车辆特性的基本要求必须是整备质量小;越野速度快,战场灵活性高;既可以搭载一支武装人员小分队,还能运载武装人员的随身物品、武器弹药、通讯器材及其它特殊装备;能够储备足够的燃油、食物及水,使车辆及人员在野外生存条件下能够维持数天。本文要进行系统选型的是一辆轻型、四轮驱动的混合动力军车。该车辆作为轮式战术车辆,主要用做对敌方重点目标进行快速侦察及实施有效攻击,且具有空运、空投能力。
一、混合动力军车技术
随着混合动力技术在商业上的广泛运用,军队也将此技术逐步引入军用车辆。混合动力技术的运用能给军用车辆带来多方面的利益。因为相对于传统军车,混合动力军车具有以下的优势:
(1)动力性。与传统军车相比,混合动力军车驱动系统输出的强大转矩可以大大提高车辆的加速性能,因为好的车辆加速性不但能保证在瞬息万变的战场形势下不会贻误战机,更对生存能力也大有帮助。同时,由于动力源的增加,混合动力军车的爬坡能力也进一步提高。
(2)可靠性与易维护性。从现有的美国AHEAD8×8的平台实验得知,如果发动机损坏,车辆能够利用存储的能量转移到维修区域;如果电池组的电量被耗光,任何美国未来作战车辆都能够利用“从动钢缆牵引系统”为其提供救援。
如果某混合动力军车有4个装在轮毂内的驱动电机,那么该车辆在柴油机损坏、甚至是部分电动机发生故障的情况下仍可以维持正常行驶,使得车辆在方便的时刻更换损坏的电机。
(3)隐蔽性。混合动力军车与传统军车相比,它所排放烟度的减少和排温的降低,不仅明显降低了车辆排放对空气的污染,更大大降低了车辆的可见特征和红外特征。纯电动模式下,混合动力军车只需借助蓄电池动力前进,此时车辆噪声和热特征几乎消失,不易被敌方红外侦察设备发现,就实现了隐形作战,减少了车辆被敌方追踪和命中的概率。
(4)具有小型移动电站的功能。数字化战场使现代陆军车辆对电力的需求增加,计算机、通信装备、加密系统、显示装置、识别系统和全球定位系统等数字化设备必须随时保持正常的工作状态,以及车辆就地向户外军事医院或电子侦察车提供大功率电能,这些都是传统军车无法实现而野外作战又迫切需要的,然而混合动力军车都能完成,因为在刹车或下坡时,混合动力军车的电动机也可以作为发电使用——把制动时正常损失的能量转换成电能存储,为发动机辅助装置和电发射提供动力。
(5)燃油经济性。据悉,燃油补给占维持一场战斗所需后勤补给总吨位的70%,而如今的混合动力军车能将燃油经济性提高25%以上。首先,它可以保障汽车在一次加油情况下的行驶时间和距离更长,可以减少后勤燃油供给,增大完成任务的可能性;其次,它具有更大的作战行驶半径,而在同样作战行驶半径下车辆如果携带较少的燃油既能减轻战车的战斗全重,又能降低车辆的着火危险性;再次,它还可以节约军费,如在执行同样的侦察使命的情况下,一辆“悍马”越野车需要耗费472kg燃料,而“影子RST-V”只需要200kg燃料,优势非常明显。
(6)其他。与传统军车相比,由于混合动力军车具有多动力源以及制动力回收功能,因此它对发动机的最高功率需求不大,可以减少传统军车的发动机尺寸,从而降低摩擦损失,提高机械效率。
二、混合动力军车的类型及特点
与商用混合动力电动汽车一样,混合动力军车也分为四类:串联式、并联式、混联式和复合式。本文主要考虑串联式和并联式两种电动汽车。
串联式电动汽车,也称为发动机辅助型电动车,它的主要特点是在纯电动模式下,内燃机和发电机一起工作产生所需的电能。并联式电动汽车,也称为电力辅助型燃油车,它的主要特点是内燃机和与变速器相连的电动机都通过各自的驱动轴驱动车轮;故车辆既能机械驱动又能电驱动,也能二者同时作用。对混合动力军车而言,同一型号的车辆,串联式与并联式电动车的主要优缺点如表1所示。

三、混合动力军车系统选型的加权法研究
加权法作为一种评价方法,在混合动力军车系统选型上的运用,能够帮助实现较优系统的确定。
(一)混合动力军车系统选型的加权法
混合动力军车系统选型的加权法是指把参与选型评价的串、并联式电动军车的主要优缺点分成若干类,所有类不管评价内容多少,均按统一记分体系分别记分(如10分制或100分制),并按照各类的内容对选型评价的重要程度,分别赋予各类权重系数(权重系数可由统计均值法、二项系数法、两两比较法、环比评分法、层次分析法等方法确定)。按各类所得的分值,分别乘以各自的权重系数并求和,就可以分别得到串、并联式混合动力军车参与选型评价的结果值,即:

然后,比较串、并联式混合动力军车参与选型评价的结果值的大小,结果值越大,评价值越高。最后,选择对应结果值最大的混合动力系统为最佳混合动力军车系统选型方案。
(二)加权法在串、并联式混合动力军车上的具体应用
由表1知,公式(1)中,n=6;其中,m1为控制系数,m2为电池,m3为能量传递效率,m4为内燃机工作效率,m5为环境污染,m6为其它。
设定mi的记分体系为10分制,
对串联式电动军车而言,m1=5,m2=5,m3=5,m4=7,m5=7,m6=5;
对并联式电动军车而言,m1=5,m2=7,m3=7,m4=7,m5=5,m6=7。
因为军车的两大性能分别是作战性和保障性,即较高的机动性、可靠性与易维护性、隐蔽性等;并且在某种相对意义上,车辆的经济性和环保性几乎不予以考虑。
已知
,根据军车性能比较分析,分别取:k1=0.1,k2=0.2,k3=0.3,k4=0.2,k5=0.1,k6=0.1。
串联式混合动力军车参与选型评价的结果值:将k1=0.1,k2=0.2,k3=0.3,k4=0.2,k5=0.1,k6=0.1;以及串联式电动军车的m1=5,m2=5,m3=5,m4=7,m5=7,m6=5带入公式(1)得:

并联式混合动力军车参与选型评价的结果值:将k1=0.1,k2=0.2,k3=0.3,k4=0.2,k5=0.1,k6=0.1;以及并联式电动军车的m1=5,m2=7,m3=7,m4=5,m5=5,m6=7带入公式(1),得:

因为A1<A2,所以选择并联式混合动力军车作为最终选择方案。
四、结论
尽管在某种程度上而言,通过使用加权法进行系统选型的评定能够得到较优的方案,而且这一点很多时候都得以验证;但是,加权法中类的记分以及权重系数选择却不是很容易,它需要严密的分析来设定,是一项比较困难的过程,仍需完善。
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