang

(Beijing Automotive Technology Center，Beijing 101300，China)

According to the influence of the typical service environment on the dynamic performance of the military vehicles, both the synthetic assessment indexes and a comprehensive fuzzy evaluation model were built. The typical testing profiles were determined and a testing plan was formulated. Combined with the practical examples, a comprehensive evaluation on the vehicle performance was carried out in the altitude, hot and sandy, hot and humid, and cold environment. From strengthening the theoretical research, establishing the strict assessment condition, constructing the testing methods and innovating the test modes, several thinkings were put forward of studying the comprehensive testing evaluation for military vehicles.

environment test；service performance；comprehensive fuzzy evaluation

1009-4687(2016)02-0003-06

2016-3-10

张志强(1979-)，男，博士，高级工程师，研究方向为汽车试验、越野汽车性能开发与整车开发项目管理.

TK42

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