装甲救护车实体模拟训练器设计初探

崔 澂，吴建明，李光辉，李新伟，贺 森，王军杰，于树滨*

（1.陆军军医大学士官学校，石家庄 050081；2.陆军工程大学石家庄校区，石家庄 050000；3.陆军装甲兵学院，北京 100072）

0 引言

装甲救护车属于我军野战卫生救护核心车辆，是机械化部队一线伴随卫勤保障的机动平台。目前，基于装甲救护车的一线救治训练条件不足，部队开展训练、场地及装备保障均存在一定困难；同时，实装开展大批量训练具有组织保障难度大、训练消耗高、装备磨损消耗大易损坏、教学时效较低等局限，完全使用实战装备训练既不必要也不实际[1-2]。模拟仿真训练这种低耗高效的新型训练方式恰恰可弥补上述局限。实体模拟训练是解决大型装备训练的有效方法手段，既节约训练成本，又缩短实际操作培训周期。但是各承训机构及部队尚无相关配套的模拟训练装备，无法满足全员、全系列、全流程演训。装甲救护车实体模拟训练器的研发可为一线战伤救护训练的快速展开提供急需的装备保障。

1 总体目标

以装甲救护车车体外形与结构、技战性能、车内装备及元器件组成、展收及技能操作、维护保养等为设计研发依据，通过实体动静态模拟训练平台搭建，实现野战路况颠簸体感模拟、车体及舱室环境模拟、驾驶及场景模拟、车载装备器材实装模拟以及急救仪器设备功能运行，为部队快速形成战时装甲救护机动伴随保障能力提供训练平台支撑。

2 实现技术路径

采集装甲救护车外壳外形、车体主结构组成、车载仪器设备、附属元器件、功能状况等信息，通过实地勘测及数据拟合，获取路况、车况、功能实现以及车体内光线、温度、颠簸、噪声等装甲救护车战时装备环境状态参数及承载员体感。

2.1 野战路况颠簸体感模拟

采用动力学模型、路况实时感知、地图生成、轨迹规划进行装甲救护车在不同野战路况最高行驶速度所产生的颠簸及体感参数实地勘测，分析推断不同颠簸状态下所致承载员体感对救治效果的影响程度。按照仿真控制系统、多自由度平台、模拟舱、运动控制系统等组成设计，搭建野战路况颠簸体感模拟平台系统硬件平台，开发运动颠簸体感模拟平台软件系统（如图1所示），经系统组装调试、测试运行，通过仿真控制系统及监控系统软件模拟不同野战路况下的轻度、中度、剧烈、极剧烈等4个承载员体感颠簸程度，实现对救治展开及救治技术实施产生不同程度影响的车内救治环境模拟。

图1 运动颠簸体感模拟平台软件系统设计

运动颠簸平台由不同数量的运动缸作为支撑，通过控制单缸独立或多缸组合的伸缩变化，实现平台不同空间姿态的变化；通过调控缸的驱动速度，实现平台的加、减速运动。根据缸的驱动源不同，可分为机电运动缸（电动机驱动）和液压缸（高压油、活塞驱动）[3-4]。按照目标模拟需求，考虑到受训练场地空间不宜过大，以及电力容量、冷却水源、低噪声和清洁要求较难达标等因素制约，同时存在专业维护能力、运行保障力量较难实现等问题，基本不具备使用液压运动平台的条件。近10 a来，机电运动平台伺服电动机功率不断增大、滚珠丝杠性能不断优化、系统可靠性有效提升、价格大幅下降，故驱动源选择采用机电驱动方式。作为净载荷低于15 t的常规运动平台，可满足功耗小、机械效率高、结构简单、整体造价低、维修方便、占用空间小、环境温度要求低、控制算法简洁、调试易操控等研发性能指标需求。目前，地面装备模拟训练常用运动平台包括单自由度平台、两自由度平台、三自由度平台和六自由度平台[5-7]。根据仿真效果、成本投入、控制难易程度、有效运动参数等，从训练实效、建设成本、维护保障各方面综合考量，采用相对性价比最高的三自由度机电运动平台较为适宜（如图2所示）。

图2 三自由度机电运动颠簸平台结构

2.2 车体及舱室内装模拟

图3 轮式装甲救护车实体模拟训练器样机

通过车体及舱室内结构的数据采集、3D车体结构建模，按照部队列装的装甲救护车及其实际功能，进行外观、内部构造、车载装备器材等全要素仿真，予以实装实载1∶1设计制作。整车车体共分为外部装甲、底座、外壳框架、外部组份、内部组件、座椅支撑骨架、座椅、车内器材装备设施等8个组成部分。先焊接底座，然后以底座为基础，在上方焊接框架、外壳框架、外部组份、内部组件，预留设备器材气路、电器等接口，以提供仪器设备正常工作条件，最后完成车内器材装备设施的布设（如图3所示）。外部装甲采用高性能聚氯乙烯材料代替，数控雕刻加工成型，最终通过燕尾螺钉和外壳紧固连接。底座由槽钢下料焊接制作而成，保证底座的平面度。外壳框架由方管下料焊接制作而成，保证焊接强度。各个框架之间通过方管链接成形，焊接在底座上，保证整车安全性。外部组份是在整体框架完成后再进行整体外包钢板，依据现场实际情况激光切割下料，预留观察孔、驾驶舱门、后舱门；再由钢板激光切割下料，焊接制作舱门、观察口、顶部舱口等。内部组件是在整体框架完成后，内部整包钢板，依据现场实际情况激光切割下料，预留观察孔、驾驶舱门、救护室舱门。座椅支撑骨架由钢板激光切割下料，侧面围钢板制作而成；座椅坐垫和靠背部分内部衬双层细木板，木板上面铺双层海绵，座椅套由人造革材料制作；座椅升降部分由直线导轨固定，导轨两端分别于上板及底板焊接固定，内部链接拉簧；座椅支架由钢板激光切割下料折弯成形，两部分由钢丝绳减震器链接。预留制式器材设备安装位置和固定支架，车载急救设备采取捆扎、减震措施，通过专用捆扎带、锁紧扣固定在设备托架上，安全可靠，每个支架下方还安装有专用的减震元件，通过钢丝绳减震器、尼龙绳拉紧器、物品网兜等可以消除振动。预留颠簸模拟平台接口，在底板下方均布设焊接法兰板，作为与振动平台连接的接口。

2.3 驾驶及场景模拟

根据训练需求，可加装装甲车驾驶训练模拟系统；为提升受训人员的环境真实沉浸感，可在驾驶舱前视野、后舱体两侧观察孔加装3D画面显示系统，通过环型幕及视景转移呈现不同战场环境的仿真立体场景，亦可呈现平坦、山路颠簸、上下坡、雨雪冰湿滑等典型野战路况场景[8]。

2.4 急救设备器材及战伤救护训练模拟

在实现野战路况颠簸体感模拟、车体及舱室内装模拟的基础上，通过车载急救实装设备器材、急救模拟设备2种方式，加装配齐装甲救护车全套急救装置，并与专用智能模拟人进行功能对接。通过伤情预设及随机生成、伤情判断与评估、救治策略选择、救治技术展开、救治效果评判等环节，既可实现装甲救护行动中的单人单项救治技术模拟训练，也可开展小组协同综合救治模拟训练，还可对整个训练的各技术要素与流程环节予以实时监控、同步指导和评测；通过自主模拟训练、实时指导评估、模拟训练考核等流程，实现救治思维策略与救治技能一体化训练、实操与模拟结合型人机交互训练与考评。

3 模拟仿真效果

目前，装甲救护车实体模拟训练器研制完成后，车体的外壳外形、颜色及主架结构、舱室、车内元器件组成、上装急救仪器设备与装甲救护车实装实载呈1∶1全要素仿真；所采用的轻型材料替代装甲、舱室内外仿真结构器件、全载上装急救仪器设备，总质量不低于4 t；加装的制式器材设备和固定支架、急救设备捆扎减震装置具备与实装相似的防震性能；气路、电路等接口可保障所有仪器设备正常运行；智能模拟人远程操控距离不小于50 m。在装甲救护训练与考核实践中，具备与实装相当的抗压、防雨、防尘、防锈等性能，车辆驾驶、车体展收、装甲救护组展开、急救仪器设备使用操作、一线救治技术实施等流程步骤与实装操作完全一致。

4 结语

装甲救护车实体模拟训练器属于战救专项训练用模拟装备器材，研发应用后适用于陆军合成部队、一线战救专业培训单位机构的装甲救护技术训练，预期可应用于全军各层次类别培训，展开战现场急救、护理技能操作、野战卫生车辆应用、卫生装备维修等课程教学及专业技能单项、综合训练，适于开展自主训练、比武竞赛、战场救护行动综合演练、卫勤综合演练、合成训练、联合演习等，可显著降低训练成本、提高训练效益，有助于快速达到人机、人装、战技结合的目的，解决部队全军各类施训机构及基层部队开展装甲救护车伴随保障训练装备有限的现实困难，为我军快速展开装甲救护训练提供重要平台。下一步，尚需在教学训练中检验装甲救护车实体模拟训练器的整体性能和实际使用效果，重点针对运动颠簸体感模拟的仿真度、车体耐磨性及内部组件的适用性，从材料选择、工艺设计、组装适配、人机结合等角度予以改造提升。