余云加,宋庭新

(1武漢龍安集團(tuán)有限責(zé)任公司,湖北 武漢 430074;2湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,湖北 武漢 430068)

隨著通信技術(shù)和專用汽車技術(shù)的發(fā)展,適用于通信指揮的專用車輛得到了很大的發(fā)展.我國各個通信指揮車生產(chǎn)廠家在國家統(tǒng)一規(guī)劃下,遵循“生產(chǎn)一代,研制一代,開發(fā)一代”的指導(dǎo)思想,無論是在軍事通信指揮,還是在民用應(yīng)急通信、衛(wèi)星通信和廣播宣傳等方面,都呈現(xiàn)出專業(yè)化、系統(tǒng)化、模塊化和高新技術(shù)快速應(yīng)用化的發(fā)展態(tài)勢.

1 通信指揮車的總體設(shè)計(jì)特點(diǎn)

通信指揮車的設(shè)計(jì)總體分為車廂及附屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、通信指揮系統(tǒng)及配套系統(tǒng)設(shè)計(jì)、底盤改裝設(shè)計(jì)3大部分,這3大部分既各成系統(tǒng)又相互關(guān)聯(lián)、相互影響.它與普通汽車的區(qū)別主要是加、改裝了具有通信功能的上裝部分,能完成信息傳輸、處理與指揮功能.因此在設(shè)計(jì)上,除了要滿足基本型汽車的性能要求外,還要滿足通信指揮功能,這就形成了其自身的設(shè)計(jì)特點(diǎn)[1].

1)通信指揮車一般選用已定型的基本型汽車底盤進(jìn)行改裝設(shè)計(jì).在充分了解改裝車的生產(chǎn)情況、底盤規(guī)格、供貨渠道、銷售價格、售后能力及相關(guān)技術(shù)等基礎(chǔ)上,根據(jù)通信指揮車的功能和性能指標(biāo)要求,在功率匹配、動力輸出、傳動方式、外形尺寸、軸載質(zhì)量、購置成本等方面進(jìn)行分析比較,優(yōu)選出一種基本型汽車底盤作為通信指揮車改裝設(shè)計(jì)的底盤.能否選到一款好的汽車底盤,是設(shè)計(jì)一輛好的專用汽車的前提.

2)通信指揮車設(shè)計(jì)的主要工作是總體布置和專用工裝的匹配.從車輛性能上考慮總體布置,從軸荷分配與左右載荷平衡上考慮工裝布置.設(shè)計(jì)時既要保證通信功能滿足性能要求,也要考慮汽車底盤的基本性能不受到影響.在必要時,可適當(dāng)降低汽車底盤的某些性能指標(biāo),以滿足實(shí)現(xiàn)通信及附屬性能的要求.對通信指揮車工作裝置中的某些核心部件和總成,如發(fā)電機(jī)、暖風(fēng)機(jī)總成、天線裝置等,要從專業(yè)生產(chǎn)廠家中優(yōu)選采購.

3)在普通汽車底盤上改裝的通信指揮車,底盤受載情況可能與原設(shè)計(jì)不同,因此要對一些重要的總成結(jié)構(gòu)件進(jìn)行模態(tài)分析和強(qiáng)度校核,以提高機(jī)械系統(tǒng)的可靠性[2].

4)針對通信指揮車品種多、批量少的生產(chǎn)持點(diǎn),需要進(jìn)行系列化設(shè)計(jì),以便根據(jù)不同用戶的需要快速將產(chǎn)品變型為系列型譜.

5)系統(tǒng)集成是通信指揮車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵工作.通信指揮車集成了較多的通信、電子、供電和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,其電磁兼容性是要考慮的重要內(nèi)容,關(guān)系到系統(tǒng)集成的效果.

6)通信指揮車設(shè)計(jì)應(yīng)滿足國標(biāo)及有關(guān)機(jī)動車輛公路交通安全法規(guī)的要求,對于軍用通信指揮車還必須符合軍標(biāo)要求.

2 車廂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

車廂內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括廂體門窗設(shè)計(jì)、工作臺及機(jī)架設(shè)計(jì)、廂內(nèi)設(shè)備固定、通信指揮車各功能區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、附屬設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等.其設(shè)計(jì)呈現(xiàn)以下特點(diǎn):車廂設(shè)計(jì)方艙化、功能區(qū)設(shè)計(jì)模塊化、機(jī)架設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、維修使用人性化等.

圖1 車廂內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2.1 方艙式設(shè)計(jì)

通信指揮車艙體設(shè)計(jì)一方面要堅(jiān)持車廂與底盤連成一體的整體結(jié)構(gòu)方式,另一方面要走專業(yè)化的發(fā)展思路,采用大板方艙結(jié)構(gòu).目前大板方艙結(jié)構(gòu)是通信指揮車設(shè)計(jì)發(fā)展的趨勢,該技術(shù)最先由美國應(yīng)用在軍事專用車輛上.方艙6面全部壁板采用夾心型或蜂窩型大板組裝成型,組成的廂體結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度大、重量輕、設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期短、可成系列化標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品、可移動吊裝、便于搬運(yùn)等優(yōu)點(diǎn).方艙根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又分為大板式方艙(6面全部不用框架)和框架式方艙.從功能特點(diǎn)分,有電子類方艙、機(jī)械類方艙、電源方艙、電磁屏蔽方艙、隱形方艙、防核生化方艙、異型方艙、軟方艙和擴(kuò)展方艙等.

可擴(kuò)展方艙設(shè)計(jì)是目前通信車向大型化和綜合化發(fā)展的主要技術(shù).通信指揮車既有移動通信的功能,也有到達(dá)目的地后固定不動,作為基地級指揮通信和辦公的功能.作為固定通信指揮基地,普通方艙的空間已無法滿足使用要求,因此可擴(kuò)展方艙技術(shù)應(yīng)用越來越多.車輛行進(jìn)時將擴(kuò)展方艙收攏,便于通行.到達(dá)目的地后,展開方艙體,即可增加工作面積.擴(kuò)展艙體方式有液壓擴(kuò)展、電動擴(kuò)展、氣動擴(kuò)展和多種方式的綜合應(yīng)用(圖2).這種車廂大多采用車身與車廂一體化的結(jié)構(gòu)形式.

圖2 擴(kuò)展機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

通用化、模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化是方艙發(fā)展的方向.目前通信指揮車車廂在這方面已取得了良好的成果,我國已頒布相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)《軍用方艙系列型譜》.

2.2 功能區(qū)模塊化設(shè)計(jì)

模塊化設(shè)計(jì)是通信指揮車當(dāng)前大力發(fā)展和研究的技術(shù)之一.通信指揮車是一種系統(tǒng)集成度高、專業(yè)性強(qiáng)的專用車輛.整車各功能特點(diǎn)明顯,差異程度大.根據(jù)功能劃分,有設(shè)備固定區(qū)、操作區(qū)、維修區(qū)、工作區(qū)、配套功能區(qū)等.雖然各種車輛的特點(diǎn)不一樣,但對同一類型的通信專用車輛,有許多共同特征,因此很多功能區(qū)可以進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì).不同的車型、不同的用途可以直接把模塊嵌入車中,生產(chǎn)采購也可一次性批量進(jìn)行,以減少設(shè)計(jì)周期,節(jié)省設(shè)計(jì)成本和生產(chǎn)成本.如電源可以固定在一個模塊化的機(jī)柜中,不同功率和大小的電源可以在這個機(jī)柜內(nèi)調(diào)節(jié)尺寸.供暖機(jī)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì),將暖風(fēng)機(jī)與機(jī)架底座聯(lián)接在一起,風(fēng)道根據(jù)車廂容積和暖風(fēng)機(jī)功率采用不同系列的模塊化產(chǎn)品.工作臺、油機(jī)艙、空調(diào)機(jī)架,包括機(jī)架減振器也可以根據(jù)不同重量和振動特性進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì).

2.3 設(shè)備機(jī)架的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

由于整機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)越來越國際化,已形成了標(biāo)準(zhǔn)化系列化的外形尺寸.這些設(shè)備以“1U”整倍數(shù)為單位,方便了機(jī)架的設(shè)計(jì).例如通信電臺、音視頻設(shè)備、供電設(shè)備、轉(zhuǎn)接設(shè)備等可以根據(jù)尺寸規(guī)格套用標(biāo)準(zhǔn),因此機(jī)架設(shè)計(jì)可以采用標(biāo)準(zhǔn)化和系列化設(shè)計(jì).這樣,車廂內(nèi)部的布置就非常簡潔,不僅生產(chǎn)成本低,而且產(chǎn)品鑒定周期短.

另外,門、窗、孔口、鎖體、天線固定支架、滅火器固定架、沙發(fā)及底座、土木工具同樣也可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和系列化設(shè)計(jì),這對提高大批量通信指揮車的生產(chǎn)質(zhì)量、降低成本效果尤其明顯.

2.4 人性化設(shè)計(jì)

汽車特別是乘用車越來越注重人性化設(shè)計(jì),不僅要求使用維護(hù)方便,而且要講究舒適性.

首先是材料的選擇.設(shè)計(jì)時應(yīng)盡量考慮用安全、環(huán)保、低耗的材料,不再使用或少使用含有毒有害的物質(zhì)作為車輛的生產(chǎn)材料.如通信指揮車在野外工作時發(fā)電機(jī)組帶來的巨大的振動噪聲不僅干擾通信還損害人體健康,因此應(yīng)采用新技術(shù)、新工藝和新材料來隔振降噪.

其次在設(shè)計(jì)中應(yīng)廣泛采用人機(jī)工程學(xué).座椅、工作臺、燈光照明、發(fā)電機(jī)組的存放安裝是否安全,操作者拿放話筒和記錄文字是否方便等都要全面考慮.安全性設(shè)計(jì)是充分體現(xiàn)人性化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ).如在車廂沙發(fā)上加裝保險帶已成為專用車制造的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn).另外,車內(nèi)外配裝滅火器,使用防滑地板與防滑條,預(yù)留逃生門窗,安裝上下車扶梯或?qū)Ｓ媚_踏板,采用防劃手線扎布線,防幅射設(shè)計(jì)等也是安全性設(shè)計(jì)的重要因素.

最后要考慮氣密性設(shè)計(jì),特別是對于軍用通信指揮車,一定要適應(yīng)戰(zhàn)場需要,具有防毒氣和防塵土功能,并能保持一定溫度和濕度,以保證車廂作為工作室的必要環(huán)境條件.

3 通信指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通信指揮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能有:無線語音、有線通信、數(shù)據(jù)通信(文字、圖像、傳真),數(shù)據(jù)綜合分析與處理、自動化指揮等.因此通信系統(tǒng)又可劃分為廣播系統(tǒng)、圖像傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、空調(diào)與暖風(fēng)系統(tǒng)、燈光照明系統(tǒng)等(圖3).通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下.

圖3 通信指揮系統(tǒng)組成

3.1 系統(tǒng)集成化

通信指揮車上多設(shè)備多系統(tǒng)并存,從頻率劃分,有微波通信、超短波通信、短波通信;從技術(shù)應(yīng)用方面劃分,有頻率/速率自適應(yīng)技術(shù)、跳頻/擴(kuò)頻技術(shù)、電路/數(shù)據(jù)交換技術(shù)、語音編碼技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、有線/無線通信技術(shù)等.因此設(shè)備的布局、車廂左右前后的配重、功能區(qū)劃分,設(shè)備間的相互干擾、通信系統(tǒng)天線的安裝、線束的布置、設(shè)備操作與維修、電磁兼容設(shè)計(jì)等必須全面綜合考慮.在方案階段就應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),使通信系統(tǒng)高度緊密集成,實(shí)現(xiàn)以最少的通信節(jié)點(diǎn)提供最大的通信能力.

3.2 綜合布線實(shí)用美觀

通信指揮車綜合布線設(shè)計(jì)首先要考慮實(shí)用,其次是美觀.布線實(shí)用化設(shè)計(jì)主要包括線槽和管道、傳輸介質(zhì)(線纜)、理線配線架、接口、供電插座板等設(shè)計(jì).根據(jù)通信設(shè)備的頻率范圍以及數(shù)據(jù)通信特點(diǎn)和工作性質(zhì),應(yīng)選擇滿足電磁兼容特性、符合頻率和功率特性的天饋線和滿足傳輸速率的信號線;同時要選擇符合設(shè)備用電要求的電源線.根據(jù)傳輸介質(zhì)及連接硬件的性能規(guī)格合理選材布線,注意車內(nèi)所有電源線和信號線的絕緣電阻、抗電強(qiáng)度、環(huán)路電阻、接地電阻的性能指標(biāo)應(yīng)符合國標(biāo)軍標(biāo)要求,車體和線槽出口處應(yīng)增加保護(hù)措施,各接口處預(yù)留適當(dāng)余量,方便操作和維修[3].這些都是實(shí)用性設(shè)計(jì)的基本要求.除此之外,布線及選材也要從美觀角度出發(fā),做到整體效果簡潔美觀.

3.3 電磁兼容設(shè)計(jì)

電磁兼容性(EMC)是指設(shè)備在共同的電子環(huán)境中一起執(zhí)行各自功能的能力,包含系統(tǒng)本身對噪聲的敏感性以及噪聲發(fā)射兩個部分.隨著電子通信技術(shù)的發(fā)展,外部電磁環(huán)境越來越復(fù)雜,通信指揮車由于將多種電子設(shè)備集成在一起,始終處于一個充滿噪聲的環(huán)境中[4].因此,電磁兼容設(shè)計(jì)是決定通信質(zhì)量的一個關(guān)鍵因素.

通信指揮車整車電磁兼容設(shè)計(jì)包括:搭接設(shè)計(jì),接地設(shè)計(jì),方艙屏蔽設(shè)計(jì),設(shè)備屏蔽設(shè)計(jì),孔縫效應(yīng)設(shè)計(jì),濾波設(shè)計(jì),電纜與布線設(shè)計(jì),天饋系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì),設(shè)備間防干擾設(shè)計(jì),避雷設(shè)計(jì)等.整車電磁兼容設(shè)計(jì)不僅要考慮電磁兼容性,還要考慮成本、技術(shù)難度和可操作性.通過優(yōu)化設(shè)計(jì),從各種方案中選擇一種綜合性價比最好的方案是電磁兼容設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn).

3.4 新技術(shù)應(yīng)用

不斷采用新技術(shù)已經(jīng)成為通信指揮車設(shè)計(jì)的一種趨勢.在技術(shù)方面,廣泛采用頻率/速率自適應(yīng)技術(shù)、數(shù)字語音編碼技術(shù)、視頻會議技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)等.目前,北斗通信系統(tǒng)、3G網(wǎng)絡(luò)通信也已應(yīng)用到通信指揮車中.

材料工藝方面,鋁鈦合金、復(fù)合材料等新材料及焊接工藝在生產(chǎn)中應(yīng)用越來越多,如廂式通信車頂通過使用高強(qiáng)度的“透波材料”,既能滿足強(qiáng)度要求,又能滿足信號的無損傳輸[5].

工程方面,可靠性設(shè)計(jì)是必不可少的.通過可靠性設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)階段就可采用建模仿真手段來預(yù)測車輛壽命,并通過嚴(yán)格的試驗(yàn)來驗(yàn)證仿真結(jié)果,從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)方案的修改,使車輛的安全性得到保障.

4 結(jié)束語

通信指揮車正朝著高可靠性、高安全性、高抗干擾能力和高環(huán)境適應(yīng)性方向發(fā)展,設(shè)計(jì)出一種系統(tǒng)功能復(fù)雜、電磁兼容性強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)廣、可靠性高、機(jī)動性強(qiáng)的專用車輛是通信指揮車的設(shè)計(jì)目標(biāo).雖然我國目前的通信指揮車已基本達(dá)到上述要求,但在系統(tǒng)可靠性、電磁兼容性和整車綜合性能集成方面與國外存在較大差距.設(shè)計(jì)者應(yīng)充分利用可靠性設(shè)計(jì)方法和虛擬設(shè)計(jì)方法,通過計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)結(jié)合不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,同時在制造過程中加強(qiáng)質(zhì)量管理,最終生產(chǎn)出滿足軍民兩用的優(yōu)良產(chǎn)品.

[1]紀(jì) 龍.通信指揮車整體設(shè)計(jì)思路[J].消防科學(xué)與技術(shù),2005(11):25-27.

[2]金加龍.汽車底盤構(gòu)造與維修[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008.

[3]武文彥.軍事通信網(wǎng)電源系統(tǒng)及維護(hù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.

[4]蔣同澤.現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[5]中國汽車工程學(xué)會專用車分會.專用汽車2009年合訂本[Z].武漢:漢陽專用汽車研究所,2009.