一種通信指揮車的總體設計

余云加,宋庭新

(1武漢龍安集團有限責任公司,湖北 武漢 430074;2湖北工業大學機械工程學院,湖北 武漢 430068)

隨著通信技術和專用汽車技術的發展,適用于通信指揮的專用車輛得到了很大的發展.我國各個通信指揮車生產廠家在國家統一規劃下,遵循“生產一代,研制一代,開發一代”的指導思想,無論是在軍事通信指揮,還是在民用應急通信、衛星通信和廣播宣傳等方面,都呈現出專業化、系統化、模塊化和高新技術快速應用化的發展態勢.

1 通信指揮車的總體設計特點

通信指揮車的設計總體分為車廂及附屬結構設計、通信指揮系統及配套系統設計、底盤改裝設計3大部分,這3大部分既各成系統又相互關聯、相互影響.它與普通汽車的區別主要是加、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.因此在設計上,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計特點[1].

1)通信指揮車一般選用已定型的基本型汽車底盤進行改裝設計.在充分了解改裝車的生產情況、底盤規格、供貨渠道、銷售價格、售后能力及相關技術等基礎上,根據通信指揮車的功能和性能指標要求,在功率匹配、動力輸出、傳動方式、外形尺寸、軸載質量、購置成本等方面進行分析比較,優選出一種基本型汽車底盤作為通信指揮車改裝設計的底盤.能否選到一款好的汽車底盤,是設計一輛好的專用汽車的前提.

2)通信指揮車設計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.設計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,可適當降低汽車底盤的某些性能指標,以滿足實現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,如發電機、暖風機總成、天線裝置等,要從專業生產廠家中優選采購.

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計不同,因此要對一些重要的總成結構件進行模態分析和強度校核,以提高機械系統的可靠性[2].

4)針對通信指揮車品種多、批量少的生產持點,需要進行系列化設計,以便根據不同用戶的需要快速將產品變型為系列型譜.

5)系統集成是通信指揮車設計的關鍵工作.通信指揮車集成了較多的通信、電子、供電和網絡設備,其電磁兼容性是要考慮的重要內容,關系到系統集成的效果.

6)通信指揮車設計應滿足國標及有關機動車輛公路交通安全法規的要求,對于軍用通信指揮車還必須符合軍標要求.

2 車廂結構設計

車廂內部結構如圖1所示.結構設計包括廂體門窗設計、工作臺及機架設計、廂內設備固定、通信指揮車各功能區的結構設計、附屬設備的結構設計等.其設計呈現以下特點:車廂設計方艙化、功能區設計模塊化、機架設計標準化、維修使用人性化等.

圖1 車廂內部結構圖

2.1 方艙式設計

通信指揮車艙體設計一方面要堅持車廂與底盤連成一體的整體結構方式,另一方面要走專業化的發展思路,采用大板方艙結構.目前大板方艙結構是通信指揮車設計發展的趨勢,該技術最先由美國應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,組成的廂體結構具有強度大、重量輕、設計生產周期短、可成系列化標準化產品、可移動吊裝、便于搬運等優點.方艙根據結構特點又分為大板式方艙(6面全部不用框架)和框架式方艙.從功能特點分,有電子類方艙、機械類方艙、電源方艙、電磁屏蔽方艙、隱形方艙、防核生化方艙、異型方艙、軟方艙和擴展方艙等.

可擴展方艙設計是目前通信車向大型化和綜合化發展的主要技術.通信指揮車既有移動通信的功能,也有到達目的地后固定不動,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,因此可擴展方艙技術應用越來越多.車輛行進時將擴展方艙收攏,便于通行.到達目的地后,展開方艙體,即可增加工作面積.擴展艙體方式有液壓擴展、電動擴展、氣動擴展和多種方式的綜合應用(圖2).這種車廂大多采用車身與車廂一體化的結構形式.

圖2 擴展機構結構圖

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

2.2 功能區模塊化設計

模塊化設計是通信指揮車當前大力發展和研究的技術之一.通信指揮車是一種系統集成度高、專業性強的專用車輛.整車各功能特點明顯,差異程度大.根據功能劃分,有設備固定區、操作區、維修區、工作區、配套功能區等.雖然各種車輛的特點不一樣,但對同一類型的通信專用車輛,有許多共同特征,因此很多功能區可以進行模塊化設計.不同的車型、不同的用途可以直接把模塊嵌入車中,生產采購也可一次性批量進行,以減少設計周期,節省設計成本和生產成本.如電源可以固定在一個模塊化的機柜中,不同功率和大小的電源可以在這個機柜內調節尺寸.供暖機構采用模塊化設計,將暖風機與機架底座聯接在一起,風道根據車廂容積和暖風機功率采用不同系列的模塊化產品.工作臺、油機艙、空調機架,包括機架減振器也可以根據不同重量和振動特性進行模塊化設計.

2.3 設備機架的標準化設計

由于整機產品的設計越來越國際化,已形成了標準化系列化的外形尺寸.這些設備以“1U”整倍數為單位,方便了機架的設計.例如通信電臺、音視頻設備、供電設備、轉接設備等可以根據尺寸規格套用標準,因此機架設計可以采用標準化和系列化設計.這樣,車廂內部的布置就非常簡潔,不僅生產成本低,而且產品鑒定周期短.

另外,門、窗、孔口、鎖體、天線固定支架、滅火器固定架、沙發及底座、土木工具同樣也可以進行標準化和系列化設計,這對提高大批量通信指揮車的生產質量、降低成本效果尤其明顯.

2.4 人性化設計

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

首先是材料的選擇.設計時應盡量考慮用安全、環保、低耗的材料,不再使用或少使用含有毒有害的物質作為車輛的生產材料.如通信指揮車在野外工作時發電機組帶來的巨大的振動噪聲不僅干擾通信還損害人體健康,因此應采用新技術、新工藝和新材料來隔振降噪.

其次在設計中應廣泛采用人機工程學.座椅、工作臺、燈光照明、發電機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.安全性設計是充分體現人性化設計的基礎.如在車廂沙發上加裝保險帶已成為專用車制造的強制性標準.另外,車內外配裝滅火器,使用防滑地板與防滑條,預留逃生門窗,安裝上下車扶梯或專用腳踏板,采用防劃手線扎布線,防幅射設計等也是安全性設計的重要因素.

最后要考慮氣密性設計,特別是對于軍用通信指揮車,一定要適應戰場需要,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境條件.

3 通信指揮系統設計

通信指揮系統實現的功能有:無線語音、有線通信、數據通信(文字、圖像、傳真),數據綜合分析與處理、自動化指揮等.因此通信系統又可劃分為廣播系統、圖像傳輸系統、數據處理系統、供電系統、空調與暖風系統、燈光照明系統等(圖3).通信系統的設計特點如下.

圖3 通信指揮系統組成

3.1 系統集成化

通信指揮車上多設備多系統并存,從頻率劃分,有微波通信、超短波通信、短波通信;從技術應用方面劃分,有頻率/速率自適應技術、跳頻/擴頻技術、電路/數據交換技術、語音編碼技術、數據通信技術、計算機網絡技術、有線/無線通信技術等.因此設備的布局、車廂左右前后的配重、功能區劃分,設備間的相互干擾、通信系統天線的安裝、線束的布置、設備操作與維修、電磁兼容設計等必須全面綜合考慮.在方案階段就應進行優化設計,使通信系統高度緊密集成,實現以最少的通信節點提供最大的通信能力.

3.2 綜合布線實用美觀

通信指揮車綜合布線設計首先要考慮實用,其次是美觀.布線實用化設計主要包括線槽和管道、傳輸介質(線纜)、理線配線架、接口、供電插座板等設計.根據通信設備的頻率范圍以及數據通信特點和工作性質,應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;同時要選擇符合設備用電要求的電源線.根據傳輸介質及連接硬件的性能規格合理選材布線,注意車內所有電源線和信號線的絕緣電阻、抗電強度、環路電阻、接地電阻的性能指標應符合國標軍標要求,車體和線槽出口處應增加保護措施,各接口處預留適當余量,方便操作和維修[3].這些都是實用性設計的基本要求.除此之外,布線及選材也要從美觀角度出發,做到整體效果簡潔美觀.

3.3 電磁兼容設計

電磁兼容性(EMC)是指設備在共同的電子環境中一起執行各自功能的能力,包含系統本身對噪聲的敏感性以及噪聲發射兩個部分.隨著電子通信技術的發展,外部電磁環境越來越復雜,通信指揮車由于將多種電子設備集成在一起,始終處于一個充滿噪聲的環境中[4].因此,電磁兼容設計是決定通信質量的一個關鍵因素.

通信指揮車整車電磁兼容設計包括:搭接設計,接地設計,方艙屏蔽設計,設備屏蔽設計,孔縫效應設計,濾波設計,電纜與布線設計,天饋系統匹配設計,設備間防干擾設計,避雷設計等.整車電磁兼容設計不僅要考慮電磁兼容性,還要考慮成本、技術難度和可操作性.通過優化設計,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計的重點與難點.

3.4 新技術應用

不斷采用新技術已經成為通信指揮車設計的一種趨勢.在技術方面,廣泛采用頻率/速率自適應技術、數字語音編碼技術、視頻會議技術、衛星通信技術等.目前,北斗通信系統、3G網絡通信也已應用到通信指揮車中.

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

工程方面,可靠性設計是必不可少的.通過可靠性設計,在設計階段就可采用建模仿真手段來預測車輛壽命,并通過嚴格的試驗來驗證仿真結果,從而指導設計方案的修改,使車輛的安全性得到保障.

4 結束語

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境適應性方向發展,設計出一種系統功能復雜、電磁兼容性強、環境適應廣、可靠性高、機動性強的專用車輛是通信指揮車的設計目標.雖然我國目前的通信指揮車已基本達到上述要求,但在系統可靠性、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.設計者應充分利用可靠性設計方法和虛擬設計方法,通過計算機仿真和試驗結合不斷優化設計方案,同時在制造過程中加強質量管理,最終生產出滿足軍民兩用的優良產品.

[1]紀 龍.通信指揮車整體設計思路[J].消防科學與技術,2005(11):25-27.

[2]金加龍.汽車底盤構造與維修[M].北京:電子工業出版社,2008.

[3]武文彥.軍事通信網電源系統及維護[M].北京:電子工業出版社,2009.

[4]蔣同澤.現代移動通信系統[M].北京:電子工業出版社,2004.

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