基于层次分析法的液压驱动战术车辆底盘设计方案优选

王 超，何晓辉，沈新民，刘安心，徐 磊

（陆军工程大学野战工程学院，江苏 南京 210007）

为了进一步提高战术车辆的机动性、能量回收率和越野性能等优点，本文依据项目要求将设计出某型战术车辆三种底盘方案以满足相应军用需求。

1 层次分析法

层次分析法（AHP）是美国国家工程院院士Saaty教授提出的一种多指标决策分析方法。该方法广泛应用于工程、经济、军事、政治、外交等领域，是一种定量分析与定性分析相结合的有效方法[1-2]。层次分析法通过对评价目标进行逐层分解，细化指标，在对相关指标进行评判得分，并乘以相应权数后得出最终结论[3]。该方法计算过程相对简单，对战术车辆底盘设计方案的评价将定量与定性问题相结合，从而得到更为客观、真实的评价结果[4]。

2 液压驱动战术车辆底盘设计方案设计

液压驱动战术车辆可以根据驱动和制动的不同设计出多种方案。每种方案都有自己的特点，根据项目要求和原型车特点，下面给出三种设计方案。

2.1 方案一

在汽车的后桥前部装一个液压泵/马达，并将液压驱动系统布置完整。其基本技术方案见图1.

图1 方案一

液压泵/马达直接驱动后桥工作，并可以由这个液压泵/马达完成常规制动，而前轮的常规制动装置和液压泵/马达则同时完成车辆的紧急制动时[5-6]。本方案对原车底盘改动很小，控制策略较为简单，制动安全性好，但几乎是直接把液压系统加装到底盘上，整车的质量剧增，改装后离地间隙没有改变，没有提高战术车辆的越野性能。

2.2 方案二

在车辆前桥的左右车轮各装一个液压泵/马达，并将液压驱动系统布置完整。其基本技术方案见图2.

图2 方案二

车辆的驱动由这两个液压泵/马达来实现。制动方式与方案一相同。本方案拆除前轮驱动桥及机械传动系统等，相对于方案一减轻了整车整备质量并可以实现差速转向，系统能量损失减小，燃油经济性变好，但相对方案一控制系统难度加大。

2.3 方案三

在车辆的前后左右四个车轮各装一个液压泵/马达，并将液压驱动系统布置完整。基本方案见图3.

图3 方案三

该方案中的四个液压泵/马达可以根据车辆的行驶工况需要同时或单独进行工作。液压系统的四个液压泵/马达实现车辆的驱动和制动。四个液压泵/马达在控制系统控制下可以单独或同时工作，因此，该种方案可以很大程度上提高车辆的操纵稳定性和通过性。由于采用了四个液压泵/马达，在相对于采用两个变量液压泵/马达的车辆来说，其排量可以降低一倍。这样可以减小体积，方便其在车辆上的安装布置[7-8]。燃油经济性得到了很大的提升。但每个车轮上都装了一个变量液压泵/马达，这使车辆的造价较高，且需要专门的轮边马达。整车控制系统也变得十分复杂。

3 底盘最优设计方案的AHP决策过程

3.1 最优设计方案AHP模型的建立

层级结构的最高层为决策目标即底盘最优设计方案。第二层为准则层，这一层包含了机动灵活性、操纵控制性和燃油经济性，它们是实现最佳设计方案所涉及的评价准则和影响评价的因素。它们还可以包含若干子准则层，机动灵活性可分解为体积、整备质量、离地间隙和差速转向四个子准则，操纵控制性可分解为能源管理系统控制、驱动系统控制、传动系统控制和制动安全性四个子准则，燃油经济性可分解为传动系统总效率、能量利用率、制动能的回收再利用效率和系统能量损失四个子准则。第三层为方案层，此层为实现最理想结果提供可选择的不同方案。递阶层次结构中的层数由所评价方案的复杂程度决定，越复杂的方案层次也越多；但是为了避免运算的困难，一般每一层次中，各元素所支配的子元素不超过9个。见图4.

图4 最优设计方案AHP模型

3.2 最优设计方案判断矩阵分析

结合该战术车辆的实际需求根据专家意见和行业经验，对机动灵活性、操纵控制性和燃油经济性三个准则进行两两比较来打分。为了使判断定量化，一般采用1-9比例标度法[9]，一级判别矩阵如表1.

表1 第一层指标判别矩阵

λmax为矩阵的最大特征值，CI和CR分别为判断矩阵一致性指标和随机一致性比率。RI可通过矩阵判断随机一致性指标表查出[10]。经过计算，该矩阵满足一致性检验。

3.3 二级指标组合权重计算及一致性检验

根据以上的步骤同理计算出各基层因素在相应准则中的权重，见表2~4.

表2 机动灵活性有关指标判别矩阵

表3 操纵控制性有关指标判别矩阵

表4 燃油经济性有关指标判别矩阵

以上各判别矩阵均通过一致性检验，因此，比较矩阵有效。

3.4 指标项组合权重

当一级指标和二级指标的权重系数求出后，即可得到各指标的组合权重，将其进行排序，如表5所示。

表5 目标权重计算及排序

3.5 最优设计方案选择

邀请专家评价打分，通过计算得出各方案的最终综合分数，选出最优方案，见表6，方案三得分最高，为83.882分，方案二次之，为82.089分，方案一得分最低，为75.153分。由此可知方案三为最佳方案。

表6 底盘设计方案评价结果

4 结论

基于层次分析法模型，对液压驱动战术车辆底盘设计方案进行了优化选择。在本文研究中可以得出以下结论：

（1）方案一由于液压马达与车桥相连，所以无差速转向，整车质量和体积很大但控制简单、制动安全性较好。

（2）方案二体积质量相对于方案一较小，且燃油经济性四项均高于方案一，控制难度也比方案三低，但没有解决离地间隙问题，不能满足战术车辆越野性能。

（3）方案三在三个方案中燃油经济性四项最好，且拆除了所有车桥，大幅度提升了离地间隙，满足战术车辆越野性能。

（4）根据层次分析法模型对三种方案评价最终得分分别为75.153、82.089和83.882分，这表明方案三是液压驱动战术车辆底盘设计方案的最佳选择。

[1]张国方，孙翠伟.基于层次分析法对我国电动汽车市场的研究[J].上海汽车，2010（11）：35-37.

[2]康 辉，赵凯勋.基于层次分析法的汽车设计方案评价模型[J].包装工程，2014（22）：53-57.

[3]刘 江.基于层次分析法的企业运输方式的选择——层次分析法在瓦格纳公司运输方式选择上的运用[D].北京：对外经济贸易大学，2006.

[4]谢迪凡，熊 璐.基于层次分析法的新能源汽车驱动技术评估[J].上海汽车，2012（12）：38-42.

[5]李翔晟，常思勤.新型电控液驱车辆传动系统特性及匹配研究[J].机床与液压，2006（5）：105-107.

[6]常思勤，易 纲.一种新型电控液驱车辆的性能仿真与分析[J].南京理工大学学报（自然科学版），2004，28（2）：169-173.

[7]袁 兴，吴 宪.汽车底盘智能化总布置及其关键技术[J].中国科技信息，2006（5）：62-63.

[8]张庆永，常思勤.液驱混合动力车辆液压系统设计及性能分析[J].拖拉机与农用运输车，2010，37（1）：62-65.

[9]刘 方.基于层次分析法的河道治理方案优选[D].天津：天津大学，2012.

[10]王承宽.层次分析法在选择新校址上的应用[J].人口与社会，2002，18（2）：40-42.