孟曉東，鄭靜晨，李明，趙輝，閆翀，楊林波，徐冬

1.武警總醫(yī)院，北京 100039；2.南陽二機石油裝備集團股份有限公司，河南 南陽 473006；3.南陽二機車輛制造有限公司，河南 南陽 473006

引言

十八大以來，我國對全民醫(yī)療保障體系提出了更高要求，為完善醫(yī)療下鄉(xiāng)、醫(yī)療扶貧及臺風、地震、海嘯等突發(fā)重大自然災(zāi)害時快速醫(yī)療應(yīng)急機制，以及越來越多的國際醫(yī)療救援服務(wù)，使我國災(zāi)害醫(yī)學救援裝備技術(shù)面臨諸多挑戰(zhàn)[1-2]，梳理制約現(xiàn)階段我國重大災(zāi)害現(xiàn)場救援移動醫(yī)院運行與發(fā)展，而國內(nèi)現(xiàn)有移動式醫(yī)院裝備研究主要以集成創(chuàng)新和引進創(chuàng)新為主，整體結(jié)構(gòu)與功能處于世界技術(shù)發(fā)達國家中流水平[3]，自主創(chuàng)新和原始創(chuàng)造能力亟待提高，代表世界前沿技術(shù)的標志性裝備亟待研發(fā)。該項目主要是針對我國災(zāi)害現(xiàn)場救援移動醫(yī)院方面的瓶頸，研發(fā)大擴展比智能拓展車載方艙醫(yī)院[4]。

針對國內(nèi)外重大災(zāi)害救援現(xiàn)場大批量傷員面臨醫(yī)療救治的問題，按照“第一時間把醫(yī)院送到災(zāi)害一線”的理念和“災(zāi)害現(xiàn)場三級醫(yī)療救治體系”架構(gòu)[5]，將先進的醫(yī)療設(shè)備帶到災(zāi)害現(xiàn)場，結(jié)合現(xiàn)代數(shù)字智能化技術(shù)、電氣自動化控制技術(shù)，基于大擴展比智能拓展車載方艙對“空運投送、快速部署、快速展開”的使命要求[6]，提出一種新型的自動支撐調(diào)平系統(tǒng)，保證整車具有超大擴展比，符合我國運20航空運輸要求，滿足車輛在高原、高寒、高濕熱等復雜環(huán)境的使用[7]。

該研究突破傳統(tǒng)液壓僅有四點調(diào)平的局限和不足，不僅底盤四點調(diào)平控制是純電動支腿控制器控制，還配備滑道電動展開、支腿調(diào)平控制，控制系統(tǒng)完全自動化、一體化，不僅使醫(yī)療方艙車的安全性、可靠性大大提升，保障各種精密醫(yī)療設(shè)備穩(wěn)定運行，全自動一鍵調(diào)平更是簡化了操作流程，擴展效率更高，大大提升了自動化效果，使得車載醫(yī)療方艙領(lǐng)域自動化調(diào)平邁向新的一步[8]，電動能源的清潔減少環(huán)境污染，也給大擴展比智能拓展車載方艙今后的發(fā)展提供了更大的空間。

1 自動支撐調(diào)平系統(tǒng)原理介紹及構(gòu)成

大擴展比車載醫(yī)療方艙自動支撐調(diào)平系統(tǒng)是新型的電動自動化支撐調(diào)平設(shè)計，所有支腿和滑道的伸縮都完全通過電氣自動控制，每一級伸縮支腿都配備有小型電機，通過電機的工作螺旋上升或下降。大擴展比智能拓展車載方艙底盤及各級滑道最外端均配有傾角傳感器[15]，用于測量水平角度，同時反饋數(shù)據(jù)給控制器，幫助控制器調(diào)整支腿高低，達到整車和大擴展方艙的水平一致。

該系統(tǒng)主要包括3個部分：① 整車主支腿及滑道支腿擴展調(diào)平系統(tǒng)；② 車前后部艙體大擴展后支腿的調(diào)平系統(tǒng)；③ 信號指令支腿撤收系統(tǒng)。其中，車前后部艙體大擴展后支腿的調(diào)平系統(tǒng)是國內(nèi)首創(chuàng)最新研究。自動支撐調(diào)平系統(tǒng)利用傾角反饋+模擬控制算法的找平模式；實現(xiàn)既可降低購置找平系統(tǒng)產(chǎn)品或?qū)I(yè)開發(fā)所需成本，又可增加產(chǎn)品附加性能并對競爭對手形成技術(shù)優(yōu)勢的找平功能方案，達到一體化控制的目的。

2 自動支撐調(diào)平系統(tǒng)原理介紹及構(gòu)成

2.1 整車主支腿及滑道支腿擴展調(diào)平系統(tǒng)

2.1.1 整車主支腿調(diào)平系統(tǒng)控制

首先，為了保證系統(tǒng)在不同環(huán)境，不同地面情況下主支腿調(diào)平的有效使用，需要在主支腿伸出時先進行虛腿調(diào)平。

虛腿調(diào)平通過壓力傳感器反饋，當壓力反饋值大于設(shè)定參數(shù)時，系統(tǒng)得到反饋并對主支腿調(diào)平。需要說明的是，在不同的地面情況下運行本系統(tǒng)，系統(tǒng)得到著地信號后，地面情況就已經(jīng)知道，以前調(diào)試得出的導軌的變形量和誤差量不會發(fā)生變化，所以支腿走出相應(yīng)的行程就可以適應(yīng)不同地形。

整車主支腿調(diào)平采取的控制原理方法為“四點支撐追逐式調(diào)平”[9]。其原理是指當判斷出現(xiàn)最高支腿后，該最高支腿不動，其余3個支腿同時上升，以最高支腿為準，先達到水平角允許范圍一側(cè)的支腿先停止升高，另一水平角達到允許范圍后停止兩支腿的上升[10]。

設(shè)主支腿未展開的前后中心軸為x軸，左右對稱為y軸，支腿展開后，設(shè)各支腿坐標為A（x0，y0，z0）、B（x1，y1，z1）、C（x2，y2，z2）、D（x3，y3，z3），其中根據(jù)雙軸傾斜傳感器的檢測結(jié)果，定義左右傾角α和前后傾角β均為正值的支腿坐標A點，然后按順時針方向?qū)⒏髦茸鴺硕x為B、C、D點。假設(shè)其中一個支腿底盤最高點為A，即以A固定，調(diào)整剩余B、C、D 3點，以達到最終水平一致。

利用公式假設(shè)A固定：若α＞0，β＞0，α↑，β↑

Bb=L1×tgα

Cc=Bb+L2×tgβ=Bb+Dd

Dd=L2×tgβ

其中，L1、L2、L3為AB、AC、AD距離，Bd、Cc、Dd為B、C、D根據(jù)A點支撐調(diào)整的垂直距離。

最終，通過傾角傳感器將整車底盤調(diào)整為水平，最高精度可達到±0.5°[11]。

載荷主支腿選用的為電動支腿，與液壓支腿有較大優(yōu)勢，調(diào)平過程快速平穩(wěn)，精度高，擁有自鎖性能，超大靜載荷，能滿足醫(yī)療綜合處置車長時間放置的要求。主支腿調(diào)平所使用的傾角傳感器需要安裝在車輛大梁上，安裝位置要求盡量靠近4個支腿的安裝中心。傾角傳感器配顯示傳感器，調(diào)平過程前中后可顯示車輛傾角，安裝位置，見圖1。

圖1 主支腿安裝位置和雙軸傾角傳感器安裝位置

2.1.2 滑道支腿擴展調(diào)平控制系統(tǒng)

該控制系統(tǒng)獨創(chuàng)了電動滑道支腿伸縮導軌的支腿調(diào)平。和以往只會將滑道支腿和底盤作為一個平面來單一調(diào)平作為區(qū)別[12]，該系統(tǒng)更為復雜和智能，車載醫(yī)療方艙的前后部多級滑道支腿都可作為獨立平面進行單獨調(diào)平，最終系統(tǒng)將多個不同支腿平面與底盤平面調(diào)平一致。

大擴展比智能拓展車載方艙前艙左右滑道為單級滑道，支腿位于滑道外端部，共4個支腿，后艙左右為三級大擴容伸縮滑道，每個滑道上安裝3個支腿，每級滑道支腿均配有電動支腿，傾角傳感器都安在各級滑道最外側(cè)。前后滑道支腿伸出設(shè)計圖，見圖2～3。

滑道伸出工作流程為：前艙和后艙一起工作作業(yè)，前艙左右滑道伸出完成后，電動支腿開始工作伸出，當支腿著地后，通過左右兩端最外側(cè)的傾角傳感器同時進行與整車底盤的水平角度調(diào)節(jié)反饋，當左右兩個支腿與底盤水平一致后，前艙一級滑道調(diào)平結(jié)束。前艙滑道支腿自動調(diào)平伸出流程，見圖4。

圖2 前支腿滑道伸出設(shè)計圖

圖3 后支腿滑道伸出設(shè)計圖

圖4 前艙滑道支腿伸出自動調(diào)平圖

同時，后艙三級滑道也在逐級調(diào)平，首先當一級滑道完全伸出后，一級支腿開始伸出并進行與車底盤進行水平調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)完畢后，再伸出二級軌道，同樣二級支腿伸出完成后，與車底盤進行水平調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)完畢，再伸出三級軌道，三級支腿按照同樣的方式進行調(diào)節(jié)。后艙滑道支腿的調(diào)平伸出流程，見圖5。

車前后部左右大擴容導軌支腿伸出完畢最終效果，見圖6。可以看到紅色標注為8個傾角傳感器各分布在前后左右支腿的最外端，傳感器時刻保持通電狀態(tài)，檢測水平傾角變化，一旦達到失平狀態(tài)，傳感器反饋信號給系統(tǒng)報警，操作人員可根據(jù)接收的信息，通過信號指令調(diào)平相關(guān)支腿，以保證每一級的支腿水平平面與底盤平面保持一致。藍色標注為道支腿電機，可以看到每級都有專門電機，各個電機工作不受影響，可以同時多點自動調(diào)平，使系統(tǒng)更智能化。

圖5 后艙滑道支腿伸出自動調(diào)平圖

圖6 車前后部左右大擴容導軌支腿伸出效果圖

2.2 車前后部艙體大擴展后支腿的調(diào)平系統(tǒng)

當左右前后艙體擴展開后，艙體因重力作用，主支腿和各級滑道支腿肯定會有不同程度的傾角水平偏移，系統(tǒng)通過傾角傳感器反饋的數(shù)據(jù)對主支腿和滑道支腿進行判斷，并逐級進行對其進行調(diào)整，調(diào)整順序為：主支腿調(diào)平—前后一級支腿調(diào)平—后二級支腿調(diào)平—后三級支腿調(diào)平。系統(tǒng)可根據(jù)實際情況進行判斷，當傳感器反饋數(shù)據(jù)在水平位后，系統(tǒng)自動停止調(diào)平，無需做完所有步驟。艙體大擴展后支腿調(diào)平流程，見圖7。

2.3 信號指令支腿撤收系統(tǒng)

滑道縮回工作流程為：前艙左右支腿收回，前艙一級滑道收回。同時段，后艙左右第三級支腿收回后，后艙第三級開始滑道收回，然后后艙左右二級支腿收回，后艙二級級滑道收回，最后，后艙左右一級支腿收回，后艙一級級滑道收回完畢。信號指令支腿撤收流程，見圖8。

3 大擴展比車載醫(yī)療方艙自動支撐調(diào)平系統(tǒng)應(yīng)用實現(xiàn)

該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于在車載醫(yī)療方艙設(shè)備上，并取得的非常好的顯著效果。全車配備車載控制器箱，可以通過按鈕開關(guān)進行主支腿調(diào)平和大擴展滑道支腿調(diào)平。并且，方艙自動支撐調(diào)平系統(tǒng)可與方艙多級擴展系統(tǒng)進行一體化的集成控制，通過無線遙控功能，實現(xiàn)整車一鍵式支撐、調(diào)平、擴展等功能。另外，全車還自帶應(yīng)急發(fā)電機組及光伏發(fā)電設(shè)備，能在網(wǎng)電出現(xiàn)故障時，進行應(yīng)急反應(yīng)，作為臨時供電電源使用，保護醫(yī)療設(shè)備和醫(yī)療手術(shù)不間斷進行。

圖7 艙體大擴展后支腿調(diào)平流程圖

圖8 信號指令支腿撤收系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)主要控制元件部分安裝在兩件標準4 U機箱，分別控制調(diào)平主支腿和滑道支腿，其中還包含主支腿一鍵調(diào)平和滑道支腿一鍵調(diào)平，充分實現(xiàn)電控自動化作用。控制操作集成在控制觸摸屏上，操作人員通過觸摸屏上進行自動支撐調(diào)平的控制。

4 總結(jié)

大擴展比車載醫(yī)療方艙自動支撐調(diào)平系統(tǒng)是純電控支腿調(diào)平系統(tǒng)，首次應(yīng)用在大擴展比車載醫(yī)療方艙車上，該系統(tǒng)集成了整車調(diào)平、滑道擴展、滑道調(diào)平等功能[13]，還具有虛腿監(jiān)測及消除技術(shù)。相對國內(nèi)其他液壓支腿調(diào)平，電動支腿調(diào)平更智能化，能精準反應(yīng)實時工況，及時調(diào)整支腿，使車輛始終保持水平角度；同時電控調(diào)平更加符合我國工業(yè)設(shè)備清潔化的環(huán)保要求，不會出現(xiàn)漏油泄油事故造成環(huán)境污染[14]。而針對大擴展比車載醫(yī)療房艙自動支撐調(diào)平系統(tǒng)的成功應(yīng)用，也給車載方艙設(shè)計提供了更多的技術(shù)選擇方案，該研制應(yīng)用的成功，也加強了車載醫(yī)療方艙在復雜惡劣的環(huán)境下適應(yīng)性和安全可靠性[15-16]。

[參考文獻]

[1] 劉磊漢,王村河,王苓,等.以第二代醫(yī)療方艙為依托的野戰(zhàn)醫(yī)院快速展開[J].解放軍醫(yī)院管理雜志,2008,6(6):525.

[2] 孟曉東,鄭靜晨,王藩,等.武警智能拓展車載方艙醫(yī)院的研制[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2015,36(10):27-29.

[3] 王世明.裝備產(chǎn)品集成創(chuàng)新的模式及選擇研究[D].大連:大連理工大學,2010.

[4] 孟曉東,王藩,李曉雪,等.一種急救設(shè)備一體箱的設(shè)計和應(yīng)用[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2015,30(1):95-96.

[5] 高艷紅,林牡丹,李曉雪,等.車載式災(zāi)害救援醫(yī)院的護理組織管理[J].護理研究,2014,(28):3554-3555.

[6] 譚樹林,劉亞軍,孫景工,等.應(yīng)急醫(yī)學救援方艙醫(yī)院裝備研究進展[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2011,32(9):78-79.

[7] 厲建西,宋曉偉,張躍軍.高原高寒地區(qū)車輛裝備保障面臨的困難及對策[J].汽車運用,2017,(2):25-26.

[8] 王燕,王凱,王旭輝,等.方艙四點液壓自動調(diào)平技術(shù)研究[J].方艙與地面設(shè)備,2007,(4):6-10.

[9] 晁勇,帥萬鈞,李安民,等.野外機動應(yīng)用的車載CT方艙研究[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2014,29(4):27-29.

[10] 孫利生.一種大跨距四點支撐液壓自動調(diào)平系統(tǒng)[J].液壓與氣動,2004,(7).

[11] 帥萬鈞.蘇衛(wèi)華.劉帥.等.車載CT方艙整裝質(zhì)心位置及軸荷分配的計算[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2014,29(6):25-27.

[12] 甘志梅,寇桂岳.基于PLC的車載平臺液壓自動調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計[J].南昌工程學院學報,2012,31(4):38-40.

[13] 王雪麗,醫(yī)療方艙車結(jié)構(gòu)設(shè)計概述[J].專用汽車,2014,(5):96-99.

[14] 楊侃.自動調(diào)平裝置中的控制系統(tǒng)設(shè)計[J].方艙與地面設(shè)備,2004,(2):23-25.

[15] 劉慶修.車載鉆機底盤自動調(diào)平系統(tǒng)研究[J].煤礦機械,2014,35(11):70-72.

[16] 鄭靜晨,王藩,任偉,等.一種智能擴展方艙醫(yī)院:中國,CN20-1310177031.X[P].2013-09-18.