李田科，李　伟，沙卫晓，于仕财

(中国人民解放军91980部队，山东 烟台　264000； 2.海军航空工程学院 电子信息工程系，山东 烟台　264000)



战车车速规划与底盘安全监测系统

李田科1，李伟1，沙卫晓1，于仕财2

(中国人民解放军91980部队，山东 烟台264000； 2.海军航空工程学院 电子信息工程系，山东 烟台264000)

为满足编队行军时的车速规划和安全需求，构建基于数据实时监测的战车行军车速规划和底盘故障预警决策支持系统；通过分析系统目标和内容，制定总体结构及技术框架，优化系统监测参数及手段，建立系统模型；该系统可借助数据处理技术实时给出最优行军车速建议和底盘故障预警、报警信息，可提高车队机动能力、行军安全性和战斗力。

战车；车速规划；安全监测

本文引用格式：李田科，李伟，沙卫晓，等.战车车速规划与底盘安全监测系统[J].兵器装备工程学报，2016(8):20-22.

战车底盘主要实现战车越野机动功能。目前，战车编队机动行军时主要有两方面问题，一是车速超过60 km/h速度行军时需反复检测一些部位(分动器、主减速器、轮边减速器、转向油箱等)温度和压力(胎压、制动总缸出口压力等)，防止温度过高或压力超差导致装备损坏或出现安全事故。二是驾驶室仪表盘显示了大量监测信息(缸头温度、机油温度、机油压力、转速表、液力油温表、燃油油量表等)，驾驶员在行军中需集中精力专注驾驶，无法准确及时观察到大量的异常信息。每次战车编队行军时，需根据经验值决定车速，行军中反复停车用红外测温仪检查各部位温度，编队每次停车检查温度、继续行军过程至少需要30 min，行军中耗费大量时间，导致贻误战机，而且行军过程中涉及安全的胎压和制动总缸出口压力等信息也需要实时掌握，否则易出现安全问题。

战车行军车速规划与底盘安全监测系统通过对各部位加装温度和压力传感器，采集各部位数据，并结合以往历史数据进行综合处理，采用智能推理算法规划出最优行军车速，既可避免多次停车检查，又可充分发挥底盘的使用效能。对大量底盘信号实时采集、记录底盘关重信息，并采用智能算法对数据变化趋势进行预判，给出故障预警信息，超出正常阈值时蜂鸣报警，由副驾驶员观察并提醒驾驶员进行相应处理。提高装备和人员的安全性，储存的历史数据亦可复现并作为底盘修理的依据，缩短维修时间。研制战车车速规划与底盘安全监测系统，一方面可最大限度发挥底盘的潜能，提高作战编队的机动速度，利于作战中抢占先机。另一方面充分利用已有底盘数据信息，给出故障预警信息，可提高行军安全性，给出故障预警和报警信息。

1　战车行军车速规划与底盘安全监测系统研制目标和内容[1-2]

1.1系统研制目标

针对战车机动任务需求，充分分析影响战车车速和底盘安全的瓶颈环节，研制基于数据实时监测的战车行军车速规划和底盘故障预警决策支持系统，充分发挥战车的机动潜力，提高部队快速反应能力和行军安全性。

1.2系统研制内容

1) 战车机动任务监测参数和底盘监测数据分析。根据战车机动和底盘监测需求，分析建立任务剖面，确定机动途中战车的速度和底盘监测数据变化曲线，采用FMEA(Failure Modes Effect Analysis，故障模式影响分析)方法分析影响因素，根据权重分析结果确定影响机动和安全的瓶颈环节，确定需要实时监测的战车关键部位参数。

2) 根据任务需求确定系统的主要功能，分别进行传感器、显示系统、电源系统、连接网络等硬件设计，建立以监测参数和历史信息为输入，速度、可行驶时间和故障预、报警信息为输出的决策支持模型，确定软件方案，通过编程实现软件设计。

2　战车行军车速规划与底盘安全监测系统方案[3-4]

深入分析战车机动状态，包括任务剖面、战技要求、软硬件状态等信息，研究和总结软硬件系统的体系结构及其关键技术要素，构建战车机动决策支持系统技术框架，确定系统的目标、总体结构及技术框架，设计总体技术框架如图1所示。

图1　总体技术框架

2.1影响因素分析

通过调研分析，建立如图2所示战车机动途中的速度曲线，分析其内在机理，确定不同行进速度的确定方法、原则，为影响因素分析和辅助决策系统研制提供基础。

图2　战车机动途中速度曲线

在此基础上分析速度、路况、环境温度、战车系统结构(底盘、轮胎等)对战车机动任务的影响，通过对战车机动任务的FMEA分析，分析可能引起机动故障的故障模式及其可能产生的影响，并按每一个故障模式产生影响的严重程度予以分类归纳分析，找出影响战车机动的关键环节，进行重点监控，为机动方案决策提供知识索引和推理依据。FMEA分析是一个反复迭代的过程，随着研究的深入，还要进行更加全面、细致的FMEA分析，其结果可以不断为系统的研发提供合理化建议。

2.2监测参数确定

目前，在战车上有一定数量的传感器，用于对战车上的重大部件进行故障判断，但是现有的检测手段不足以满足监测方案的要求(例如分动器温度、主减速器温度、轮边减速器温度严重制约着机动速度)，需要设计添加额外的传感器，用以监测参数的获取。

制定传感器确定准则、分析监测手段，主要是传感器的选择、数据传输方式的选择、数据存储设备及供电设备的选择、网络的构建等。战车机动状态监测首先采用车辆自带的传感器(主要用于测定包括底盘总成上的发动机转速、发动机怠速、发动机缸头温度、发动机机油温度、发动机机油压力、油位传感器、变矩器液压油温、制动气压、轮胎气压等)获取相应的信息，将其变换为系统所需的数据格式；其次，针对机动状态监测的需求分析需要监测的参数方案，其他监测参数(如温度、湿度、振动等)选用体积、质量较小的微型传感器。各种传感器获取的信息以有线传输的方式，根据现有传输总线特点合理构建网络，传感器选取流程如图3所示[5]。

图3　传感器选取流程

然后，根据战车实际结构特点，按照信号的敏感性、易测性与成本控制准则，对参数监测方案进行优化，在测点布局优化方面，采用逐级递减的方式，在确定完备监测参数需求方案的基础上进行优化分析，尽可能选用能够监测和便于数据采集和分析的参数。

2.3方案设计

通过系统研制，主要实现功能包括：温度超限报警、轮胎气压过低报警；预测以额定速度行驶给定时间后的温度值；预测以额定速度行驶温度超限前的最大可行驶时间；监测参数的预、报警；决策分析最优机动车速。

硬件系统组成部分有：新增传感器(温度传感器、压力传感器、振动传感器)；信号采集卡(电流模拟信号采集卡、电压模拟信号采集卡和数字信号采集卡)；电源系统；车载终端。系统硬件总体方案设计如图4所示。

如图4所示，在该硬件系统中，分为现有监测信号采集、新增传感器信号采集和车载平板电脑3部分。监测信号采集部分中：NI 9205电压模拟信号采集卡用来采集已有和新增的电压模拟信号，NI 9421数字信号采集卡用来采集已有和新增的数字信号。车载平板电脑部分：车载平板电脑通过以太网线接收来自机箱采集卡的数据，并且将数据进行评估分析，然后将关键数据实时显示出来，进行状态监测；根据各部件状态给出最优的机动方案。

图4　系统硬件总体方案

2.4构建评估模型

车速规划与底盘安全监测分析主要依靠战车状态和历史数据的分析和推理，推理机的模型设计采用基于规则的推理。战车机动策略推理依据战车状态，建立战车各部件机动信息专家库和知识库，给出相应的机动策略。给出先导式的3R(即在准确的时间，对准确的部位，采取准确的活动)机动策略，以实现战车的最优机动方案，从而提高机动能力和安全性。

针对战车行军车速规划与底盘安全监测的自身任务产生的应力和环境应力引起的制约机理，基于数据参数、失效物理(PoF)、专家知识等方法，建立各关键环节相应的状态评估模型。假定同一批次各设备的初始状态相同，根据每辆车所经历的不同任务历程，采用基于BP神经网络修正误差的ARIMA模型预测的温度预测方法，借助各种智能推理算法(如模糊逻辑、专家系统、神经网络、数据融合、物理模型等)评定战车当前的机动状态。机动状态是基于战车功能性能指标和安全要求得出的，能够定量的反映战车当前所处的状态，可通过试验验证确定，并可根据使用中反馈的数据对评估模型加以修正。根据发射车机动状态评估模型，能够确定发射车当前已处于健康、亚健康或是故障状态，可及时排除隐患或调整车速并给出维修和车速建议。通过判断，建立一定的准则进行匹配，确定监测数据的处理方法，选择将其存入历史数据库，抑或将其丢弃用以释放空间。根据研究成果，对其流程图进行分析，对软件化实现的可行性进行分析和根据数据存在方式的规范，开发状态评估软件模块，根据其监测状态，利用内置的评估模型和算法实现状态评估的功能。

2.5构建发射车综合数据库，规范数据库标准

针对底盘设备的现有使用信息和维修保障信息，对其进行知识表述和模型构建，使其适合计算机语言编程。运用PowerBuilder、Oracle Developer或其他语言设计建立数据库，针对发射车特点，以分系统为单位分别建立信息子库，其中各子库的信息应包括温度信息和安全监测信息。监测数据在一定程度上反映发射车状态，监测数据主要是各传感器采集的相关数据。各子库应规范各种信息记录表、接口规范和信息传输标准等。

按照系统开发的总体设计，对信息子库建设提出标准，为系统的维护与使用奠定基础。数据库的标准指的是其底层结构标准，包括存储表的构建和主键的存在形式，各相关表之间的逻辑结构关系和相互之间的调用关系等，同时表中底层数据的存储格式、类型、大小、在数据库调入调出方式等等都需要进行规范。此外，综合数据库需要预留开放式优化接口，采取通用化的接口模块，便于后续的扩展和优化开发。

2.6研制难点

研制难点是影响战车机动的主要环节，由于目前并不存在监测传感器，因此在传感器的安装设计中需进行总体论证。在研制过程中，可以结合战车健康管理系统的部分监控参数，减少重复安装。同时，由于监测数据缺乏，对于数学模型缺乏验证措施，可在项目开展初期同步进行相关数据采集，为后期决策支持模型提供尽可能多的数据。

3　结束语

基于数据实时监测的战车行军车速规划和底盘故障预警决策支持系统，可实时给出最优行军车速建议和底盘故障预警、报警信息，既可满足作战编队行军时的车速规划和安全需求，又能充分发挥战车的机动潜力，进而提高部队快速反应能力和行军安全。该系统可在改变相关参数的基础上，广泛应用于其他类型特种车辆的车速规划和安全监测需求。

[1]胡冬,谢劲松,吕卫民.故障预测与健康管理技术在导弹武器系统中的应用[J].导弹与航天运载技术， 2010(4)： 24-29.

[2]李田科,于仕财,于乐.导弹发射车综合诊断与健康管理系统研究[J].战术导弹技术,2012，39(7):71-75.

[3]李田科,于仕财,余春卫.导弹发射车综合诊断与健康管理系统[J].兵工自动化,2012，31(4):11-14.

[4]陶来发,樊焕贞,吕深等.机电系统故障预测技术的现状与分析[J].控制工程，2011，18(4):636-639.

[5]王亮,吕卫民,冯佳晨.导弹PHM系统中的传感器应用研究[J].战术导弹技术，2010，18(1):1-4.

[6]陈旭，兰孟飞，刘庆，等．汽车底盘模块划分及产品结构模型的建立[J]．重庆理工大学学报(自然科学)，2015(10)：19-23.

(责任编辑周江川)

System of Speed Planning and Chassis Safety Monitoring for Combat Vehicle

LI Tian-ke1, LI Wei1, SHA Wei-xiao1, YU Shi-cai2

(The No.91980thTroop of PLA, Yantai 264000, China; 2.Department of Electronic and Information Engineering, Naval Aeronautical Engineering Institue, Yantai 264000, China)

In order to meet speed planning and security requirements, decision support system of speed planning and chassis fault early warming based on real-time monitor system was established. By analysing system target and content, general structure and technical framework was made. System monitoring parameter and means were optimized. System model was established. The system can give optimal marching speed suggestions and chassis fault early warming and alarm information. It can improve fleet maneuverability, marching safety and battle effectiveness.

combat vehicle; speed planning; safety monitoring

2016-02-01；

2016-03-25

国家自然科学基金(61179017)

李田科(1976—)，男，高级工程师，硕士，主要从事兵器发射理论与技术研究。

10.11809/scbgxb2016.08.005

format:LI Tian-ke, LI Wei, SHA Wei-xiao,et al.System of Speed Planning and Chassis Safety Monitoring for Combat Vehicle[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(8):20-22.

TJ812+.6

A

2096-2304(2016)08-0020-04

【装备理论与装备技术】