基于AHP-TOPSIS的履带式全地形车总体性能指标体系评价分析

成龙

（滁州永强汽车制造有限公司，安徽 滁州 239000）

0　引言

铰接履带式全地形车[1-7]主要用于军事领域，协同坦克等装甲战车遂行战斗任务。其总体性能由履带式车辆工程设计中的众多技术指标组成，这些指标具有各自不同的属性、量纲和取值范围，它们对于车辆总体性能的重要程度也不同，彼此之间又存在着复杂的关系。按照系统论观点，复杂的履带式全地形车总体性能具有分层结构，并且基于车辆系统工程的多属性决策性，本文采用分层分析法[1,8,9]和Topsis法[1,8-11]（逼近于理想值的排序方法）相结合的复合评价法对9款全地形车总体性能指标系统进行评价分析。

1　评价指标体系模型建立

基于分层分析理论（AHP），本文将全地形车总体性能指标体系分为两层结构，指标层2中的技术指标由车辆工程设计标准给定明确的定义、属性、量纲和取值范围，由此向上层递阶综合，形成承载性、动力性、越野通过性、转向灵活性、驱动（制动）稳定性、环保经济性和环境适应性等7项能反映全地形车主要性能的指标层1，对这7项再进行综合，可达到体系最高层。如表1所示为铰接履带式全地形车总体性能评价指标体系模型。

表1　履带式全地形车总体性能评价指标体系模型Tab. 1 Model of overall performance evaluation index system for tracked all-terrain vehicle

2　权重系数确定

根据分层分析理论，首先，需对第一节模型中每一层次因素的相对重要性，依据客观现实的判断给予定量表示，构造出判断矩阵。针对判断矩阵的准则，其中两个因素两两比较哪个重要，重要多少。相对于总目标而言，构造指标层1对总目标的成对比较判断矩阵为：

利用MATLAB软件求出矩阵A的最大特征根及对应于λ的正规化特征向量为：

W的分量W1即是指标层1相应因素单排序的权值[12-14]。同理，可得到指标层2对指标层1各因素的单排序的权值特征向量分别为：

以上权值特征向量都通过一致性检验。最后，通过综合计算各层因素相对重要性的权值，得到指标层2的23个技术指标因素相当于总目标的相对重要性次序的组合权值[15]为：

基于全地形车特殊用途，其突出技术特点是高越野通过性和低接地比压，所以本文将反映其全地形越野通过能力的爬坡度和接地比压两项指标作为其关键性能指标。因此，由上式可以看出，这两项指标的权重较其它性能指标权重占比较大。

3　指标及其参数值确定

本文针对世界主要轻、中型铰接履带式全地形车，选取其中具有代表性的9款车型形成方案集进行总体性能评价，其指标和相应参数值如表2所示。

表2　履带式全地形车总体性能评价指标及参数值Tab. 2 Index and parameter values of overall performance evaluation for tracked all-terrain vehicle

4　基于Topsis法的加权规范化

TOPSIS法[16-22]，即逼近于理想解的方法。 首先，对第3节中的参数值进行趋同化处理，将其中指标参数如接地比压、高宽比、外特性最低油耗等低优指标全部转化为高优指标，方法是取其倒数，适当调整（扩大或缩小一定比例）转化数据。将最低工作温度一项取其绝对值，并将环保标准一项中的参数“欧Ⅰ”用“1”表示，“欧Ⅱ”用“2”表示，以此类推。

第二步，对趋同化数据进行加权规范化处理，设针对全地形车总体性能多属性决策问题的决策矩阵为，则其规范化决策矩阵为再引入第2节的加权量, 构成加权规范决策矩阵D为：

第三步，确定正、负理想解，正理想解D+由决策矩阵D中每行中的最大值构成，负理想解D−由决策矩阵D中每行中的最小值构成，并计算每一个评价对象与D+和D−的Euclid距离，即

最后，计算各评价对象与正理想解的接近程度Cj，即

Cj约接近1，表明评价对象越优。按Cj的大小排序，可以得到评价结果，如表3所示。

表3　铰接履带式全地形车总体性能指标评价结果Tab. 3 Result of overall performance evaluation for tracked all-terrain vehicle

5　复合评价结果分析

依据表3的评价结果可知，9款轻、中型铰接履带式全地形车的总体性能排序为Beowulf＞Bv206＞BvS10＞QC800＞DT-5＞NA140＞Bronco＞JY813＞MSM-2。

其中，BvS10是Bv系列的装甲基型车，由于加装了防护装甲和武器系统，总重较Bv206增大了近4吨，而载重较Bv206却只增大不到1吨，使其整备质量利用系数较Bv206反而降低，并且总重的增大必然导致其接地比压随之增大。由于上述几项重要数据相比Bv206有不同程度的降低，其总体性能评价结果排在Bv206之后。基于此原因，赫格隆公司又在BvS10基型车的基础上进行改进，改进车型载重量达到5.5吨，自重仅增大到10吨左右，质量利用系数提高到55%，而整车尺寸仍保持与基型车同一水平。Beowulf 是基于BvS10平台，整合Bv系列的家族优势研制的最新型车型，它优化了BvS10基型车相比Bv206的劣势性能指标，很好的平衡了机动性、环境适应性和载重之间的平衡关系，使其总体性能明显提升。Bv系列作为全地形车领域的经典车型家族，其整体性能发展水平一直是全地形车领域的风向标。

QC800作为NA140的升级延续版，其总体性能稍高于NA140。勇士DT-5、Bronco-1代基型车和JY813同属5吨系列车型，基于其载重的增大，爬坡度和接地比压两项关键数据相较Bv206和QC800等轻型车有不同程度的降低，另外其转向半径较轻型车也有不同程度的增大。这三款中型车中，勇士DT-5在爬坡能力、侧坡行驶能力和比转矩方面较Bronco-1代基型车和JY813有一定优势，整车总重随比另外两款车大，但其履带宽度和接地长都相应增大，这使DT-5的接地比压也能保持在21Kpa左右，与另外两款车处于同一水平，同时也使其跨壕沟宽度相较增大0.5m。总体来讲，DT-5的越野性能稍高于Bronco-1代基型车和JY813。而JY813是基于Bronco-1代基型车的设计理念设计的国产车型，其各项性能参数参考Bronco-1而定，整体性能稍逊于Bronco-1。MSM-2是基于重型全地形车平台研制的轻型版，轻型车优越的爬坡能力在该车上没有体现，甚至低于大多中型车，而其它参数并没有体现出突出优势，这导致其排名靠后。通过与实际车况比较分析可知，上文的复合评价法的评价结果与实际车况一致，具有合理性和适用性。

6　结语

分层分析法，对于多因素复杂系统而言，它具有思路清晰、方法简便、系统分析性强等特点，运用该方法对全地形车辆复杂工程系统进行分层分析，确定各指标因素对总目标的相对重要性权重系数，并通过一致性检验验证了分层分析的合理性。Topsis法对原始性能指标数据进行同趋化和规范化处理，消除了不同类型指标量纲和数值大小差别对评价结果的影响，对各评价单元的优劣程度进行了定量分析。两种方法的复合运用，使评价结果与实际车况相一致，是一种科学、系统的复合评价方法。

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