单位文秘网 2021-10-06 08:14:29 点击: 次
信息设备越来越多,相关的控制软件和通信协议也随之由相对简单变得日渐复杂,车辆的数字化由此推波逐浪,不断向前发展。面对现代化的数字化战场,人们坚信,要发展壮大现代化的陆军,就必须首先在车辆的数字化上大做文章,车辆的数字化是发展现代化陆军一个绕不过的坎。
车辆电子系统
“车辆电子系统”是人们模仿“航空电子系统”创造出来的一个新词,概指地面战斗车辆上安装的日益增多的电子设备。这些电子设备常被人为地划分为若干个子系统,通过综合各子系统的功能,实现数字化战场上的信息共享,以提高战斗车辆单车的总体性能和群体作战能力。车辆电子系统由实体设备和控制软件为支撑,由于它是实现车辆数字化的技术基础和必备条件,因此倍受人们的关注。
车辆电子系统早在10多年前就成为一个非常热门的话题,随着车辆数字化研究的不断深入,不同的研究阶段人们关注的重点也不完全相同:在最初阶段,人们关注更多的是有关系统框架结构方面的概念性研究,以后逐步转向各子系统的功能特征以及车辆电子系统的总体集成技术;而目前,关注的重点已经聚焦在具体技术细节上了。
现役的各种军用车辆中,除与发动机管理有关的电子设备外,大量其他电子设备也纷纷装车,即使是轻小型车辆也越来越多地安装了各种数字化系统。这对车载电源和专用电路提出了新的要求。与此同时,车辆电子系统中各个单体设备的功能也今非昔比了。就车载无线电台来说,其功能已远远超出了纯语言通信,不但承担各种各样的数据传输任务,而且还能借助于远距离和近距离观测装置捕捉到所需要的影像;其获得的所有重要信息不但可供车内乘员分享,还能发送给其他车辆,而且还能在指挥链路上上下传送,以供作战指挥人员和所有协同作战的人员共享。又如车辆主动防护系统:硬杀伤主动防护系统中的传感器和应变器,软杀伤主动防护系统中的传感器和干扰机都可以通过车辆电子系统与车辆中的其他设备互相连接,共享各种有用的信息;当传感器探测到威胁来临时,不但会及时向乘员告警,而且还会同时提示炮塔火控系统快速拦截(硬杀伤)或实施相应的干扰手段(软杀伤)。
车辆数字化的要素
由于车载电子系统整体性能的提升比它们在车内的急剧增加要缓慢得多,因此,在设计新一代军用车辆之初就必须考虑未来的发展潜力。目前,如何利用那些我们认为是最重要的系统,如战斗部件和传感器设备,对现有的车辆进行恰当而有效的升级改造以设法延长其使用寿命,已经成为各国军方人士普遍关心的问题。总结起来,有三个重要的因素影响着车辆电子系统升级改造的顺利实现,这就是:车内空间、电力供给和设备散热。与此同时,车载系统的电磁兼容性和联网能力也是必须重点考虑的问题。
车内空间
在车辆升级改造的过程中,当我们想要将某个设备安装到车内时,车内空间的不足有时令人头痛。电子设备的最小化是一个发展方向,但即便如此,仍然经常会有那些必须要硬塞进空间紧缺的车内的大量“黑盒子”,如意大利陆军的“箭”式步兵战车就是一个很好的例证。最近研制的“箭”式步兵战车被认为是一种介于传统与数字化换代之间的一代车辆,但其炮塔内却采取了复杂的配置方式。另外,为了能支持所有的数字化系统,“箭”式步兵战车的排长用变型车和连长用变型车必须采用7种不同的无线电台(尽管其电力供给和电磁兼容性均得到了较好的解决)。
在较小的车辆上,一种有效的解决办法是,将无线电台的发射/接收(RX/TX)部件从指挥控制面板上分离,在乘员舱内只保留后面的带有防护的部件,如英国的“黑豹”装甲车采用的就是这种方法。然而,这样有可能导致车内温度异常时出现一些问题:虽然乘员舱可以安装空调系统,但通常情况下货舱内是不允许安装的,这样有可能在某些情况下由于部件过热会干扰安全电路,导致系统关闭。
当必须将太多的部件强行安装到窄小的车内时,恰当地采用物理接口有时会发挥很大的作用。如车顶上太多的天线不便于武器站自由地完成射击操作,一个理想的解决办法是将这些天线集中安装在一个可旋转的部件上,这样不但可以确保天线的安全,而且使它们不至于妨碍射击操作。此外,一些侦察监视车辆还经常采用重新分配车内的所有线路、以及重新分配武器站瞄准传感器捕获图像传输的通道等办法。
电磁兼容性 当车辆内同时装有多个发射系统时,必须认真检验它们之间的电磁兼容性。车辆越小,有关电磁兼容性的问题往往越重要。而且,随着车辆玻璃表面积的增大,较小车辆中允许的EM波段级别的调节变得越来越困难,也越来越严格,从而使得其电磁兼容性的问题更加复杂。
电力供给车载电子设备/系统的增加意味着车辆的耗电量大增。这样,车辆制造商就要增大其车载交流发电机的功率。一些制造商认为,将单电压交流发电机与一个AC/DC变流器耦联在一起就可以为各种系统提供恰当的电力,因此,与双电压交流发电机相比,这可以说是一个更为灵活的解决方案。为了能在不增加电缆直径(也意味着不增加电缆的体积和重量)的情况下提高功率,许多制造商将电压从12V提高到了48V。尽管按照规定电压达到交流50 V应该已经是上限了,超过此值时必须提供安全防护,但某些制造商还是认为可以更高一些,甚至提高至100V。除此之外,在不更换车辆原有电一机元器件的前提下,也可用其他优化车载电源的方法。
设备散热
如上所述,车载电子设备/系统的增加意味着车辆的耗电量将会增大。而车辆耗电量的增大就意味着车内设备/系统的散热也会随之增加,从而破坏车内环境的舒适性,影响车载电子设备/系统的正常操作,甚至会由于局部温度过高而引发一些危险情况的出现。为此,解决车载设备本身的散热问题,配置散热性能高的车载散热器,在乘员舱内配置空调和风扇等在设计中都要优先加以考虑。在设计和制造车载电子设备的过程中尽可能多地采用定制的多层线路板是从源头上解决问题的好办法。因为在设计多层线路板时,可在各板层之间嵌入较大厚度(200~400微米)的钢材料散热板,可以有效地为封装在底板上的大规模集成电路(LSI)散热。
联网能力
车辆数字化的另一要素是所有车载系统的联网能力,而合适的数据传输总线的采用则是重中之重。众所周知,采用一种可满足性能要求的战场总线可以大大减少所需电缆的总长度。目前,用于车内联网的总线通常都是铜总线,只有主动防护系统要求超快速的反应时间,因此采用光缆进行联网。此外,由于炮塔内的定时数据传输要求极其严格,因此大多采用吞吐量
高达100兆/秒的Sercos总线。在联网的车载系统中,必须至少有一个是作为内部通信系统用的,这种系统通常由老式的单一语音载波器演变而来,成为当前的一种能分配话音、数据和图像的真正的网络装置。
车辆数字化改造方案
现阶段,一些可供选用的车辆数字化改造方案已经逐步被人们所熟知。如前面提到的车载电源电力供给方面,可供选择的成熟方案有以下几种:
BAE系统公司推荐的解决方案BAE系统公司针对“悍马”高机动多用途轮式车,推荐了一种基于45千瓦液冷式永磁发电机的解决方案,当发动机转速在650~900转/分之间时,该系统的输出功率最大可达到400 A/直流28 V。该公司推荐的另一个选择方案是采用一个交流208 V可输出功率变换器,在发动机速度为2 100转/分时,其输出功率可达到30千瓦。安装所推荐的电源管理组件时,不需要拆卸发动机或传动装置,现有的推进系统仍然保持原来的状态。
莫林公司的通用型改进方案英国莫林(Merlin)公司研制的通用型改进方案被称为军用车辆电池电源管理系统(VBMS),该系统结构简单,使用时可以快速地安装到任何一辆现有的或者新研制的车辆中。无论其车辆底盘安装的是哪种充电电源,该电池电源管理系统都可以确保可利用的电源全部都得到最佳的合理利用。VBMS系统的组成包括一个网络中心(由2~4个小型环保型铝皮电池组成)、一个通用窗口(可配置中央处理单元)和若干个网关(控制电池组之间的充电和放电)。该军用车辆电池电源管理系统的性能特征是可以控制交流发电机的功率输出、优化优先充电权、确保电池保持最佳状态。此外,该系统还与车载计算机连接在一起,可以提供与电池状况有关的全套信息。在其数据单元监视器上不但能显示电压,而且还能显示以百分比读数表示的剩余蓄电池容量,并可提供大量的可编程报警信息。
由于这种系统可以有效地管理充电电源,因此,可确保电力供给能在正确的时间、以正确的储存量和使用量流向正确的位置。该系统中所有电池的特征是:不具有或者仅具有非常微弱的伤害性;车长可持续不断地获得恒定的电力供给储备信息;在接口上装有“高需求量”电消耗装置(如环境管理系统),以便能打破舒适可操作性与战术可操作性之间的平衡。据悉,英国陆军已经将该军用车辆电池电源管理系统安装到其驻阿部队的“豺狼”和“丛林狼”车辆上。另有,其他几个不同的车辆数字化升级改造项目也在对这种车辆电池电源管理系统进行一系列的检测和试验。
在车内通信系统方面,可供选择的成熟方案如下:
哈利斯公司研制的车内通信系统
美国哈利斯公司在战术通信系统方面的研究成果举世闻名,其先进的无线电设备广泛应用在许多世界级的装甲车辆中。目前,该公司研制推出的RF-78001系统已成为当前车内通信系统方面的最佳解决方案,可以有效地应用于车内话音/数据通信、战术网络的连通,以及战斗管理系统的互连等。
RF-78001不但可为车内的所有乘员之间提供话音和数据连接能力,同时还能创建一种网络中枢将车内所有的通信系统连接在一起。该系统允许乘员通过高频、甚高频、超高频电台和卫星通信设备与车下人员、其他车辆,或者指挥中心进行通信联络。
RF-78001基于一个中央单元,可提供3种不同类型的乘员站:基本单元、自动拨号单元、键区显示单元。另有一个电话与告警单元可提供与一部模拟专用分组交换机或者一部野战电话的无缝隙连接。此外,还有一个扬声器单元可供使用。
泰利斯公司的车内通信系统法国泰利斯公司研制的车内通信系统也得到了许多国家的普遍认可。截止目前,该公司的索塔斯(Sotas)车内通信系统已销往28个国家。这种先进的车内通信网络系统可以与甚高频和超高频电台以及卫星终端外部传输系统连接,实现话音、数据和视频通信。此外,该系统还提供话音和IP(网际协议)网关功能,以便将内部通信系统连接到外部通信模式进行信息传输。每个乘员部可以拥有一个先进的乘员站,每个乘员站都接有一副附有传话器的耳机,乘员可以用它来控制话音信道和接/打电话。这些乘员站都具有噪音消除功能,以确保即使在嘈杂的环境中也能进行清晰的话音传输。此外,所有的乘员站还都与一个可提供电话会议的中央多媒体切换单元相连,可实现内部局域网切换和IP路由选择,以及外部通信等功能。
SotasM2和SotasIP是泰利斯公司最具革命性的新产品,其共同的特征是具有完美的多媒体功能和组网能力,不但可以在车内实现这些功能,而且可以借助于无线局域网在己方作战部队的车辆之间实现这些功能。这两种系统不但可以在一个单独的系统上提供话音、数据和视频服务,而且还可以作为一体化IP路由器和战术DNS,实现VIP服务和以太网切换。最近,该公司又为其SotasiP增加了一种智能化服务器,从而进一步提高了该系统的功能。据悉,瑞典最近已经选择了SotaslP系统,打算将其应用在本国基于IP的Komnod战术通信基础设施中。
针对未来数字化士兵系统协同操作的需求,如何为车辆增加一些简洁适用的一体化组件也日益成为人们关注的问题。目前,已经有不少公司开始积极地寻求一些切合实际的解决办法。未来士兵系统的发展意味着将来所有的步兵战车都必须备有一些适当的接口以供其使用。在这方面,法国萨吉姆公司研制的车载式蓄电池充电器可谓开了先河。目前,该公司正在提供一种可以安装在VAB和VBCI车辆上的一体化组件。该系统实际上是发挥蓄电池充电的功能,由一个精巧的配电单元和一个整体式蓄电池充电器组成,前者可确保根据再充电优先权重新分配电能。
结语
前面提到的适用于车辆数字化改造的系统仅仅是当前已经采用或可以采用的众多解决方案中的一小部分。需要说明的是,我们并不能说哪一种升级改造方案是最好的,因为车辆的类型和它必须安装的数字化电子装置的数量将在很大程度上决定着其应该采用哪一种升级改造方案,适合的就是最好的。
目前,越来越多的人更愿意将车辆看作是一种“平台”,其寿命中期的升级改造所涉及到的大多是车载电子设备的升级改造。这是因为各种电子系统的发展和更新速度是非常快的,先前那些原本性能优良的系统很快就被淘汰了。也正是由于这一原因,必须将现代车辆在电力供给、车内空间、散热制冷等方面的能力放在非常重要的位置加以考虑,以便尽可能地减少这些因素对车辆自身的影响,增强车辆的可改造性。
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