基于AHP-TOPSIS的履帶式全地形車總體性能指標體系評價分析

成龍

（滁州永強汽車制造有限公司，安徽 滁州 239000）

0　引言

鉸接履帶式全地形車[1-7]主要用于軍事領域，協(xié)同坦克等裝甲戰(zhàn)車遂行戰(zhàn)斗任務。其總體性能由履帶式車輛工程設計中的眾多技術指標組成，這些指標具有各自不同的屬性、量綱和取值范圍，它們對于車輛總體性能的重要程度也不同，彼此之間又存在著復雜的關系。按照系統(tǒng)論觀點，復雜的履帶式全地形車總體性能具有分層結構，并且基于車輛系統(tǒng)工程的多屬性決策性，本文采用分層分析法[1,8,9]和Topsis法[1,8-11]（逼近于理想值的排序方法）相結合的復合評價法對9款全地形車總體性能指標系統(tǒng)進行評價分析。

1　評價指標體系模型建立

基于分層分析理論（AHP），本文將全地形車總體性能指標體系分為兩層結構，指標層2中的技術指標由車輛工程設計標準給定明確的定義、屬性、量綱和取值范圍，由此向上層遞階綜合，形成承載性、動力性、越野通過性、轉向靈活性、驅動（制動）穩(wěn)定性、環(huán)保經(jīng)濟性和環(huán)境適應性等7項能反映全地形車主要性能的指標層1，對這7項再進行綜合，可達到體系最高層。如表1所示為鉸接履帶式全地形車總體性能評價指標體系模型。

表1　履帶式全地形車總體性能評價指標體系模型Tab. 1 Model of overall performance evaluation index system for tracked all-terrain vehicle

2　權重系數(shù)確定

根據(jù)分層分析理論，首先，需對第一節(jié)模型中每一層次因素的相對重要性，依據(jù)客觀現(xiàn)實的判斷給予定量表示，構造出判斷矩陣。針對判斷矩陣的準則，其中兩個因素兩兩比較哪個重要，重要多少。相對于總目標而言，構造指標層1對總目標的成對比較判斷矩陣為：

利用MATLAB軟件求出矩陣A的最大特征根及對應于λ的正規(guī)化特征向量為：

W的分量W1即是指標層1相應因素單排序的權值[12-14]。同理，可得到指標層2對指標層1各因素的單排序的權值特征向量分別為：

以上權值特征向量都通過一致性檢驗。最后，通過綜合計算各層因素相對重要性的權值，得到指標層2的23個技術指標因素相當于總目標的相對重要性次序的組合權值[15]為：

基于全地形車特殊用途，其突出技術特點是高越野通過性和低接地比壓，所以本文將反映其全地形越野通過能力的爬坡度和接地比壓兩項指標作為其關鍵性能指標。因此，由上式可以看出，這兩項指標的權重較其它性能指標權重占比較大。

3　指標及其參數(shù)值確定

本文針對世界主要輕、中型鉸接履帶式全地形車，選取其中具有代表性的9款車型形成方案集進行總體性能評價，其指標和相應參數(shù)值如表2所示。

表2　履帶式全地形車總體性能評價指標及參數(shù)值Tab. 2 Index and parameter values of overall performance evaluation for tracked all-terrain vehicle

4　基于Topsis法的加權規(guī)范化

TOPSIS法[16-22]，即逼近于理想解的方法。 首先，對第3節(jié)中的參數(shù)值進行趨同化處理，將其中指標參數(shù)如接地比壓、高寬比、外特性最低油耗等低優(yōu)指標全部轉化為高優(yōu)指標，方法是取其倒數(shù)，適當調整（擴大或縮小一定比例）轉化數(shù)據(jù)。將最低工作溫度一項取其絕對值，并將環(huán)保標準一項中的參數(shù)“歐Ⅰ”用“1”表示，“歐Ⅱ”用“2”表示，以此類推。

第二步，對趨同化數(shù)據(jù)進行加權規(guī)范化處理，設針對全地形車總體性能多屬性決策問題的決策矩陣為，則其規(guī)范化決策矩陣為再引入第2節(jié)的加權量, 構成加權規(guī)范決策矩陣D為：

第三步，確定正、負理想解，正理想解D+由決策矩陣D中每行中的最大值構成，負理想解D?由決策矩陣D中每行中的最小值構成，并計算每一個評價對象與D+和D?的Euclid距離，即

最后，計算各評價對象與正理想解的接近程度Cj，即

Cj約接近1，表明評價對象越優(yōu)。按Cj的大小排序，可以得到評價結果，如表3所示。

表3　鉸接履帶式全地形車總體性能指標評價結果Tab. 3 Result of overall performance evaluation for tracked all-terrain vehicle

5　復合評價結果分析

依據(jù)表3的評價結果可知，9款輕、中型鉸接履帶式全地形車的總體性能排序為Beowulf＞Bv206＞BvS10＞QC800＞DT-5＞NA140＞Bronco＞JY813＞MSM-2。

其中，BvS10是Bv系列的裝甲基型車，由于加裝了防護裝甲和武器系統(tǒng)，總重較Bv206增大了近4噸，而載重較Bv206卻只增大不到1噸，使其整備質量利用系數(shù)較Bv206反而降低，并且總重的增大必然導致其接地比壓隨之增大。由于上述幾項重要數(shù)據(jù)相比Bv206有不同程度的降低，其總體性能評價結果排在Bv206之后。基于此原因，赫格隆公司又在BvS10基型車的基礎上進行改進，改進車型載重量達到5.5噸，自重僅增大到10噸左右，質量利用系數(shù)提高到55%，而整車尺寸仍保持與基型車同一水平。Beowulf 是基于BvS10平臺，整合Bv系列的家族優(yōu)勢研制的最新型車型，它優(yōu)化了BvS10基型車相比Bv206的劣勢性能指標，很好的平衡了機動性、環(huán)境適應性和載重之間的平衡關系，使其總體性能明顯提升。Bv系列作為全地形車領域的經(jīng)典車型家族，其整體性能發(fā)展水平一直是全地形車領域的風向標。

QC800作為NA140的升級延續(xù)版，其總體性能稍高于NA140。勇士DT-5、Bronco-1代基型車和JY813同屬5噸系列車型，基于其載重的增大，爬坡度和接地比壓兩項關鍵數(shù)據(jù)相較Bv206和QC800等輕型車有不同程度的降低，另外其轉向半徑較輕型車也有不同程度的增大。這三款中型車中，勇士DT-5在爬坡能力、側坡行駛能力和比轉矩方面較Bronco-1代基型車和JY813有一定優(yōu)勢，整車總重隨比另外兩款車大，但其履帶寬度和接地長都相應增大，這使DT-5的接地比壓也能保持在21Kpa左右，與另外兩款車處于同一水平，同時也使其跨壕溝寬度相較增大0.5m。總體來講，DT-5的越野性能稍高于Bronco-1代基型車和JY813。而JY813是基于Bronco-1代基型車的設計理念設計的國產(chǎn)車型，其各項性能參數(shù)參考Bronco-1而定，整體性能稍遜于Bronco-1。MSM-2是基于重型全地形車平臺研制的輕型版，輕型車優(yōu)越的爬坡能力在該車上沒有體現(xiàn)，甚至低于大多中型車，而其它參數(shù)并沒有體現(xiàn)出突出優(yōu)勢，這導致其排名靠后。通過與實際車況比較分析可知，上文的復合評價法的評價結果與實際車況一致，具有合理性和適用性。

6　結語

分層分析法，對于多因素復雜系統(tǒng)而言，它具有思路清晰、方法簡便、系統(tǒng)分析性強等特點，運用該方法對全地形車輛復雜工程系統(tǒng)進行分層分析，確定各指標因素對總目標的相對重要性權重系數(shù)，并通過一致性檢驗驗證了分層分析的合理性。Topsis法對原始性能指標數(shù)據(jù)進行同趨化和規(guī)范化處理，消除了不同類型指標量綱和數(shù)值大小差別對評價結果的影響，對各評價單元的優(yōu)劣程度進行了定量分析。兩種方法的復合運用，使評價結果與實際車況相一致，是一種科學、系統(tǒng)的復合評價方法。

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