車輛集成設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)研究

胡江，馬謝

車輛集成設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)研究

胡江，馬謝

（成都錦逸恒信科技有限公司，四川 成都 610036）

車輛集成是系統(tǒng)集成領(lǐng)域中的最常見形式，應(yīng)用廣泛。系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)是車輛集成的重要環(huán)節(jié)，文章對底盤改造、布局設(shè)計(jì)、供配電設(shè)計(jì)、人-機(jī)-環(huán)境設(shè)計(jì)、安全性設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)、電磁兼容性設(shè)計(jì)、防雷設(shè)計(jì)、綜合布線設(shè)計(jì)、維修性及保障性設(shè)計(jì)等性能設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了描述，對其設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)要點(diǎn)和通用要求進(jìn)行了詳細(xì)闡述。進(jìn)一步的，針對系統(tǒng)中關(guān)鍵和重要的性能，提出了性能仿真技術(shù)的思路和基本方法，為提高集成車輛的綜合效能提供技術(shù)基礎(chǔ)和參考。

集成車輛；集成設(shè)計(jì)；裝車方案；仿真

前言

隨著當(dāng)今社會(huì)信息化和數(shù)字化程度的日益提高，電子信息系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用，大量集成于固定設(shè)施、車輛、艦艇、航空航天器等平臺(tái)。車輛平臺(tái)作為系統(tǒng)集成中最基礎(chǔ)和最泛在的平臺(tái)，在民用市場和軍用領(lǐng)域都有十分廣泛的應(yīng)用，如民用的移動(dòng)通信、商業(yè)運(yùn)輸、特種工程、災(zāi)害應(yīng)急、新聞采集、移動(dòng)指揮等，在軍用方面則包括C4ISR（指揮控制、通信、情報(bào)、監(jiān)視、偵察）和運(yùn)輸、保障、作戰(zhàn)等各類系統(tǒng)。

集成裝車并非簡單的功能設(shè)備堆砌，而是多系統(tǒng)的有機(jī)集成。在集成裝車的設(shè)計(jì)過程中，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)主要注重功能設(shè)計(jì)，以滿足任務(wù)系統(tǒng)的基本指標(biāo)為原則，而對性能設(shè)計(jì)的重視程度尚顯不足，尤其是在多學(xué)科跨領(lǐng)域的綜合性能設(shè)計(jì)方面，尚沒有標(biāo)準(zhǔn)要求和指導(dǎo)性規(guī)范。

通過梳理車輛集成設(shè)計(jì)的主要組成部分，分別描述其設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)要點(diǎn)和通用要求等，并針對系統(tǒng)中關(guān)鍵和重要的性能指標(biāo)，提出了多個(gè)性能仿真技術(shù)的思路和基本方法，進(jìn)而通過運(yùn)用設(shè)計(jì)手段提高集成車輛的綜合效能。

1 車輛集成設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 底盤改造

針對底盤和車體的任何改造都不能改變該原車底盤的通過性、行駛性、車輛安全性、機(jī)動(dòng)性等。

1.2 布局設(shè)計(jì)

布局設(shè)計(jì)分為外部布局和內(nèi)裝布局設(shè)計(jì)。

外部布局是以便于操作維護(hù)、保持底盤穩(wěn)定性、提高電磁兼容性和可靠性為原則，以充分發(fā)揮任務(wù)系統(tǒng)性能，降低人員操作強(qiáng)度、充分利用空間等為目標(biāo)而進(jìn)行的。

內(nèi)裝布局設(shè)計(jì)則是以系統(tǒng)設(shè)備的操作、互連關(guān)系、形體質(zhì)量參數(shù)等為依據(jù)，以完成既定功能、便于操作維護(hù)、保持底盤穩(wěn)定性、提高電磁兼容性和可靠性為原則，以良好機(jī)動(dòng)性能、友好人機(jī)界畫、空間充分利用、維修便利性、經(jīng)濟(jì)性等為目標(biāo)而進(jìn)行的。其人機(jī)工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括：

（1）操作的設(shè)備、行進(jìn)間需操作的設(shè)備安裝在工作人員方便操作的位置。

（2）質(zhì)量與體積大的設(shè)備應(yīng)盡量安裝在下部。

（3）設(shè)備的分布符合整車軸荷分配的要求。

（4）設(shè)備顏色相互協(xié)調(diào)。

對于內(nèi)部設(shè)備的安裝，主要分為上架安裝設(shè)備和臺(tái)面安裝設(shè)備，需對各類設(shè)備進(jìn)行分類布置和安裝，具體安裝要求如下：

（1）標(biāo)準(zhǔn)上架結(jié)構(gòu)的設(shè)備可直接安裝于19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)，非標(biāo)準(zhǔn)上架結(jié)構(gòu)的設(shè)備通過19英寸插箱過渡安裝。

（2）臺(tái)式安裝設(shè)備自帶有減振置的可直接安裝于操作臺(tái)面或機(jī)架上，若不帶減振裝置，可根據(jù)設(shè)備特性選擇是否設(shè)計(jì)專門的減振架。

（3）機(jī)柜是安裝和保護(hù)上裝設(shè)備的重要構(gòu)成，機(jī)柜的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)整車系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的重要組成部分。其對于排除各種復(fù)雜環(huán)境對設(shè)備的干擾，保證設(shè)備安全、穩(wěn)定、可靠地工作，為設(shè)備加裝防護(hù)措施和便利機(jī)構(gòu)，保障系統(tǒng)的高效使用。

1.3 供配電設(shè)計(jì)

通常，整車應(yīng)設(shè)計(jì)為既可使用外接市電或發(fā)電機(jī)的交流能源，也可使用車載UPS蓄電池組的直流能源，且各種供電方式能夠依據(jù)供電順序?qū)崿F(xiàn)無縫切換。對于整車系統(tǒng)的供配電分系統(tǒng)，有以下設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

（1）具備直流、交流供電方式，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換功能，供電優(yōu)先級從高至低分別為：市電、發(fā)電機(jī)、車載蓄電池組。

（2）車輛應(yīng)盡可能立足于獨(dú)立供電，并采用集中供電與分散供電相結(jié)合、直流供電與交流供電相結(jié)合的設(shè)計(jì)理念。

（3）供電裝置所產(chǎn)生的噪音、電磁發(fā)射和紅外輻射等應(yīng)有技術(shù)措施進(jìn)行處理，使對任務(wù)系統(tǒng)的影響減至最小程度，所產(chǎn)生的各種干擾不影響車載設(shè)備的電氣性能。

（4）對于車體對外的電源輸入輸出口，應(yīng)設(shè)計(jì)電源壁盒，其面板應(yīng)設(shè)置交流輸入接口、交流輸入開關(guān)、接地柱、交流避雷模塊、故障狀態(tài)指示燈等，并可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)交流輸出接口。其內(nèi)部應(yīng)有安全防護(hù)模塊，其基本設(shè)計(jì)包括電流型漏電保護(hù)、防感應(yīng)雷防護(hù)、過壓保護(hù)、漏電保護(hù)、輸入電源濾波，以及接地測量、聲光告警等功能。

（5）對于車內(nèi)電源分配，應(yīng)設(shè)計(jì)綜合電源或配電箱，基本功能包括電源輸入管理、輸出穩(wěn)壓和濾波、狀態(tài)顯示和告警等功能。

1.4 人-機(jī)-環(huán)境設(shè)計(jì)

整車系統(tǒng)的人-機(jī)-環(huán)境設(shè)計(jì)包括取暖制冷、通風(fēng)、照明、舒適性設(shè)計(jì)和可達(dá)性設(shè)計(jì)等方面。

（1）取暖制冷首先應(yīng)明確系統(tǒng)的最高和最低使用環(huán)境溫度、艙體尺寸和內(nèi)空尺寸、艙體傳熱系數(shù)、設(shè)備散熱功率、工作人數(shù)、換氣量等輸入條件，然后計(jì)算空調(diào)機(jī)所需的總制冷量（制冷總負(fù)荷）=P1（艙體內(nèi)外溫差傳熱）+P2（太陽輻射熱量）+P3（車內(nèi)電子設(shè)備散熱）+P4（人體散熱）+P5（新風(fēng)負(fù)荷），以及所需的總制熱量（制熱總負(fù)荷）=P1（艙體內(nèi)外溫差傳熱）+ P5（新風(fēng)負(fù)荷）-P3（車內(nèi)電子設(shè)備散熱）-P4（人體散熱）。將所需的總制冷/制熱量與車輛原配空調(diào)（包含主、副冷凝器）的標(biāo)稱制冷功率和制熱功率比較，若原配空調(diào)大于所需制冷/制熱功率，則可認(rèn)為底盤自帶空調(diào)能夠滿足整車取暖和制冷的需求，無需加裝空調(diào)。若不足以滿足需求，則應(yīng)基于取暖制冷的最低要求進(jìn)行計(jì)算，如取暖需在20分鐘內(nèi)從-20℃升溫至0℃，制冷需在10分鐘內(nèi)從46℃降溫至30℃，通過計(jì)算得出所需制冷量和制熱量，再根據(jù)結(jié)構(gòu)安裝條件選取適合的空調(diào)。

（2）整車應(yīng)根據(jù)原車配置照明燈情況和人員操作區(qū)照度需求進(jìn)行分析，若照度不足，則應(yīng)加裝直流LED燈源照明燈，由綜合電源或配電箱供電。燈源選擇應(yīng)根據(jù)光通量、配光曲線圖、距操作面距離等計(jì)算得到操作區(qū)光照強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)證。此外應(yīng)配置1個(gè)便攜式移動(dòng)應(yīng)急燈，用于車輛夜間維修時(shí)的照明。

（3）系統(tǒng)可達(dá)性設(shè)計(jì)應(yīng)包括：需要操作的設(shè)備及結(jié)構(gòu)件應(yīng)位于正常操作的活動(dòng)空間內(nèi)（根據(jù)GB/T10000《中國成年人人體尺寸》設(shè)計(jì)），顯示及指示設(shè)備應(yīng)處于觀測人員的視距范圍內(nèi)，應(yīng)急設(shè)備的安裝位置及固定方式應(yīng)保證操作人員的快速取放要求，可維修的設(shè)備與結(jié)構(gòu)件等應(yīng)充分考慮人員的操作空間及維修工具的行程空間。

（4）系統(tǒng)舒適性設(shè)計(jì)應(yīng)包括：常操作的設(shè)備與機(jī)構(gòu)應(yīng)確保足夠的操作空間與合理的視距范圍，設(shè)備、機(jī)柜、座椅及工作臺(tái)之間的尺寸關(guān)系符合正常通過或操作的人機(jī)關(guān)系，座椅能夠上下可調(diào)、前/后可調(diào)、背俯仰角度可調(diào)并配備安全帶，對體積較大或重量較重的設(shè)備應(yīng)設(shè)計(jì)配備省力機(jī)構(gòu)。

1.5 安全性設(shè)計(jì)

安全性是車輛加改裝和集成設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，主要包括電氣安全、機(jī)械安全、防火安全和防雷安全等方面。

（1）供電分系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)報(bào)警裝置，當(dāng)出現(xiàn)短路、欠壓或過壓等任一情況時(shí)，向操作者提供聲光報(bào)警，并自動(dòng)切斷電源。

（2）供電分系統(tǒng)應(yīng)具有電流型漏電保護(hù)和電壓型漏電保護(hù)，當(dāng)漏電流大于30mA，漏電開關(guān)動(dòng)作，切斷電源；當(dāng)車體地、告警地間漏電壓大于36V時(shí)，聲光告警并切斷電源。

（3）供電分系統(tǒng)應(yīng)具有過流和過壓保護(hù)，當(dāng)輸入交流電源的電流超過整車最大工作電流的125%時(shí)，或輸入電源電壓大于280V時(shí)，應(yīng)切斷電源。

（4）應(yīng)針對車內(nèi)電源線進(jìn)行強(qiáng)化固定，提高線路的整體剛性，防止振動(dòng)疲勞損壞。

（5）車內(nèi)電氣回路中所有帶電金屬部件應(yīng)加裝防護(hù)，所有接線端子加裝防護(hù)套管。供電系統(tǒng)的電纜線和導(dǎo)線，在承載能力、耐壓指標(biāo)及滿足使用環(huán)境方面應(yīng)有足夠的裕量設(shè)計(jì)。

（6）系統(tǒng)在防火安全方面需要進(jìn)行強(qiáng)化設(shè)計(jì)，包括艙內(nèi)壁采用防火材料，具有足夠的抗灼燒能力，車內(nèi)使用材料應(yīng)具有不自燃性和阻燃性，車內(nèi)艙內(nèi)配置滅火器具，在工作艙、駕駛艙和設(shè)備艙等主要部位均應(yīng)設(shè)置，并采用快鎖方式安裝，方便快速取放。

（7）對整車的機(jī)械安全，集成設(shè)計(jì)應(yīng)確保所有機(jī)械連接牢固可靠、不松動(dòng)，機(jī)柜和設(shè)備的外露部位、拐角、邊緣處均倒圓處理，車內(nèi)所有座椅均應(yīng)配備安全帶。

（8）整車應(yīng)具有感應(yīng)雷防護(hù)措施，分別在電源線、天饋線、信號線在車體入口處安裝避雷裝置。

（9）在車輛工作區(qū)域的高壓部位、高溫部位、機(jī)械危險(xiǎn)部位均應(yīng)在明顯位置安裝安全標(biāo)識，標(biāo)識格式可參考ISO 3864-2004《圖形符號——安全顏色和安全標(biāo)示》相關(guān)要求精心設(shè)計(jì)。

1.6 穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

車輛穩(wěn)定性是關(guān)系整車安全和機(jī)動(dòng)性的重要性能指標(biāo)，是車輛正常工作、乘員生命安全的基本保障。其設(shè)計(jì)原則是上裝設(shè)備、隨車附件以及駕乘人員的總質(zhì)量不能超過車輛底盤核定載重質(zhì)量。

車輛改裝后應(yīng)盡量保證原底盤的機(jī)動(dòng)性能，保持原底盤的整體結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)過程中應(yīng)合理分配設(shè)備布局，重點(diǎn)調(diào)配大質(zhì)量設(shè)備在車內(nèi)的分布，將大質(zhì)量設(shè)備的安裝盡量靠下，以降低重心。此外，應(yīng)在設(shè)計(jì)階段通過三維設(shè)計(jì)估算整車的質(zhì)心位置、軸荷分配、橫向穩(wěn)定性和縱向穩(wěn)定性，并通過配重等手段調(diào)整質(zhì)心。

1.7 電磁兼容性設(shè)計(jì)

車輛集成設(shè)計(jì)的電磁兼容性目標(biāo)應(yīng)至少包括：車內(nèi)所有設(shè)備同時(shí)工作時(shí)，整車系統(tǒng)能夠正常工作；在車門、車窗關(guān)閉的情況下，上裝設(shè)備滿負(fù)荷工作不危及車內(nèi)操作位人員和車輛的安全。

系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì)包括底盤電氣系統(tǒng)測試與防護(hù)加固設(shè)計(jì)、電子信息系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì)、信號互連及濾波設(shè)計(jì)、接地設(shè)計(jì)。

（1）系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)時(shí)即應(yīng)考慮電子信息系統(tǒng)的電磁兼容性。通過測量電磁發(fā)射特性和敏感度特性，對各電子設(shè)備進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，以N-N的形式遍歷預(yù)測分析得出全系統(tǒng)的耦合干擾矩陣。以此找出潛在的電磁兼容短板，進(jìn)而進(jìn)行干擾抑制設(shè)計(jì)，或降敏設(shè)計(jì)，或耦合路徑控制設(shè)計(jì)。

（2）整車信號互連及濾波設(shè)計(jì)，應(yīng)通過對車內(nèi)設(shè)備問各互連關(guān)系、接口類型、傳輸速率等進(jìn)行分析后，確定電源與信號線互連設(shè)計(jì)方案。通常，選用的射頻互連電纜應(yīng)在其工作頻段范圍的高屏蔽效能，低頻信號傳輸線應(yīng)盡可能選屏蔽線，屏蔽層應(yīng)與連接器金屬殼體360°電連接，避免出現(xiàn)“抽頭”；可采用屏蔽熱縮管或絲網(wǎng)編織帶在搭接處進(jìn)行導(dǎo)電連接；對于電源系統(tǒng)，應(yīng)采用雙線設(shè)計(jì)，地線與回線分開，免用車體直接作為電源回線，并根據(jù)設(shè)備類型和電源配置，綜合考慮結(jié)構(gòu)布局，利用濾波分線盒配電，避免上裝設(shè)備之間的因電源傳導(dǎo)而引起的互擾。

（3）車內(nèi)應(yīng)設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)。采用高電導(dǎo)率且耐環(huán)境適應(yīng)性的金屬材料作為地線匯集線，并在車內(nèi)與車體絕緣，僅在車輛系統(tǒng)接地點(diǎn)可靠相連。設(shè)備信號地線端子、安全地線端子、重要設(shè)備的防雷地線就近與該地線匯集線相連，連接導(dǎo)線應(yīng)采用多股銅芯線，地線匯集線與車體的系統(tǒng)接地點(diǎn)采用多股編織線連接。車外接地系統(tǒng)主要包括車壁接地端子和車外接地體。車壁電源壁盒內(nèi)應(yīng)至少設(shè)置車體地和測量地兩種接地端子，分別用于車體接地和監(jiān)測車體接地性能。

1.8 防雷設(shè)計(jì)

對于電子信息類車輛，尤其是集成了無線電通信系統(tǒng)的車輛，應(yīng)做好系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)。根據(jù)集成車輛的特點(diǎn)及其內(nèi)部電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體防雷設(shè)計(jì)，在保證任務(wù)系統(tǒng)正常工作的前提下，避免感應(yīng)雷擊對任務(wù)系統(tǒng)的影響。

防雷系統(tǒng)應(yīng)至少具備兩級防雷措施，分別是天饋系統(tǒng)防雷、電源及信號壁盒防雷。通過對天饋系統(tǒng)、電源回路、信號回路等加裝防雷模塊，并對整車進(jìn)行等電位連接，將系統(tǒng)感應(yīng)到的雷擊危害降低到設(shè)備能承受的范圍內(nèi)。防雷設(shè)計(jì)的要點(diǎn)包括：

（1）根據(jù)不同系統(tǒng)及線路的電氣特性、接插件形式、傳輸信號等參數(shù)，選擇與之相適應(yīng)的防雷模塊。防雷模塊就近接地，以保證泄放電流的途徑盡量短，讓產(chǎn)生的感應(yīng)雷擊能量在最短時(shí)間內(nèi)通過防雷接地系統(tǒng)泄放到大地。

（2）在電源線的引入端應(yīng)設(shè)置避雷器，防止遭受感應(yīng)雷擊時(shí)破壞供電系統(tǒng)及用電設(shè)備。當(dāng)供電線路有雷電侵入或出現(xiàn)操作瞬時(shí)過電壓時(shí)，防雷模塊立即導(dǎo)通，將雷電過電壓或瞬時(shí)過電壓限制在用電設(shè)備允許承受的電壓范圍內(nèi)，從而保護(hù)電子設(shè)備正常運(yùn)行。而當(dāng)雷電過電壓或瞬時(shí)過電壓結(jié)束以后，防雷模塊又迅速地恢復(fù)到高阻狀態(tài)，不影響供配電系統(tǒng)的正常工作。

（3）信號避雷器應(yīng)安裝在被保護(hù)設(shè)備前端，連接于信號輸入線兩端，當(dāng)傳輸信號線受到雷電感應(yīng)產(chǎn)生的過電壓時(shí)，過電壓、過電流迅速涌進(jìn)避雷器的泄放支路泄放到地，并將電壓、電流嵌住在設(shè)備允許的范圍內(nèi)，確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

（4）整車設(shè)計(jì)車體地、測量地接地端子，停車工作時(shí)通過地釘與大地連接，車內(nèi)布設(shè)低阻抗的地線匯集線，將系統(tǒng)所感應(yīng)的雷電能量通過接地系統(tǒng)泄放至大地，以保證人員和設(shè)備的安全。

1.9 綜合布線設(shè)計(jì)

整車的布線系統(tǒng)是信息流的物理體現(xiàn)，其設(shè)計(jì)基本原則包括：

（1）電源線纜與信號線纜盡量分開布設(shè)，以符合電磁兼容原則。電源線應(yīng)選用屏蔽電纜。傳輸?shù)皖l信號的線纜應(yīng)選用屏蔽線，雙絞線紐絞次數(shù)不低于每米23次。

（2）應(yīng)盡量考慮維修和操作方便，線纜布設(shè)長度應(yīng)留有一定余量。但冗余設(shè)計(jì)帶來的形變不應(yīng)對線纜造成損壞。

（3）車內(nèi)同路徑的線纜需成束捆扎，并在適當(dāng)位置進(jìn)行固定，保證線纜在車輛行駛、振動(dòng)等情況下不脫落。線纜與不規(guī)則的表面接觸時(shí)，采取防護(hù)措施。線纜在穿過金屬材料的孔洞時(shí)，孔洞處應(yīng)安裝防止磨損線纜的防護(hù)裝置。

（4）車內(nèi)布線盡量采用暗線方式和走線槽方式，走線槽的蓋板應(yīng)可快速拆卸，方便維修和更換線纜。在各段線槽外部明顯位置應(yīng)設(shè)置標(biāo)識，標(biāo)明在此段線槽中布設(shè)的線纜編號，以便于線纜的檢查、維護(hù)與整理。

（5）對于線纜的電氣安全性，應(yīng)做到交流電源線之間及交流電源線對車體之間，能承受直流電壓1500V（門限電流1mA）在1分鐘時(shí)間內(nèi)不擊穿；直流電源線之間及直流電源線對車體之間，應(yīng)能承受直流電壓500V（門限電流1mA）在1分鐘時(shí)間內(nèi)不擊穿；信號系統(tǒng)的導(dǎo)線、電纜和接插件應(yīng)能承受直流電壓500V（門限電流1mA）在30秒時(shí)間內(nèi)不擊穿。

（6）車內(nèi)設(shè)備接地線與車體應(yīng)保持良好接觸，設(shè)備接地端到車體地接線端子間的電阻應(yīng)不大于20mΩ，所有屬于電氣連接的點(diǎn)，其搭接直流電阻值應(yīng)不大于2.5mΩ。

1.10 維修性、保障性設(shè)計(jì)

（1）在維修性設(shè)計(jì)方面，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上做到維護(hù)修理可達(dá)性強(qiáng)，便于各上裝設(shè)備的維修和更換，且安裝和拆卸盡量不使用專用工具。檢查點(diǎn)、測試點(diǎn)、檢查窗應(yīng)布置在易于接近的位置，測試點(diǎn)、標(biāo)記控制點(diǎn)及顯示點(diǎn)應(yīng)設(shè)計(jì)在明顯的位置，顯示及指示應(yīng)設(shè)計(jì)于觀測人員的視距范圍內(nèi)。

（2）在保障性設(shè)計(jì)包括使用保障性和維修保障性。使用保障設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能地利用現(xiàn)有的保障資源，如采用統(tǒng)一的保障設(shè)備、備品備件、維修工具等；盡可能地采用成熟的技術(shù)，如降額設(shè)計(jì)和熱設(shè)計(jì)等減少故障的概率；各種組部件采用模塊化設(shè)計(jì)，縮短維修時(shí)間，且在安裝、排列布局上充分考慮人機(jī)工程，配備必要的維修工具和儀表。維修保障性設(shè)計(jì)應(yīng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的保障資源，包括隨配各種使用手冊、維修手冊、組件清單和履歷書等技術(shù)資料；隨車應(yīng)配備必要的備件，備件清單詳細(xì)準(zhǔn)確，備件包裝和存放合理；在集成車輛出廠文件中標(biāo)明提供關(guān)鍵零部件供方單位的名單。

2 集成車輛關(guān)鍵性能仿真技術(shù)

仿真設(shè)計(jì)技術(shù)在國內(nèi)已應(yīng)用多年，它能夠?qū)夹g(shù)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效的預(yù)估并指導(dǎo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。但目前的成熟應(yīng)用主要在個(gè)別要素設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，如：結(jié)構(gòu)應(yīng)力仿真、熱設(shè)計(jì)仿真等，一定程度上促進(jìn)了科學(xué)化設(shè)計(jì)的進(jìn)步。但可靠性仿真、保障性仿真、安全性仿真、虛擬裝配視景仿真等單學(xué)科仿真則相對滯后。各個(gè)學(xué)科只注重本學(xué)科的技術(shù)指標(biāo)最優(yōu)，而各個(gè)學(xué)科技術(shù)指標(biāo)往往相互矛盾。目前還缺乏對多學(xué)科技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行折衷平衡手段和協(xié)同優(yōu)化仿真軟件，而且還缺乏一套對這些仿真結(jié)果進(jìn)行科學(xué)權(quán)衡的機(jī)制。

車輛綜合效能仿真設(shè)計(jì)是融合諸多相關(guān)領(lǐng)域的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法、先進(jìn)仿真手段、先進(jìn)評價(jià)技術(shù)來進(jìn)行車輛集成設(shè)計(jì)的綜合應(yīng)用技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)在車輛各性能指標(biāo)的量化分析基礎(chǔ)上將集成對象進(jìn)行全數(shù)字化建模、在設(shè)計(jì)手段上利用數(shù)字化模型進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)以及數(shù)字化仿真，最終形成各項(xiàng)性能指標(biāo)的量化計(jì)算結(jié)果。集成對象的數(shù)字化模型通常涵蓋對象的尺寸、重量、功耗、材料以及各項(xiàng)性能參數(shù)等屬性，這些屬性作為各類仿真設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)信息導(dǎo)入相應(yīng)的仿真與評價(jià)系統(tǒng)中，結(jié)合設(shè)計(jì)的具體方案進(jìn)行各類仿真、評價(jià)與優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而得到綜合性能最大的設(shè)計(jì)方案。綜合效能仿真設(shè)計(jì)主要包括以下方面：

2.1 系統(tǒng)電氣特性仿真設(shè)計(jì)

基于物理原型對車輛電源系統(tǒng)的各個(gè)子部件進(jìn)行建模，從而進(jìn)行整車電源系統(tǒng)的一體化系統(tǒng)仿真和優(yōu)化，包括對車輛在直流電源系統(tǒng)瞬態(tài)特性情況下的紋波電壓、浪涌電壓、尖峰脈沖電壓、起動(dòng)擾動(dòng)電壓等特性進(jìn)行仿真分析，進(jìn)而對車輛供配電系統(tǒng)與設(shè)備用電進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.2 系統(tǒng)熱仿真設(shè)計(jì)

對集成系統(tǒng)的熱環(huán)境進(jìn)行模擬，通過分析系統(tǒng)的溫度場和流場的分布情況，以及大發(fā)熱量設(shè)備在工作時(shí)的溫度分布，進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)熱傳導(dǎo)和熱輻射優(yōu)化，設(shè)計(jì)空氣對流通道，從而優(yōu)化系統(tǒng)的環(huán)境控制能力和可靠性。

2.3 系統(tǒng)照度仿真設(shè)計(jì)

采用專業(yè)照度仿真的方法，通過在系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)中配置照明參數(shù)、內(nèi)部材料以及照明器具的位置等，對全局照明進(jìn)行仿真計(jì)算，并對燈源選擇及其布局位置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，為集成車輛提供最佳的人機(jī)操作環(huán)境和舒適性。

2.4 系統(tǒng)噪聲仿真設(shè)計(jì)

結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)結(jié)構(gòu)件、裝飾件和上裝設(shè)備的材料及布局，通過模擬分析噪聲問題產(chǎn)生的根源，控制振動(dòng)結(jié)構(gòu)的輻射噪聲，在集成設(shè)計(jì)中優(yōu)化車輛系統(tǒng)的環(huán)境品質(zhì)。同時(shí)，將結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)載荷和一系列結(jié)構(gòu)模態(tài)作為輸入條件，計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)的表面振動(dòng)，基于這些結(jié)果計(jì)算得出人員操作位的總輻射噪聲和聲壓級別，從而進(jìn)一步減少對人員的心理影響和生理影響。

2.5 系統(tǒng)集成工藝仿真設(shè)計(jì)

對系統(tǒng)集成實(shí)施過程中的焊接與熱處理工藝進(jìn)行仿真，綜合考慮焊接過程中的電磁、熱、金屬學(xué)、結(jié)構(gòu)、擴(kuò)散析出等因素的多物理場模擬，真實(shí)模擬車輛集成中焊接導(dǎo)致的熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力、塑性應(yīng)變等，設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮車輛集成加工熱處理過程中的物理現(xiàn)象，以保證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和機(jī)械安全性。

2.6 系統(tǒng)電磁兼容性仿真設(shè)計(jì)

在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)本著理論分析與實(shí)際測試相結(jié)合的原則，采用基于計(jì)算電磁理論的系統(tǒng)電磁兼容仿真方法，對系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的模擬仿真，將計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行對比，修改分析模型，預(yù)設(shè)計(jì)各種電磁發(fā)射抑制措施。實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常需要進(jìn)行多次“仿真→設(shè)計(jì)一測試→改進(jìn)設(shè)計(jì)→仿真驗(yàn)證一測試”的反復(fù)過程，并不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)，最終達(dá)到系統(tǒng)要求。

天線作為無線電設(shè)備的收發(fā)通道，以發(fā)射電磁波的接收電磁波為主要功能，因此電子信息系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是無線電的干擾控制。天線布局設(shè)計(jì)的主要依據(jù)包括天線輻射方向圖、天線間耦合度等。天線間的耦合度越大，相互耦合就越強(qiáng)，產(chǎn)生的相互干擾也越強(qiáng)；而實(shí)際裝車條件下的方向圖反映了相應(yīng)上裝天線在不同方位上的增益變化，直接影通信距離，需要避免出現(xiàn)在某一方向的方向圖畸變嚴(yán)重的情況。因此，天線布局設(shè)計(jì)應(yīng)以減小耦合度為目標(biāo)，并綜合天線的方向圖分析得出最優(yōu)的布局方案。

對于系統(tǒng)工作時(shí)的電磁輻射危害，應(yīng)在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行仿真預(yù)估和控制，以保證人員和燃油的安全?？赏ㄟ^對系統(tǒng)建立三維模型和數(shù)字模型，利用全波電磁仿真分析的方法，計(jì)算大功率無線電系統(tǒng)工作時(shí)的電磁場分布，從而在設(shè)計(jì)階段找出車內(nèi)、車外可能存在的輻射超標(biāo)區(qū)域，并通過優(yōu)化系統(tǒng)布局或天線布局，以低成本的方式達(dá)到電磁屏蔽處理的效果，避免潛在的電磁輻射危害

3 結(jié)論

通過提煉總結(jié)集成裝車設(shè)計(jì)中的技術(shù)要點(diǎn)，給出了各設(shè)計(jì)點(diǎn)的設(shè)計(jì)原則和通用要求，并在此基礎(chǔ)上引入了綜合效能仿真設(shè)計(jì)，為提升集成車輛的綜合效能提供了解決思路和技術(shù)基礎(chǔ)，對車輛系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)借鑒意義和參考價(jià)值。

[1] 馬謝.系統(tǒng)電磁兼容仿真[D].成都:電子科技大學(xué),2010.

[2] 馬謝,沈冬遠(yuǎn).機(jī)動(dòng)通信系統(tǒng)的電磁環(huán)境效應(yīng)分析與控制[J].通信技術(shù),2013(7):146-150.

[3] 王紅.電磁兼容在通信設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].通信技術(shù),1996 (3):36-40.

[4] 白同云.電磁兼容設(shè)計(jì)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2001:113- 119.

Study of vehicle integration design and simulation techniques

Hu Jiang, Ma Xie

（Chengdu Jinyihengxin Technology Co., Ltd., Sichuan Chengdu 610036 )

Vehicle integration is the very common in the field of system integration. System performance design is a significant part in the whole process of system integration. This paper describes the key points of performance design including modification of vehicle chassis, design of layout, design of power supply and distribution, design of human-machine-environment, design of system safety, design of electromagnetic compatibility, design of protection against lightning, design of cabling system, and design of maintainability and supportability. Detailed descriptions about design principles, design essentials and general requirements for these key points are presented. Furthermore, for the critical performances of the system, ideas and basic methods of performance simulation techniques are proposed. For improving the comprehensive performance of integrated vehicles, this paper provides the technical bases and references.

Integrated vehicle; Integration design; Vehicle integration scheme; Simulation

U462

A

1671-7988(2019)18-70-05

U462

A

1671-7988(2019)18-70-05

胡江，學(xué)士，高級工程師，就職于成都錦逸恒信科技有限公司，研究方向：車輛集成與電子電氣設(shè)備維保等。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.024