重型軍用越野汽車涉水通過性分析

王鳳杰 周廣鳳 蔣鵬鵬

中國重汽集團濟南特種車有限公司 山東濟南 250117

1 前言

重型軍用越野汽車是戰(zhàn)時十分重要的軍隊陸用交通運輸工具，它不僅能及時地向戰(zhàn)區(qū)輸送兵員、軍械、彈藥、油料、醫(yī)藥和生活用品等，而且還可以直接參與戰(zhàn)斗，牽引各種火炮、導彈和火箭等，打擊目標，并機動靈活地進行轉(zhuǎn)移。軍車的活動地域廣闊，不僅在公路或急造土路上行駛，還不可避免地行駛在泥濘、沙灘、雪地、耕地、小河流等無路地段[1]。為適應(yīng)這些苛刻的路面狀況，軍用越野車必須具備特殊的結(jié)構(gòu)，才能達到較高的越野性能，順利通過這些復雜路面。

越野性能是指汽車在復雜路面上的通過能力。這些復雜路面主要包括：凹凸不平的路面、松軟路面、光滑路面、坡度路面、狹窄路面、涉水路面及以上路面的混合型等。其中涉水性能是其中比較重要的一個方面，影響因素主要有：輪胎數(shù)量、花紋及氣壓，驅(qū)動型式、驅(qū)動軸數(shù)，整車的外形尺寸（長、寬、高）、接近角、離去角、軸距、輪距、最小離地間隙、縱向通過角、前懸、后懸等，這些參數(shù)直接或間接的影響到涉水深度這一越野汽車的性能參數(shù)。

2 標準概況

最大涉水深度是指保證不因為水面浸沒車輛某些部分而影響車輛正常運行時，所允許的水面到輪胎下緣的最大高度，即汽車通過的最深水域，通常分無準備和有準備涉水深度。該指標的確定與涉水時水面所浸沒而影響車輛正常運行部分的位置有關(guān)。國內(nèi)外相關(guān)標準對此要求也有所不同。

2.1 美軍標準情況

輕型和中重型未來戰(zhàn)術(shù)機動車輛（FTTS）的指標要求中規(guī)定：涉水性能應(yīng)滿足車輛及其掛車能夠在不需要準備、無需特殊裝備和其他涉水裝備時，在保持車輪與地面接觸的情況下，以前后兩個方向行駛通過深度達1219 mm（限值），或者無論是否使用涉水裝備,其涉水深度的目標值應(yīng)達1524 mm[2]。

2.2 國內(nèi)標準情況

GJB 1380-1992《軍用越野汽車機動性要求》5.7中針對重型車的涉水深要求“軍用越野汽車應(yīng)能順利通過不低于如下水深的水障，各密封件不得有滲水和損壞?！瑿.重型車，1.2m”。

國內(nèi)重型軍用越野車涉水深度通常在1000mm以上，如我國已大批量裝備的重型越野汽車涉水深度為1200mm，5t級4×4、7t級6×6軍用越野汽車涉水深度均大于1200mm，如目前軍隊采購目錄中主要型號ZZ2157、SX2150K、ZZ2197、SX2190N、ND220DF38；15噸級（8×8）重型軍用越野汽車涉水深度大于1200 mm，如JN2300、SX2300等軍用型號車輛；第三代重型高機動越野車要求在有準備或無準備狀態(tài)下最大涉水深度均不小于1500 mm。

3 試驗概況

3.1 國外試驗要求

國外重型軍用越野車以美軍試驗標準為典范，通常進行淺涉渡，其涉水性能主要是由試驗進行評價的，淺涉渡試驗是在水深可調(diào)的、清潔的涉水池中進行，水位應(yīng)為車輛說明書中規(guī)定的最大涉水深度。

3.1.1 試驗準備[2]

a. 執(zhí)行車輛特性、車輛檢查、車輛磨合試驗規(guī)程是進行涉渡試驗的先決條件。對點火系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)、發(fā)電機和電氣系統(tǒng)、門窗密封以及車體上的孔和洞應(yīng)予特別注意；

b. 當車輛發(fā)動機室浸沒之前，發(fā)動機進排氣管導管和通氣管應(yīng)關(guān)閉，發(fā)動機增壓至約0.034 MPa,然后檢查有無滲漏。用肥皂水刷各接頭、接縫和焊接點以查明有無空氣泄漏。對發(fā)電機及其他敏感元件系統(tǒng)應(yīng)予同樣方法檢查；

c. 車輛地板下沉到某一深度時，除了容易進水的部件外，可檢查除地板上的泄漏處。當?shù)匕迓┧?，底艙泵吸入管口必須在水下面，同時檢查泵的作用和排量，檢查防止碎石進入泵吸入管的裝置；更重要的是檢查整個地板，以保證不產(chǎn)生碎石塞泵的現(xiàn)象。

3.1.2 試驗方法

a.緩慢開動車輛浸入水池，檢查有無漏水，并確定發(fā)動機是否啟動穩(wěn)定，若不穩(wěn)定則多啟動幾次；

b.若沒有大量水漏進，則停留在水中15 min，并在此期間倒車出水池至少一次，以保證在各種條件下密封良好，不斷檢查有無泄漏；

c.在鋪砌路或沙石路上對車輛作預熱行駛8 km；

d.在最大涉水深度時，試驗加速至最大可能的安全車速下行駛；

e.上述操作之后，檢查車輛各總成有無進水，然后車輛在鋪砌路或沙石路上變速至最大車速行駛16 km，使車輛干透，并測定正常的作業(yè)[2]。

3.2 國內(nèi)試驗要求

國內(nèi)軍用越野汽車完成設(shè)計定型,需要進行機動性試驗,機動性試驗包含動力性試驗、通過性試驗及續(xù)駛里程，通過性試驗又包含地面通過性（沙地、泥濘地、松軟地面、冰雪地面等）、地形通過性（路溝、壕溝、垂直障礙、凸嶺、彈坑、水槽和其他典型地形等）、最大行駛側(cè)坡、高速通過典型試驗路段性能（越野路、凹凸不平路、山區(qū)公路等），即軍用越野車需要進行通過水槽的地形通過性試驗。

《軍用越野汽車機動性要求》，要求“在測定機動性參數(shù)時，其試驗條件應(yīng)符GB/T 12541”。

3.2.1 涉水池

人工涉水池要求總長不小于80 m，總深不小于1.5 m，總寬不小于5 m，出入池坡度為10%～15%[3]。國內(nèi)某試驗場涉水池全長80 m、寬6 m，水深高度為0.2～2.2 m，墻面及底面采用鋼筋混凝土整體澆筑，如圖1所示。

圖1 涉水池

3.2.2 試驗準備及方法

按對該車的涉水研制技術(shù)要求，檢查調(diào)整車輛的技術(shù)狀況。

在人工涉水池中，汽車全輪驅(qū)動，低擋通過符合設(shè)計任務(wù)書要求水深的水池。測定通過的時間和發(fā)動機出水溫度、機油溫度，觀察駕駛室等處進水及密封情況，試驗往返各一次，用攝像機拍攝通過情況。

試驗結(jié)束后，立即停車熄火，檢查涉水后的密封狀況，如駕駛室、驅(qū)動橋、分動器、橋后橋輪轂等處，5～15 min后，再啟動車輛，觀察車輛各部件（起動機、離合器、電器附件、制動系等）工作是否正常，試驗結(jié)果填入涉水性能試驗報告中[3]。

4 涉水前措施

軍用越野汽車需能橫向通過較小河流的能力即為涉水能力。為了達到足夠大的涉水深度，必須采取相應(yīng)的措施，采用提高一些部件的安裝位置、提高零部件的防水等級等措施。

4.1 發(fā)動機及其附件

根據(jù)整車涉水要求，綜合考慮發(fā)動機在整車上的布置位置，分析涉水線以下零部件對水的適應(yīng)能力及性能影響程度，必要時須采取一定的措施進行防護。

4.1.1 進排氣系統(tǒng)

發(fā)動機進排氣口必須抬高，防止水吸入發(fā)動機造成致命性的損害。

進氣系統(tǒng)進氣道通常布置在駕駛室后或固定支架上的較高位置，空濾器盡量高于涉水深度，管路連接密封良好，如圖3紅色框內(nèi)所示駕駛室后中部黑色圓筒狀空氣濾清器，預濾器進氣口位置抬高。

消聲器的排氣口位置足夠高，消聲器布置在駕駛室后部較高位置，消聲器排氣口離地高度滿足涉水指標要求，如圖3黃色框內(nèi)所示銀色消聲器排氣口，或外加排氣尾管，涉水前進行安裝。

排氣管路需保證密封，不允許漏氣，排氣管法蘭加裝密封墊圈，并用卡箍扎緊；密封墊圈為一次性件，拆卸時必須更換。

圖3 進排氣系統(tǒng)位置示意圖

4.1.2 冷卻及潤滑系統(tǒng)

發(fā)動機如配裝剛性風扇，風扇進入水中仍一直旋轉(zhuǎn)，攪動水增加了風扇的阻力，功率損耗，對發(fā)動機潤滑產(chǎn)生影響，可能會造成低轉(zhuǎn)速熄火。油底殼位于發(fā)動機的底端，隨著涉水深度的增加，油底殼部分或完全沒于水下，隨著涉水深度的增加，高溫潤滑油通過殼壁與水發(fā)生熱交換，潤滑油溫度下降、黏度減小，導致潤滑不良，摩擦損失增加，燃油消耗率增加，同時涉水背壓的增大對發(fā)動機性能劣化作用明顯[4]。

采用電磁離合器風扇，可通過開關(guān)控制風扇暫停運轉(zhuǎn)，滿足整車涉水，同時也可實現(xiàn)快速熱車。

4.1.3 電器系統(tǒng)

發(fā)動機ECU作為整個電控系統(tǒng)的“大腦”，它接收各傳感器實時傳遞的測量信號，經(jīng)過內(nèi)部精確的邏輯控制，輸出信號給執(zhí)行器，控制執(zhí)行器按照設(shè)定指令動作；其中信號傳輸?shù)摹懊浇椤笔前l(fā)動機線束、整車線束、后處理集成線束，線束與傳感器通過接插件進行可靠連接。ECU必須在安裝在涉水線以上，最好放置在駕駛室儀表臺內(nèi)，遠離水源。

發(fā)動機電器件在涉水線以下的開發(fā)防水型部件。例如圖(4a)某款發(fā)動機可選裝的發(fā)電機，在1m水深下可正常工作30 min。圖4(b)為全密封防水起動機，在1m水深下可正常啟動3次，只進行涉水時可滿足50 h的可靠性。發(fā)動機優(yōu)越的涉水性能，可使整車涉水能力達到1.8 m。

圖4 發(fā)電機和起動機示意圖

柴油機ECU通氣孔、廢氣渦輪增壓器通氣孔、燃油壓力平衡孔均布置在涉水線200 mm以上，涉水不影響通氣孔的壓力平衡功能。

柴油機曲軸箱通風采用閉式循環(huán)，通氣管連接在增壓器與空濾器間的擴壓管路上，不受涉水影響。

發(fā)動機涉水線以下的電器接插件防護等級均為IP67以上，滿足涉水要求，例如表1所示某款發(fā)動機相關(guān)插接件。

表 1 某發(fā)動機插接件防水等級

4.1.4 發(fā)動機后處理及油箱

尿素箱蓋空氣閥與外界聯(lián)通，閥布置位置盡量高或用涉水管路連接至高處；油箱油位傳感器通氣管位置也必須高于涉水深度。

4.2 駕駛室

軍用越野車駕駛室通常采用平頭結(jié)構(gòu)，比長頭駕駛室布置定位高，遠離涉水線。將軍選民用駕駛室本體上的涉水線以下及附近的孔洞進行封堵；駕駛室過線盒、車門、發(fā)動機罩、車窗等處做好密封，水浪可沖擊到前擋風玻璃。

4.3 變速箱

涉水時，水不得從變速箱通氣孔、油封、殼體結(jié)合面、倒擋指示燈開關(guān)和換擋軸等部位進入變速箱，其中將通氣孔用塑料管連接，提高通氣口，將其固定在駕駛室后或備胎架等處，通氣孔必須滿足高于涉水深度的要求。

4.4 車橋

車橋主減、輪邊等處密封，各驅(qū)動橋上的通氣孔必須通過涉水管路引至高處。

4.5 制動系統(tǒng)

對于重型越野車匹配提供較大制動力的盤式制動器而言，車輛涉水時會影響整車的制動性能，還可能引起制動盤的開裂，現(xiàn)制動盤主要材質(zhì)為灰鑄鐵，可通過更改材料特性，在灰鐵材料中添加抗裂性能較好的稀有金屬來滿足制動性能要求。

4.6 電器系統(tǒng)

整車線束采用防水絕緣套管，再用PVC膠帶纏繞，線束本身具有一定的防水性能，中間如果有壓接的導線采用防水絕緣套管密封；所有線束的插接件用防水型的插件，末端都采用防水的盲塞密封；選用了質(zhì)量較好的連接器，保證其與電器件的良好接觸，減小了接觸電阻，提高了防水、防塵和抗振動性能，駕駛室外對接的連接器選擇防水型護套。

對于整車控制模塊的防水性能等級，AFC模塊防護等級IP65，后部底盤模塊防護等級IP67；ABS、發(fā)動機ECU等性能要求較高的控制器建議放置在駕駛室內(nèi)部。

前照燈、組合后尾燈、前后霧燈、側(cè)轉(zhuǎn)向燈等燈具做好密封，不得進水，涉水后不得有水霧。

電瓶箱位置布置要盡量高，做必要地密封，避免水進入箱體，淹沒蓄電池極柱，引起短路。

4.7 其他

車輛安裝有集中潤滑系統(tǒng),可避免部件涂抹的潤滑油被水沖刷掉，保證車輛良好潤滑。

5 涉水注意事項

a. 涉水可能會出現(xiàn)“水滑”現(xiàn)象或液面效應(yīng)[2]，在某一特定車速以上會發(fā)生輪胎下方的液體升力與輪胎垂直負荷相等，輪胎被水全浮起來在水面上打滑，使車輛操縱性、制動性和驅(qū)動能力降低，應(yīng)控制車速，避免車輛失去操縱性。

b. 涉水后車輛要進行潤滑。在涉水后，要對所有涉水深度以下的接頭配件進行潤滑，并檢查被水浸沒的前后橋、變速器、分動箱等是否有積水。

c. 每次涉水后注意使制動系統(tǒng)干燥恢復其性能，以保證安全。汽車涉水后，制動效能下降，可邊行駛邊踩制動踏板，注意行車安全，間斷輕踏制動踏板，鼓式制動的制動片與制動鼓之間的水滴就會被摩擦掉，同時摩擦產(chǎn)生的熱量烘干制動鼓，恢復制動。

6 結(jié)語

a. 涉水試驗是檢驗重型軍用越野車涉水通過性的有效手段，分析了國內(nèi)外標準針對涉水方面的要求，國外標準要求相比國內(nèi)要嚴格，建議參照美軍試驗方法完善要求，提高車輛通過性；

b. 通過提高汽車相關(guān)零部件的安裝位置及防水等級、增加系統(tǒng)通氣涉水管路等措施，可通過涉水試驗，提高車輛的涉水性能，為類似車輛提供了一定的解決方案。