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美国未来战斗系统的车辆电子技术(下)

发布时间:2016-01-10   浏览数:215


车辆电子的控制

      每辆车上的一个重要的车辆电子部件就是人机接口(WMI),其计算机程序具有如下特征:网络作战功能、无人车辆控制、运动中连通和具有可反馈信息至网络系统的嵌入式训练。

      WMI是未来战斗系统作战指挥软件的四种应用之一,它与任务规划和准备、态势理解、作战指挥与任务执行并驾齐驱。

      这些软件的显示图像与每一个士兵的任务相匹配,所以FCS车辆驾驶员将看到360°的全景图像,并增加了实时提示、发动机状态、车速和其他测量仪器。同 时,车长将看到一幅显示威胁、友军、地形、目标、沿途导航点和传感器位置的三维地图。另一名士兵将用WMI来监视威胁告警系统的维修日志和备份显示器的状 态。

      通过共享系列车辆电子数据,士兵可调节FCS的实际能力,以便通过改进态势感知来避免与敌军遭遇;通过隐藏声学和红外信号来避免探测;通过采用诱骗和干扰 器来避免信号捕获;通过车辆电子对抗来避免被击中;通过较好的装甲来避免被击穿以及通过采用备用系统来避免车辆被摧毁。

车辆电子由硬件向软件演变

      目前,车辆电子的发展呈现出由硬件向软件的发展趋势。这种趋势在商业领域也存在,据通用汽车公司称,软件成本占车辆总成本的1/3,至2010年,每一辆车的软件代码将达到1亿行。

      FCS正在遵循同样的设想,这是因为软件比硬件电路更灵活,后者易因温度或者空气质量改变而出现故障。软件能够提供更多功能,过去车辆仅能确保正常的道路 行驶,而现在车辆可提供天气、交通和导航等功能。在军事领域,车辆是通信系统的一部分,这对于敌我识别至关重要。

      FCS网络将把18种有人和无人运载工具与士兵和指挥官相连接。

      同样,最新的车辆电子系统依赖车辆外的网络连通性。事实上,在商业应用领域,装备OnStar网络的车辆允许驾驶员请求指示或者要求派遣救护车,在军事应用领域,则可把单独车辆连接进行集中指挥和控制。

      车辆内部网络也很重要。如果FCS平台的部分电子设备被摧毁,则车辆能够自救,还可继续执行任务,这是因为车辆具有可执行不同任务的多种车载计算机,每一辆FCS车在制造时都设有备用的计算中心。

      航空电子设备的设计人员采用相同的方法。据海军称,他们已限制了作战飞机的空间和电池功率。过去,通常是一台计算机用于执行X功能,另一台计算机用于执行Y功能,而现在则使用少量可执行任何工作的通用计算机。

      喷气式战机可在空战中动用所有计算机资源来执行关键任务,如识别目标和避开来袭导弹,而在作战之后也将应用所有的资源来计算最佳作战路线,以对地面目标投放弹药。

未来战斗系统的维修

      网络化的车辆电子通过提高训练和维修,也能提供作战之外的其他重要用途。

      FCS车辆乘员能够在用于作战的同一辆车上进行训练,并在前往作战地点的途中演习特殊任务。之所以如此,这是因为训练系统已嵌入FCS平台,从仿真传感器 数据和各种仪器使用到可通过网络进入的外部训练仿真,允许乘员在演习中与其他车辆,如陆军的“近战战术训练器”(CCTT),或者士兵仿真器等,一起进行 训练。

      同样,网络化的车辆电子将提高每一辆车的后勤和维护能力。维护人员将能够使用更多的通用部件、通用电子连接器、嵌入式诊断传感器、易接近的模块化部件和嵌 入平台的维修手册等。由于每一辆车能够监视其自身系统并通过网络共享数据,基地的维修人员将能够准确预测需要更换的零件。

车辆电子的轻量化

      FCS车辆将通过无线网络共享实时传感器数据和战场态势感知,但是车辆电子设计人员也面临更多的设计挑战,其中针对于每一种有人地面车辆的车辆自身控制就是设计人员所面临的工程挑战。

      据美国通用动力公司地面系统分部FCS项目有人地面车辆主要负责人介绍,FCS车辆要求能够用C-130运输机空运是其面临的巨大挑战,所以设计人员需要 缩减结构、机械系统甚至发动机以满足要求,其研发团队原准备于2005年8月授予一项有关牵引驱动系统的合同,混合电驱动能够把传统柴油机的机械能转换为 电能,然后由此驱动车辆。同时,他们正与供应商联合开发一种新型锂离子电池,要求其能量密度足够高以提供600V电压,并具有2kWh的容量,其重量仅为 350kg。此电池将被用于启动发动机,并且不进行功率分配,这是因为电池在本质上而言是用于静默行驶的大型电容器,可提供车辆静默行驶时需要的推进能 量。

      FCS车辆设计为由高效柴油机和电池驱动,可以仅使用静默电池,或者在需要提速时采用这两种能源。车辆车速一般规定为72km/h,而在需要加速时,则车速可达到80~90 km/h。

      车辆电子设计人员将采用用于功率分配的新型功率伸缩总线(Power Flex Bus),来缩减车辆电子的重量和体积。

      该电子部件将采用扁平电缆而非圆形电缆,作为感应系数小的长寿命电容器,可提供固有的噪声抗干扰性能,这对于FCS车辆非常重要,这是因为这些车辆采用了很多电动伺服电动机,造成大量电磁干扰。

      这些电子部件就是基于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的高密度配电设备,本质上而言是电路短路器,其重量和体积是用在“艾布拉姆斯”坦克和“布雷德利”战车上的配电箱的重量和体积的1/4。

      FCS车辆的车辆电子将主要采用600V电缆,也包括采用28V电缆的旧电子部件。车辆电子设计人员更倾向于采用600V电缆,通过采用高压电线以较少的电流来输送相同的功率,以降低重量。

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