中國與美國軍用汽車平順性對比

蔣美華，李慧梅，王國軍，賈　楠，陳　欣

(1.軍事交通學(xué)院 國家應(yīng)急交通運輸裝備工程技術(shù)研究中心，天津 300161；2.軍事交通學(xué)院 軍用車輛系，天津 300161)

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● 車輛工程Vehicle Engineering

中國與美國軍用汽車平順性對比

蔣美華1，李慧梅2，王國軍2，賈楠1，陳欣2

(1.軍事交通學(xué)院 國家應(yīng)急交通運輸裝備工程技術(shù)研究中心，天津 300161；2.軍事交通學(xué)院 軍用車輛系，天津 300161)

針對我國軍用汽車在平順性評價方面存在的問題，對平順性的評價方法進行研究。分析了美軍汽車平順性的考核方法和標(biāo)準(zhǔn)；介紹了我軍汽車平順性的考核現(xiàn)狀，并與美軍進行了對比，指出了我軍汽車平順性評價方法存在的問題；提出了提高我國軍用汽車平順性的改進建議。

軍用汽車；平順性；考核方法；評價指標(biāo)

平順性是汽車一項重要的性能，通常是指汽車在不平地面行駛時的緩沖減振性能[1]。其優(yōu)劣直接影響著車輛最重要的性能——機動性的發(fā)揮，同時對動力性、操縱穩(wěn)定性、通過性、制動性、可靠性、經(jīng)濟性以及車載武器系統(tǒng)性能等都有著重要的影響。而軍用汽車和民用汽車由于在任務(wù)地域和任務(wù)剖面方面有很大的差別，因此，該性能的評價方法也有很大的不同。但長期以來，我軍直接采用了民用汽車的考核和評價方法，盲目性較大。

軍用輪式戰(zhàn)術(shù)車輛除了需要在良好的公路上行駛外，經(jīng)常需要在崎嶇不平的道路甚至是無路地面上行駛。當(dāng)車輛越野行駛時，由于地面不平度的增大，往往使車輛系統(tǒng)的振動加劇。駕駛員可以通過降低車速來緩解振動帶來的不利影響，但是，此時車輛的動力性能就無法正常發(fā)揮，從而影響到戰(zhàn)術(shù)車輛最主要的性能——機動性。因此，為了提高軍用汽車的機動性能，研究者更加關(guān)注的是車輛在各種復(fù)雜道路上行駛的極限狀態(tài)，例如人體最高的容忍極限，并以此來決定車輛所能達到的最佳行駛狀態(tài)，例如在滿足駕駛員安全的條件下的最高越野行駛車速。美軍在這方面已經(jīng)積累了相當(dāng)成熟的經(jīng)驗，評價指標(biāo)和考核方法的建立緊密結(jié)合軍用汽車的戰(zhàn)術(shù)需求，形成了一套完整的體系。本文從分析美軍的相關(guān)技術(shù)文件入手，找出我軍的不足之處，為今后的改進指明努力方向。

1　美軍汽車平順性的技術(shù)要求

1.1任務(wù)描述

美軍在制訂某一型號的軍用汽車平順性技術(shù)要求之前，都要進行一項非常重要的工作，即任務(wù)描述[2]。這種描述是制訂包含平順性要求在內(nèi)的所有性能要求的基礎(chǔ)。

任務(wù)描述包含定性描述和定量描述。比如，在哪個地區(qū)使用、搭載什么武器、執(zhí)行哪些典型的任務(wù)等采用定性描述，定性描述特別強調(diào)軍用汽車需在廣譜地域和環(huán)境下完成多種作戰(zhàn)任務(wù)的能力；美軍某戰(zhàn)術(shù)車輛在不同工況下行駛的分配比例采取定量描述，其比例大約為：良好的鋪裝路面30%(路面不平度的有效值(root mean square, RMS)：2.54～7.62 mm)、一般鋪裝路面30%(RMS：7.62～25.4 mm)、便道和越野地面40%(其中便道的RMS：25.4～86.36 mm；越野地面的RMS：38.1～122 mm)。

根據(jù)任務(wù)描述便可制訂詳細(xì)的汽車平順性的考核工況和指標(biāo)要求。

表1和表2分別為從美軍戰(zhàn)術(shù)車輛技術(shù)要求中摘錄的高機動輪式戰(zhàn)術(shù)車輛的部分考核工況要求[3-4]。考核時，汽車滿載，輪胎中央充放氣系統(tǒng)處于越野模式下。

表1　高機動車輛通過隨機地面的考核工況要求

表2　高機動車輛通過半圓障礙的考核工況要求

1.2考核指標(biāo)

在考核指標(biāo)方面，平順性具體評價指標(biāo)主要包括在隨機地面上行駛平順性以及在模擬脈沖輸入下的行駛平順性兩方面的指標(biāo)[5]。

在大量試驗的基礎(chǔ)上，美國認(rèn)為：對道路行駛的汽車，考慮長時間行駛的舒適性，成員可容忍的吸收功率上限值為0.2～0.3 W，超過該值就會在一定時間后感到不舒適。對于越野汽車，追求高舒適性是不現(xiàn)實的，應(yīng)更加側(cè)重越野條件下的人體承受能力，所以可容忍的吸收功率上限值為6～10 W。如果吸收功率在0.5～1 W之間，則平順性最佳。這些數(shù)值一般是指較短時間內(nèi)可容忍的指標(biāo)。對于較長時間的情況，人體所能容忍的數(shù)值的離散度較大。其中一個原因是人體在較長時間內(nèi)保持一定的姿勢時，即使沒有振動發(fā)生也會疲勞或不舒適。因此，美國認(rèn)為6 W(相當(dāng)于加速度均方值為2 m/s2)是越野車在隨機地面上行駛的界限值。

在脈沖激勵下，人體在汽車行駛時所獲得的加速度是造成人體生理損傷的重要因素。為了方便，常將該加速度表示為重力加速度g(9.8 m/s2)的倍數(shù)。在靜止情況下，人體重力為人體的質(zhì)量乘以g，所以如果人體所受垂直加速度為n個g的話，也就相當(dāng)于重量增加(或減少)了n倍。加速度對人體生理的影響還與作用的時間有關(guān)，作用時間越短，人體所能承受的加速度越高。作用時間很短，加速度值很高，相當(dāng)于對人體作用了沖擊載荷，這種情況在汽車高速過凸塊、緊急加速或減速、懸架被“擊穿”等時候會發(fā)生。大量試驗表明，人體在不同方向承受加速度的能力也是不同的[6]，以下討論最常見的垂直方向加速度。在短暫的加速時間內(nèi)，人體組織將可能受到損傷或無法恢復(fù)的損壞。最常發(fā)生的損傷是挫傷、骨折、軟組織破裂以及腦振蕩等。在垂直加速度向上時，血液將向下移動，腦部將缺血，加速度超過15g時，將會導(dǎo)致知覺喪失和視覺喪失，如果再持續(xù)3 min以上將造成腦部不可恢復(fù)的損傷。在垂直加速度向下時，血液將向上移動，造成腦部血液和血壓增加，從而引起慌亂、疼痛和出血現(xiàn)象。人體可以承受持續(xù)大約30 s的(3～5)g的向下加速度，因此，美國用2.5g作為汽車過凸起時人體承受沖擊的評價值[7]。

美軍在平順性的試驗方法上也有詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)，參見文獻[8]。

2　我軍汽車平順性考核現(xiàn)狀及主要問題

我國軍用汽車平順性沒有專門的軍用標(biāo)準(zhǔn)，考核方法主要有國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5902—1986《汽車平順性脈沖輸入行駛試驗方法》、GB/T 4970—1996《汽車平順性隨機輸入行駛試驗方法》以及QC/T 474—1999《客車平順性評價指標(biāo)及限值》。尤其是在后一標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了舒適性界限值，如加速度均方值小于0.315 m/s2為舒適，大于1.25 m/s2為不舒適等。然而，該規(guī)定只是對在良好道路(B級道路)上長時間行駛的客車平順性的限值，側(cè)重點是對乘坐舒適性的提高，這對于越野車顯然是不合適的。

對比美軍相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，我軍差距顯然是巨大的，我軍汽車平順性主要存在以下不足。

(1)對軍用車輛平順性的考核條件(行駛工況)設(shè)置不合理。例如，如果按照標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的客車在良好道路上行駛的工況(在B級道路上，以50 km/h車速行駛的工況[9])進行考核，則對軍用車輛過于寬松，其原因是沒有包含越野行駛工況，這不能不說是重大的缺陷。而美軍對平順性考核規(guī)定至少要有兩種以上的工況，其中必須有越野行駛工況；尤其對高機動車輛，應(yīng)該增加D、E級道路上的行駛工況。不僅如此，對各個工況均有嚴(yán)格量化的規(guī)定。

(2)對于過凸起的脈沖試驗，我國標(biāo)準(zhǔn)中只給出了試驗方法，沒有給出具體指標(biāo)的要求[10]。而美軍明確要求了所有戰(zhàn)術(shù)車輛都應(yīng)進行多種多凸起工況的考核，并提出明確要求：達到的指標(biāo)數(shù)值為2.5g。在具體試驗方法上也存在不同：一是我國標(biāo)準(zhǔn)對同一種車輛僅采用單一高度的凸塊來進行考核，而美軍則設(shè)置不同高度的凸塊來進行考核，后者考核的工況更加多樣，以適應(yīng)戰(zhàn)術(shù)車輛在多種復(fù)雜道路條件下的行駛要求。二是由于車輛在不同車速下過凸塊時的沖擊加速度相差甚大。美軍對每一種車型和凸塊都嚴(yán)格規(guī)定了相應(yīng)的車速，這些車速是經(jīng)過大量的試驗而得到的；我國在這方面還沒有一個明確的限值，標(biāo)準(zhǔn)中無論哪一種車型(轎車或貨車，越野或非越野)都給出了10～60 km/h的車速范圍要求。這說明我國的工況規(guī)定較為含糊，考核標(biāo)準(zhǔn)不嚴(yán)格。三是我國采用的凸塊為三角型和長坡型兩種任選，而兩者是有明顯差別的。實際試驗中由于后者波形復(fù)雜，制作繁瑣，故多采用三角形凸塊；而美軍則明確了采用半圓型一種凸塊，半圓型凸塊與長坡型凸塊的效果接近，且制作簡單，實用性強，更為重要的是圓形凸塊與圓形輪胎之間是點接觸，從而使脈沖變窄，更加便于識別和數(shù)據(jù)提煉。

(3)由于受到民用車輛平順性考核方法的影響，對軍用車輛平順性考核的作用認(rèn)識不夠。許多人簡單地認(rèn)為平順性只是一個人機工程問題，并沒有同軍用車輛最重要的性能——機動性聯(lián)系起來。這反映在各個車型(包括高機動車型)的研制總要求中。這一認(rèn)識上的不足，會造成即使采取了先進的懸架系統(tǒng)，也無法科學(xué)地評估其給整車性能(尤其是機動性)帶來的增強效果。而美軍已將平順性要求作為機動性要求的一部分，不斷地通過采用先進的技術(shù)(如先進的懸架系統(tǒng))來提高平順性，進而獲得整車的高機動性能。在分析結(jié)果的表述方法上強調(diào)舒適性的民用汽車和強調(diào)機動性的軍用汽車完全不同，詳見文獻[2]。

(4)在平順性研究方面，分析手段和方法落后。由于電子技術(shù)和計算機技術(shù)的應(yīng)用，美軍對平順性分析模型進行了多年的改進和完善，在美軍的許多文件中均要求有模擬仿真(虛擬試驗)的分析結(jié)果。目前，上述的平順性模擬考核內(nèi)容都可以在研制的各個階段進行分析，雖然最終的考核仍是以整車試驗結(jié)果為準(zhǔn)，但以上的各種高精度、高效率的模擬仿真，大大提高了車輛研制的一次性成功率，減少了研制的成本和周期。目前，在美軍各主要軍用車輛的試驗場均成立了模擬仿真試驗中心，為軍車研發(fā)提供各種服務(wù)。而我國在軍車的研發(fā)中對仿真分析和計算重視不夠，看成是可有可無的東西，以至于許多可以預(yù)測到的問題都是到最后才暴露出來，從而在研制時間和費用上造成巨大的浪費。

3　提高我國軍用汽車平順性的建議

(1)建立車輛隨機道路下乘員可容忍的限值。該限值可以參照美軍的6 W吸收功率要求。由于目前我軍還沒有吸收功率的考核手段，可以暫時沿用加權(quán)加速度均方根值來考核。美軍6 W吸收功率對應(yīng)的加權(quán)加速度均方根值大約為2 m/s2。經(jīng)研究[2]，下式可近似計算吸收功率P與加速度均方值aw的關(guān)系：

(1)

至于脈沖激勵下的評價指標(biāo)仍可以用加速度來評價，通常采用g的倍數(shù)表示。

(2)建立考核平順性的典型工況。該工況必須有明確的量化規(guī)定，主要是道路不平度要求和車速的要求。這些工況中至少要含有一種越野道路行駛的工況，如果按我國目前的道路分類，至少要含有D、E級道路上行駛的工況。試驗場要對相應(yīng)的試驗道路進行測試和維護，以便使各次試驗結(jié)果具有可比性，也為仿真分析提供必要的路譜數(shù)據(jù)。軍車鑒定試驗部門應(yīng)投資建設(shè)用于平順性考核的標(biāo)準(zhǔn)測試路段和相應(yīng)的測試手段。測試路段應(yīng)能保證路面不平度符合規(guī)定的、穩(wěn)定的數(shù)值范圍。

(3)增加軍用汽車過凸起的試驗內(nèi)容，過凸起時乘員可容忍的限值建議為2.5g。該試驗至少要設(shè)置兩種以上工況，每種工況規(guī)定相應(yīng)的車速和凸起高度。

(4)美軍標(biāo)準(zhǔn)中的一些數(shù)據(jù)是經(jīng)過長時間積累得到的，并且也不是一成不變的。例如，在上述試驗中，各工況車速的確定不應(yīng)該是永久性的。建議可以暫時參考美軍車輛的要求初步制訂一些基礎(chǔ)數(shù)值。但試驗檢測部門應(yīng)建立各種車型的試驗結(jié)果數(shù)據(jù)庫，不斷對相關(guān)的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，經(jīng)過積累，可以將一些重要的戰(zhàn)技指標(biāo)要求調(diào)整得更加具有針對性、更加合理，從而確定我軍戰(zhàn)術(shù)車輛的戰(zhàn)技指標(biāo)體系，尤其是指標(biāo)所應(yīng)達到的門限值。隨著技術(shù)的進步，這一門限值可以逐漸地提高，以反映車輛機動性水平的提高。

(5)平順性的考核不應(yīng)該只是“事后”的整車道路試驗結(jié)果，在研制過程中的各個階段，就應(yīng)該進行平順性的模擬分析和計算，分析計算的結(jié)果要反映在有關(guān)的計算說明書中。

4　結(jié)　語

對軍用汽車平順性進行全面嚴(yán)格的考核，是提高軍用汽車平順性的重要手段，因此，制訂科學(xué)合理的軍用汽車平順性考核方法和標(biāo)準(zhǔn)具有重要的意義。我軍在這方面缺乏研究和實踐積累，可以參照美軍的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和試驗方法，結(jié)合我軍具體條件，制訂一整套完整的試驗考核方法。

[1]余志生.汽車?yán)碚揫M].5版.北京:機械工業(yè)出版社,2009：203-204.

[2]陳欣.戰(zhàn)術(shù)輪式車輛機動性概論[M].北京:兵器工業(yè)出版社,2012：232-238.

[3]U．S．Army.Future Tactical Truck Systems Utility Vehicle(FTTS UV) Performance Specification[R]．Washington:2004.[4]U．S．Army.Future Tactical Truck Systems Maneuver Sustainment Vehicle (FTTS MSV)Performance Specification[R]．Washington:2004.

[5]高樹新,汪立民,謝伯元.軍用戰(zhàn)術(shù)車輛平順性評價方法及指標(biāo)限值的研究[J].汽車技術(shù),2008(7):27-30.

[6]穆國寶,何凱欣,李家柱.汽車行駛平順性評價方法研究及仿真分析[J].汽車科技,2012(1):8-11.

[7]湯愛華,康小鵬,歐健,等.車輛平順性評價標(biāo)準(zhǔn)適用性分析[J].四川理工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2011,24(5):530-533.

[8]U.S.Army．Test and Evalution Command Text Operation Procedure[S].Washington:2011.

[9]機械工業(yè)部.汽車平順性隨機輸入行駛試驗方法:GB/T 4970—1996[S].北京:國家標(biāo)準(zhǔn)局,1996.

[10]機械工業(yè)部.汽車平順性脈沖輸入行駛試驗方法:GB/T 5902—1986[S].北京:國家標(biāo)準(zhǔn)局,1986.

(編輯：張峰)

Comparison of Military Vehicle Ride Performance between China and the United States

JIANG Meihua1, LI Huimei2, WANG Guojun2, JIA Nan1, CHEN Xin2

(1.National Emergency Transportation Equipment Engineering Technology Research Center,Military Transportation University, Tianjin 300161, China; 2.Military Vehicle Department, Military Transportation University, Tianjin 300161, China)

To address the problems that exist in the ride performance of military vehicles in China, this paper studies the evaluating methods of ride performance. Firstly, assessing methods and standards of military vehicle ride performance in the United States are analyzed. Then, the present situation in China is introduced. A comparison is made between our country and the United States in this respect and the problems we face are pointed out. Finally, suggestions are presented as to how to improve the ride performance of military vehicles in our country.

military vehicle; ride performance; assessment method; evaluation index

2016-04-07；

2016-05-13．

蔣美華(1963—)，女，高級工程師.

10．16807/j.cnki.12-1372/e.2016.07.009

U461.4

A

1674-2192(2016)07- 0039- 04