一种通信指挥车的总体设计

余云加,宋庭新

(1武汉龙安集团有限责任公司,湖北 武汉 430074;2湖北工业大学机械工程学院,湖北 武汉 430068)

随着通信技术和专用汽车技术的发展,适用于通信指挥的专用车辆得到了很大的发展.我国各个通信指挥车生产厂家在国家统一规划下,遵循“生产一代,研制一代,开发一代”的指导思想,无论是在军事通信指挥,还是在民用应急通信、卫星通信和广播宣传等方面,都呈现出专业化、系统化、模块化和高新技术快速应用化的发展态势.

1 通信指挥车的总体设计特点

通信指挥车的设计总体分为车厢及附属结构设计、通信指挥系统及配套系统设计、底盘改装设计3大部分,这3大部分既各成系统又相互关联、相互影响.它与普通汽车的区别主要是加、改装了具有通信功能的上装部分,能完成信息传输、处理与指挥功能.因此在设计上,除了要满足基本型汽车的性能要求外,还要满足通信指挥功能,这就形成了其自身的设计特点[1].

1)通信指挥车一般选用已定型的基本型汽车底盘进行改装设计.在充分了解改装车的生产情况、底盘规格、供货渠道、销售价格、售后能力及相关技术等基础上,根据通信指挥车的功能和性能指标要求,在功率匹配、动力输出、传动方式、外形尺寸、轴载质量、购置成本等方面进行分析比较,优选出一种基本型汽车底盘作为通信指挥车改装设计的底盘.能否选到一款好的汽车底盘,是设计一辆好的专用汽车的前提.

2)通信指挥车设计的主要工作是总体布置和专用工装的匹配.从车辆性能上考虑总体布置,从轴荷分配与左右载荷平衡上考虑工装布置.设计时既要保证通信功能满足性能要求,也要考虑汽车底盘的基本性能不受到影响.在必要时,可适当降低汽车底盘的某些性能指标,以满足实现通信及附属性能的要求.对通信指挥车工作装置中的某些核心部件和总成,如发电机、暖风机总成、天线装置等,要从专业生产厂家中优选采购.

3)在普通汽车底盘上改装的通信指挥车,底盘受载情况可能与原设计不同,因此要对一些重要的总成结构件进行模态分析和强度校核,以提高机械系统的可靠性[2].

4)针对通信指挥车品种多、批量少的生产持点,需要进行系列化设计,以便根据不同用户的需要快速将产品变型为系列型谱.

5)系统集成是通信指挥车设计的关键工作.通信指挥车集成了较多的通信、电子、供电和网络设备,其电磁兼容性是要考虑的重要内容,关系到系统集成的效果.

6)通信指挥车设计应满足国标及有关机动车辆公路交通安全法规的要求,对于军用通信指挥车还必须符合军标要求.

2 车厢结构设计

车厢内部结构如图1所示.结构设计包括厢体门窗设计、工作台及机架设计、厢内设备固定、通信指挥车各功能区的结构设计、附属设备的结构设计等.其设计呈现以下特点:车厢设计方舱化、功能区设计模块化、机架设计标准化、维修使用人性化等.

图1 车厢内部结构图

2.1 方舱式设计

通信指挥车舱体设计一方面要坚持车厢与底盘连成一体的整体结构方式,另一方面要走专业化的发展思路,采用大板方舱结构.目前大板方舱结构是通信指挥车设计发展的趋势,该技术最先由美国应用在军事专用车辆上.方舱6面全部壁板采用夹心型或蜂窝型大板组装成型,组成的厢体结构具有强度大、重量轻、设计生产周期短、可成系列化标准化产品、可移动吊装、便于搬运等优点.方舱根据结构特点又分为大板式方舱(6面全部不用框架)和框架式方舱.从功能特点分,有电子类方舱、机械类方舱、电源方舱、电磁屏蔽方舱、隐形方舱、防核生化方舱、异型方舱、软方舱和扩展方舱等.

可扩展方舱设计是目前通信车向大型化和综合化发展的主要技术.通信指挥车既有移动通信的功能,也有到达目的地后固定不动,作为基地级指挥通信和办公的功能.作为固定通信指挥基地,普通方舱的空间已无法满足使用要求,因此可扩展方舱技术应用越来越多.车辆行进时将扩展方舱收拢,便于通行.到达目的地后,展开方舱体,即可增加工作面积.扩展舱体方式有液压扩展、电动扩展、气动扩展和多种方式的综合应用(图2).这种车厢大多采用车身与车厢一体化的结构形式.

图2 扩展机构结构图

通用化、模块化和标准化是方舱发展的方向.目前通信指挥车车厢在这方面已取得了良好的成果,我国已颁布相关标准《军用方舱系列型谱》.

2.2 功能区模块化设计

模块化设计是通信指挥车当前大力发展和研究的技术之一.通信指挥车是一种系统集成度高、专业性强的专用车辆.整车各功能特点明显,差异程度大.根据功能划分,有设备固定区、操作区、维修区、工作区、配套功能区等.虽然各种车辆的特点不一样,但对同一类型的通信专用车辆,有许多共同特征,因此很多功能区可以进行模块化设计.不同的车型、不同的用途可以直接把模块嵌入车中,生产采购也可一次性批量进行,以减少设计周期,节省设计成本和生产成本.如电源可以固定在一个模块化的机柜中,不同功率和大小的电源可以在这个机柜内调节尺寸.供暖机构采用模块化设计,将暖风机与机架底座联接在一起,风道根据车厢容积和暖风机功率采用不同系列的模块化产品.工作台、油机舱、空调机架,包括机架减振器也可以根据不同重量和振动特性进行模块化设计.

2.3 设备机架的标准化设计

由于整机产品的设计越来越国际化,已形成了标准化系列化的外形尺寸.这些设备以“1U”整倍数为单位,方便了机架的设计.例如通信电台、音视频设备、供电设备、转接设备等可以根据尺寸规格套用标准,因此机架设计可以采用标准化和系列化设计.这样,车厢内部的布置就非常简洁,不仅生产成本低,而且产品鉴定周期短.

另外,门、窗、孔口、锁体、天线固定支架、灭火器固定架、沙发及底座、土木工具同样也可以进行标准化和系列化设计,这对提高大批量通信指挥车的生产质量、降低成本效果尤其明显.

2.4 人性化设计

汽车特别是乘用车越来越注重人性化设计,不仅要求使用维护方便,而且要讲究舒适性.

首先是材料的选择.设计时应尽量考虑用安全、环保、低耗的材料,不再使用或少使用含有毒有害的物质作为车辆的生产材料.如通信指挥车在野外工作时发电机组带来的巨大的振动噪声不仅干扰通信还损害人体健康,因此应采用新技术、新工艺和新材料来隔振降噪.

其次在设计中应广泛采用人机工程学.座椅、工作台、灯光照明、发电机组的存放安装是否安全,操作者拿放话筒和记录文字是否方便等都要全面考虑.安全性设计是充分体现人性化设计的基础.如在车厢沙发上加装保险带已成为专用车制造的强制性标准.另外,车内外配装灭火器,使用防滑地板与防滑条,预留逃生门窗,安装上下车扶梯或专用脚踏板,采用防划手线扎布线,防幅射设计等也是安全性设计的重要因素.

最后要考虑气密性设计,特别是对于军用通信指挥车,一定要适应战场需要,具有防毒气和防尘土功能,并能保持一定温度和湿度,以保证车厢作为工作室的必要环境条件.

3 通信指挥系统设计

通信指挥系统实现的功能有:无线语音、有线通信、数据通信(文字、图像、传真),数据综合分析与处理、自动化指挥等.因此通信系统又可划分为广播系统、图像传输系统、数据处理系统、供电系统、空调与暖风系统、灯光照明系统等(图3).通信系统的设计特点如下.

图3 通信指挥系统组成

3.1 系统集成化

通信指挥车上多设备多系统并存,从频率划分,有微波通信、超短波通信、短波通信;从技术应用方面划分,有频率/速率自适应技术、跳频/扩频技术、电路/数据交换技术、语音编码技术、数据通信技术、计算机网络技术、有线/无线通信技术等.因此设备的布局、车厢左右前后的配重、功能区划分,设备间的相互干扰、通信系统天线的安装、线束的布置、设备操作与维修、电磁兼容设计等必须全面综合考虑.在方案阶段就应进行优化设计,使通信系统高度紧密集成,实现以最少的通信节点提供最大的通信能力.

3.2 综合布线实用美观

通信指挥车综合布线设计首先要考虑实用,其次是美观.布线实用化设计主要包括线槽和管道、传输介质(线缆)、理线配线架、接口、供电插座板等设计.根据通信设备的频率范围以及数据通信特点和工作性质,应选择满足电磁兼容特性、符合频率和功率特性的天馈线和满足传输速率的信号线;同时要选择符合设备用电要求的电源线.根据传输介质及连接硬件的性能规格合理选材布线,注意车内所有电源线和信号线的绝缘电阻、抗电强度、环路电阻、接地电阻的性能指标应符合国标军标要求,车体和线槽出口处应增加保护措施,各接口处预留适当余量,方便操作和维修[3].这些都是实用性设计的基本要求.除此之外,布线及选材也要从美观角度出发,做到整体效果简洁美观.

3.3 电磁兼容设计

电磁兼容性(EMC)是指设备在共同的电子环境中一起执行各自功能的能力,包含系统本身对噪声的敏感性以及噪声发射两个部分.随着电子通信技术的发展,外部电磁环境越来越复杂,通信指挥车由于将多种电子设备集成在一起,始终处于一个充满噪声的环境中[4].因此,电磁兼容设计是决定通信质量的一个关键因素.

通信指挥车整车电磁兼容设计包括:搭接设计,接地设计,方舱屏蔽设计,设备屏蔽设计,孔缝效应设计,滤波设计,电缆与布线设计,天馈系统匹配设计,设备间防干扰设计,避雷设计等.整车电磁兼容设计不仅要考虑电磁兼容性,还要考虑成本、技术难度和可操作性.通过优化设计,从各种方案中选择一种综合性价比最好的方案是电磁兼容设计的重点与难点.

3.4 新技术应用

不断采用新技术已经成为通信指挥车设计的一种趋势.在技术方面,广泛采用频率/速率自适应技术、数字语音编码技术、视频会议技术、卫星通信技术等.目前,北斗通信系统、3G网络通信也已应用到通信指挥车中.

材料工艺方面,铝钛合金、复合材料等新材料及焊接工艺在生产中应用越来越多,如厢式通信车顶通过使用高强度的“透波材料”,既能满足强度要求,又能满足信号的无损传输[5].

工程方面,可靠性设计是必不可少的.通过可靠性设计,在设计阶段就可采用建模仿真手段来预测车辆寿命,并通过严格的试验来验证仿真结果,从而指导设计方案的修改,使车辆的安全性得到保障.

4 结束语

通信指挥车正朝着高可靠性、高安全性、高抗干扰能力和高环境适应性方向发展,设计出一种系统功能复杂、电磁兼容性强、环境适应广、可靠性高、机动性强的专用车辆是通信指挥车的设计目标.虽然我国目前的通信指挥车已基本达到上述要求,但在系统可靠性、电磁兼容性和整车综合性能集成方面与国外存在较大差距.设计者应充分利用可靠性设计方法和虚拟设计方法,通过计算机仿真和试验结合不断优化设计方案,同时在制造过程中加强质量管理,最终生产出满足军民两用的优良产品.

[1]纪 龙.通信指挥车整体设计思路[J].消防科学与技术,2005(11):25-27.

[2]金加龙.汽车底盘构造与维修[M].北京:电子工业出版社,2008.

[3]武文彦.军事通信网电源系统及维护[M].北京:电子工业出版社,2009.

[4]蒋同泽.现代移动通信系统[M].北京:电子工业出版社,2004.

[5]中国汽车工程学会专用车分会.专用汽车2009年合订本[Z].武汉:汉阳专用汽车研究所,2009.