中国与美国军用汽车平顺性对比

蒋美华，李慧梅，王国军，贾　楠，陈　欣

(1.军事交通学院 国家应急交通运输装备工程技术研究中心，天津 300161；2.军事交通学院 军用车辆系，天津 300161)



● 车辆工程Vehicle Engineering

中国与美国军用汽车平顺性对比

蒋美华1，李慧梅2，王国军2，贾楠1，陈欣2

(1.军事交通学院 国家应急交通运输装备工程技术研究中心，天津 300161；2.军事交通学院 军用车辆系，天津 300161)

针对我国军用汽车在平顺性评价方面存在的问题，对平顺性的评价方法进行研究。分析了美军汽车平顺性的考核方法和标准；介绍了我军汽车平顺性的考核现状，并与美军进行了对比，指出了我军汽车平顺性评价方法存在的问题；提出了提高我国军用汽车平顺性的改进建议。

军用汽车；平顺性；考核方法；评价指标

平顺性是汽车一项重要的性能，通常是指汽车在不平地面行驶时的缓冲减振性能[1]。其优劣直接影响着车辆最重要的性能——机动性的发挥，同时对动力性、操纵稳定性、通过性、制动性、可靠性、经济性以及车载武器系统性能等都有着重要的影响。而军用汽车和民用汽车由于在任务地域和任务剖面方面有很大的差别，因此，该性能的评价方法也有很大的不同。但长期以来，我军直接采用了民用汽车的考核和评价方法，盲目性较大。

军用轮式战术车辆除了需要在良好的公路上行驶外，经常需要在崎岖不平的道路甚至是无路地面上行驶。当车辆越野行驶时，由于地面不平度的增大，往往使车辆系统的振动加剧。驾驶员可以通过降低车速来缓解振动带来的不利影响，但是，此时车辆的动力性能就无法正常发挥，从而影响到战术车辆最主要的性能——机动性。因此，为了提高军用汽车的机动性能，研究者更加关注的是车辆在各种复杂道路上行驶的极限状态，例如人体最高的容忍极限，并以此来决定车辆所能达到的最佳行驶状态，例如在满足驾驶员安全的条件下的最高越野行驶车速。美军在这方面已经积累了相当成熟的经验，评价指标和考核方法的建立紧密结合军用汽车的战术需求，形成了一套完整的体系。本文从分析美军的相关技术文件入手，找出我军的不足之处，为今后的改进指明努力方向。

1　美军汽车平顺性的技术要求

1.1任务描述

美军在制订某一型号的军用汽车平顺性技术要求之前，都要进行一项非常重要的工作，即任务描述[2]。这种描述是制订包含平顺性要求在内的所有性能要求的基础。

任务描述包含定性描述和定量描述。比如，在哪个地区使用、搭载什么武器、执行哪些典型的任务等采用定性描述，定性描述特别强调军用汽车需在广谱地域和环境下完成多种作战任务的能力；美军某战术车辆在不同工况下行驶的分配比例采取定量描述，其比例大约为：良好的铺装路面30%(路面不平度的有效值(root mean square, RMS)：2.54～7.62 mm)、一般铺装路面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)。

根据任务描述便可制订详细的汽车平顺性的考核工况和指标要求。

表1和表2分别为从美军战术车辆技术要求中摘录的高机动轮式战术车辆的部分考核工况要求[3-4]。考核时，汽车满载，轮胎中央充放气系统处于越野模式下。

表1　高机动车辆通过随机地面的考核工况要求

表2　高机动车辆通过半圆障碍的考核工况要求

1.2考核指标

在考核指标方面，平顺性具体评价指标主要包括在随机地面上行驶平顺性以及在模拟脉冲输入下的行驶平顺性两方面的指标[5]。

在大量试验的基础上，美国认为：对道路行驶的汽车，考虑长时间行驶的舒适性，成员可容忍的吸收功率上限值为0.2～0.3 W，超过该值就会在一定时间后感到不舒适。对于越野汽车，追求高舒适性是不现实的，应更加侧重越野条件下的人体承受能力，所以可容忍的吸收功率上限值为6～10 W。如果吸收功率在0.5～1 W之间，则平顺性最佳。这些数值一般是指较短时间内可容忍的指标。对于较长时间的情况，人体所能容忍的数值的离散度较大。其中一个原因是人体在较长时间内保持一定的姿势时，即使没有振动发生也会疲劳或不舒适。因此，美国认为6 W(相当于加速度均方值为2 m/s2)是越野车在随机地面上行驶的界限值。

在脉冲激励下，人体在汽车行驶时所获得的加速度是造成人体生理损伤的重要因素。为了方便，常将该加速度表示为重力加速度g(9.8 m/s2)的倍数。在静止情况下，人体重力为人体的质量乘以g，所以如果人体所受垂直加速度为n个g的话，也就相当于重量增加(或减少)了n倍。加速度对人体生理的影响还与作用的时间有关，作用时间越短，人体所能承受的加速度越高。作用时间很短，加速度值很高，相当于对人体作用了冲击载荷，这种情况在汽车高速过凸块、紧急加速或减速、悬架被“击穿”等时候会发生。大量试验表明，人体在不同方向承受加速度的能力也是不同的[6]，以下讨论最常见的垂直方向加速度。在短暂的加速时间内，人体组织将可能受到损伤或无法恢复的损坏。最常发生的损伤是挫伤、骨折、软组织破裂以及脑振荡等。在垂直加速度向上时，血液将向下移动，脑部将缺血，加速度超过15g时，将会导致知觉丧失和视觉丧失，如果再持续3 min以上将造成脑部不可恢复的损伤。在垂直加速度向下时，血液将向上移动，造成脑部血液和血压增加，从而引起慌乱、疼痛和出血现象。人体可以承受持续大约30 s的(3～5)g的向下加速度，因此，美国用2.5g作为汽车过凸起时人体承受冲击的评价值[7]。

美军在平顺性的试验方法上也有详细的标准，参见文献[8]。

2　我军汽车平顺性考核现状及主要问题

我国军用汽车平顺性没有专门的军用标准，考核方法主要有国家标准GB/T 5902—1986《汽车平顺性脉冲输入行驶试验方法》、GB/T 4970—1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》以及QC/T 474—1999《客车平顺性评价指标及限值》。尤其是在后一标准中规定了舒适性界限值，如加速度均方值小于0.315 m/s2为舒适，大于1.25 m/s2为不舒适等。然而，该规定只是对在良好道路(B级道路)上长时间行驶的客车平顺性的限值，侧重点是对乘坐舒适性的提高，这对于越野车显然是不合适的。

对比美军相关标准，我军差距显然是巨大的，我军汽车平顺性主要存在以下不足。

(1)对军用车辆平顺性的考核条件(行驶工况)设置不合理。例如，如果按照标准中规定的客车在良好道路上行驶的工况(在B级道路上，以50 km/h车速行驶的工况[9])进行考核，则对军用车辆过于宽松，其原因是没有包含越野行驶工况，这不能不说是重大的缺陷。而美军对平顺性考核规定至少要有两种以上的工况，其中必须有越野行驶工况；尤其对高机动车辆，应该增加D、E级道路上的行驶工况。不仅如此，对各个工况均有严格量化的规定。

(2)对于过凸起的脉冲试验，我国标准中只给出了试验方法，没有给出具体指标的要求[10]。而美军明确要求了所有战术车辆都应进行多种多凸起工况的考核，并提出明确要求：达到的指标数值为2.5g。在具体试验方法上也存在不同：一是我国标准对同一种车辆仅采用单一高度的凸块来进行考核，而美军则设置不同高度的凸块来进行考核，后者考核的工况更加多样，以适应战术车辆在多种复杂道路条件下的行驶要求。二是由于车辆在不同车速下过凸块时的冲击加速度相差甚大。美军对每一种车型和凸块都严格规定了相应的车速，这些车速是经过大量的试验而得到的；我国在这方面还没有一个明确的限值，标准中无论哪一种车型(轿车或货车，越野或非越野)都给出了10～60 km/h的车速范围要求。这说明我国的工况规定较为含糊，考核标准不严格。三是我国采用的凸块为三角型和长坡型两种任选，而两者是有明显差别的。实际试验中由于后者波形复杂，制作繁琐，故多采用三角形凸块；而美军则明确了采用半圆型一种凸块，半圆型凸块与长坡型凸块的效果接近，且制作简单，实用性强，更为重要的是圆形凸块与圆形轮胎之间是点接触，从而使脉冲变窄，更加便于识别和数据提炼。

(3)由于受到民用车辆平顺性考核方法的影响，对军用车辆平顺性考核的作用认识不够。许多人简单地认为平顺性只是一个人机工程问题，并没有同军用车辆最重要的性能——机动性联系起来。这反映在各个车型(包括高机动车型)的研制总要求中。这一认识上的不足，会造成即使采取了先进的悬架系统，也无法科学地评估其给整车性能(尤其是机动性)带来的增强效果。而美军已将平顺性要求作为机动性要求的一部分，不断地通过采用先进的技术(如先进的悬架系统)来提高平顺性，进而获得整车的高机动性能。在分析结果的表述方法上强调舒适性的民用汽车和强调机动性的军用汽车完全不同，详见文献[2]。

(4)在平顺性研究方面，分析手段和方法落后。由于电子技术和计算机技术的应用，美军对平顺性分析模型进行了多年的改进和完善，在美军的许多文件中均要求有模拟仿真(虚拟试验)的分析结果。目前，上述的平顺性模拟考核内容都可以在研制的各个阶段进行分析，虽然最终的考核仍是以整车试验结果为准，但以上的各种高精度、高效率的模拟仿真，大大提高了车辆研制的一次性成功率，减少了研制的成本和周期。目前，在美军各主要军用车辆的试验场均成立了模拟仿真试验中心，为军车研发提供各种服务。而我国在军车的研发中对仿真分析和计算重视不够，看成是可有可无的东西，以至于许多可以预测到的问题都是到最后才暴露出来，从而在研制时间和费用上造成巨大的浪费。

3　提高我国军用汽车平顺性的建议

(1)建立车辆随机道路下乘员可容忍的限值。该限值可以参照美军的6 W吸收功率要求。由于目前我军还没有吸收功率的考核手段，可以暂时沿用加权加速度均方根值来考核。美军6 W吸收功率对应的加权加速度均方根值大约为2 m/s2。经研究[2]，下式可近似计算吸收功率P与加速度均方值aw的关系：

(1)

至于脉冲激励下的评价指标仍可以用加速度来评价，通常采用g的倍数表示。

(2)建立考核平顺性的典型工况。该工况必须有明确的量化规定，主要是道路不平度要求和车速的要求。这些工况中至少要含有一种越野道路行驶的工况，如果按我国目前的道路分类，至少要含有D、E级道路上行驶的工况。试验场要对相应的试验道路进行测试和维护，以便使各次试验结果具有可比性，也为仿真分析提供必要的路谱数据。军车鉴定试验部门应投资建设用于平顺性考核的标准测试路段和相应的测试手段。测试路段应能保证路面不平度符合规定的、稳定的数值范围。

(3)增加军用汽车过凸起的试验内容，过凸起时乘员可容忍的限值建议为2.5g。该试验至少要设置两种以上工况，每种工况规定相应的车速和凸起高度。

(4)美军标准中的一些数据是经过长时间积累得到的，并且也不是一成不变的。例如，在上述试验中，各工况车速的确定不应该是永久性的。建议可以暂时参考美军车辆的要求初步制订一些基础数值。但试验检测部门应建立各种车型的试验结果数据库，不断对相关的数据进行统计和分析，经过积累，可以将一些重要的战技指标要求调整得更加具有针对性、更加合理，从而确定我军战术车辆的战技指标体系，尤其是指标所应达到的门限值。随着技术的进步，这一门限值可以逐渐地提高，以反映车辆机动性水平的提高。

(5)平顺性的考核不应该只是“事后”的整车道路试验结果，在研制过程中的各个阶段，就应该进行平顺性的模拟分析和计算，分析计算的结果要反映在有关的计算说明书中。

4　结　语

对军用汽车平顺性进行全面严格的考核，是提高军用汽车平顺性的重要手段，因此，制订科学合理的军用汽车平顺性考核方法和标准具有重要的意义。我军在这方面缺乏研究和实践积累，可以参照美军的相关标准和试验方法，结合我军具体条件，制订一整套完整的试验考核方法。

[1]余志生.汽车理论[M].5版.北京:机械工业出版社,2009：203-204.

[2]陈欣.战术轮式车辆机动性概论[M].北京:兵器工业出版社,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]高树新,汪立民,谢伯元.军用战术车辆平顺性评价方法及指标限值的研究[J].汽车技术,2008(7):27-30.

[6]穆国宝,何凯欣,李家柱.汽车行驶平顺性评价方法研究及仿真分析[J].汽车科技,2012(1):8-11.

[7]汤爱华,康小鹏,欧健,等.车辆平顺性评价标准适用性分析[J].四川理工学院学报(自然科学版),2011,24(5):530-533.

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

[9]机械工业部.汽车平顺性随机输入行驶试验方法:GB/T 4970—1996[S].北京:国家标准局,1996.

[10]机械工业部.汽车平顺性脉冲输入行驶试验方法:GB/T 5902—1986[S].北京:国家标准局,1986.

(编辑：张峰)

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．

蒋美华(1963—)，女，高级工程师.

10．16807/j.cnki.12-1372/e.2016.07.009

U461.4

A

1674-2192(2016)07- 0039- 04