基于輕型客車的監護型救護車設計

摘要：研究了一款基于輕型客車的監護型救護車的相關設計內容。首先，設計考慮了舒適性、安全性和操作便捷性。該車配備擔架、輸液、護理等功能裝備，并采用LED警燈和照明系統；醫療艙設計靈活，電氣系統配備警示設備和合理的線束布線；整體設計滿足醫療急救的需求，提供一個安全、舒適、功能齊全的救護車。其次，介紹救護車的設備選型，包括自動上車擔架、鏟式擔架、氧氣系統、燃油水暖加熱器、逆變充電一體機、雙向監視系統等；同時進行配重設計和載荷分析，確保了整車性能和穩定性。最后，對救護車配電系統進行全面的分析和設計，重點考慮上裝設備和底盤車電氣系統在不同工況下的用電需求，以及發電機的輸出功率和電池的充放電情況；通過對不同工況下的用電需求分析，確保救護車在各種情況下都能保持電力供應的安全和可靠性。

關鍵詞：救護車；車載櫥柜系；電器控制

中圖分類號：U462 收稿日期：2024-05-20

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.09.013

1 監護型救護車概述

該監護型救護車是以“輕型客車”為基礎車型而專業設計的一款監護型救護車，配備有擔架、輸液、護理、供氧、供電、換氣、照明、警示等功能裝備，配置了醫用操作臺、藥材器械柜、氧氣瓶柜、長條座柜等車載櫥柜系統。該車可以滿足全國范圍內部隊相關醫療機構 “平時傷病員的急救和轉運”等戶外長時期作業的需求。監護型救護車醫療艙空間寬敞、布局合理、使用方便、安全耐用、結構經湊，艙內采用左右布局為主、上下布局為輔的立體式布局，醫用操作平臺、藥材器械柜、氧氣瓶柜布局科學合理，使用操作簡潔方便，滿足醫護人員工作需要。

在設計的過程中，整個車輛的各種軟硬件應符合相關的國家標準 [1]。車輛的各項配置以滿足急救人員救治及運送病員需要為原則，操作和維護簡捷、方便、易用。此外，具備高可靠和高穩定運行能力，并有較強的承載能力。在設備、車輛和人身安全上具有較高的保障。根據相關技術要求[2]，該款監護型救護車選用了國產底盤“輕型客車”為基礎車型。主要特點如下幾點：

a.環境適應性強：在海拔3 500 m以下，氣溫在-40～45 ℃之間，相對濕度15%～90%RH環境下可以正常工作。

b.高效的動力性能：采用的發動機，動力強勁，耐久可靠。排量2.2 L，功率100 kW，扭矩355 N·m；升功率與升扭矩皆高于同等級產品，壓電晶體噴油器更使得該車型動力響應速度更快，爆發力超強；變速箱在低速一、二擋位時，采用先進的三錐面同步器技術，減小換擋阻力，換擋順暢清晰，操控平順。

c.極致的安全性：配備有四輪碟剎、ABS+EBD系統、可視倒車輔助系統、3H高強車身、雙安全氣囊、高智能防盜鑰匙、全車安全帶等多項安全配置。

d.舒適的駕乘性：動力強勁、NVH低噪聲、液壓助力轉向、麥弗遜式前獨立懸掛、變截面鋼板彈簧后非獨立懸掛。

2 結構設計

2.1 外觀設計

采用專用鐵制沖壓成形頂蓋，圖1展示在頂蓋前部設有前頂風翼及LED鉆石警燈總成。尾翼設有藍色角爆閃總成、高位藍色爆閃燈和倒車攝像頭。車頂左右兩側及尾部分別配備藍紅爆閃和照明一體式的LED燈，整車全方位具有警示效果，駕駛內安裝有警報器系統，保證明顯警示效果的同時可提供場外活動需要。除駕駛艙小葉窗玻璃窗外，其他玻璃車窗均貼太陽膜，整車外觀貼救護車彩條，并在左右尾門及前引擎蓋上貼紅十字救護標識。整車采用質輕強度高沖壓成形頂蓋，內部采用高強度骨架制作；車身頂蓋內部噴涂具有保溫隔熱的聚氨酯材料；通過隔熱降噪處理提升整理的安全性能和舒適性能。

2.2 駕駛艙設計

司機座椅和雙人副司機座椅，均配三點式安全帶。在駕駛艙，安裝有警燈警報器系統的控制器，方便操作。同時，駕駛艙安裝有電器控制開關、逆變器、監控顯示屏、對講機前話麥，如圖2所示。

2.3 醫療艙設計

圖3展示出醫療艙中部為病員區，布置了一副自動上車擔架。上車擔架區域配備上車導板和不銹鋼地板防護，有利于輔助擔架上下車、保護該區域地板。 在醫療艙左側設計有左前醫療器械柜和左后氧氣瓶柜，氧氣瓶柜內集成了氧氣瓶、供氧系統及供氧集中開關面板。左前醫療器械柜集成了電氣控制薄膜開關面板、電源插座等、暖風機等，電器高度集成，方便人員對設備操作同時最大化、合理化的利用車內空間。在醫療艙右側設計有單人座椅及三人長條坐柜，可滿足四人同時乘坐，單人座椅上配有1套三點式安全帶及坐柜配有3套坐柜安全帶。在醫療艙頂部設抗菌扶手桿、吸排氣功能的換氣扇、折疊式輸液掛鉤、照明燈、可調節角度的局部射燈、紫外線消毒燈、對講機揚聲器及話麥。醫療艙內空高度為1 800 mm，扶手桿可滿足車行駛下護理人員的行走及安全需要。在醫療艙前部，緊貼隔板后部設計有全封閉的中隔斷和三點式安全帶的醫生看護座椅，中隔斷上設計后空調開關，方便醫療艙控制使用空調。隱藏式鏟式擔架。鏟式擔架可從側拉門方向取放，充分利用了車內有限的空間，方便工作使用。圖4展示車身左側醫療器械柜臺面安裝有三套鋁合金通用性設備支架，可滿足常規除顫監護儀、呼吸機、吸引器等不同型號醫療設備安裝需求。

3 電氣設計

3.1 警示設備

圖5展示車頂前部安裝整體嵌入式LED爆閃警燈，車身左右兩側安裝有兩只紅藍爆閃及照明一體化燈具，尾部安裝兩只紅藍爆閃和照明一體化燈具，可有效警示兩側及尾部的行人和車輛，兩側及尾部安裝有照明燈則可滿足夜間駐車的緊急照明要求，符合GB 13954—2009《警車、消防車、救護車、工程救險車標志燈具》[3]。警報器符合GB 8108《車用電子警報器》的要求[4]。

3.2 照明

監護型救護車選擇單級逆變器（工頻逆變器），1 200 W充電逆變器一體機，變壓器工作在工頻（50 Hz），具有較強的負載適應能力，具備適應感性負載沖擊的能力。它提供保障全車所有設備有持續、穩定、可靠的電源供應。車身外部兩側和尾部安裝有和爆閃一體式的照明燈（單獨開關控制），可滿足駐車的緊急照明要求；內部有兩組照明燈，其中1組采用門控控制，并加裝2只針對病人區輸液和局部搶救用的射燈，所選換氣扇帶有LED小夜燈，滿足夜晚監護功能。

3.3 線束布線

監護型救護車內主要有直流電源線、交流電源線、音視頻線和控制信號線4種線纜。控制信號線采用屏蔽線；視頻監控系統采用高清攝像機，所以音視頻線采用超五類網線和VGA視頻線，具備較高的抗干擾能力。這4種線纜的電磁特性和機械特性都不一樣，在布置線纜時根據線纜的種類和線纜所在位置采取相應的布線措施，體現在以下兩個方面：

a.線束有依托，相對固定，在車輛行駛的過程中不能搖來晃去。避免車輛顛簸、加速、制動時線束受力、插頭受力，影響插接件的電氣性能。相鄰固定點之間的距離不大于300 mm。線束內的導線平行不交叉（雙絞線除外）。b.直流電源線、交流電源線、音視頻線和控制信號線分開布置，不能分開布置的，垂直交叉布置。沿著行車方向布線時，后裝線束盡量和原車線束一起，方便后期維護。沿著垂直于行車方向布線時，后裝線束貼靠車頂橫梁布置固定，并確定線束不會被金屬擠壓。

3.4 接地

由于受接地材料特性和其他技術因素的影響，接地導體的連接或搭接無論做的如何好，總有一定的阻抗，信號的回流會在工作地線上產生電壓降V，形成地紋波，對信號質量產生影響；信號越弱，信號頻率越高，這種影響就越嚴重，這個與導體的趨膚效應存在關系，這就是共阻抗傳導耦合，如圖6所示。

監護型救護車采用多點接地的方式，盡可能減小地線上的壓降，避免因共阻抗傳導耦合導致EMC問題。車載醫療設備、音視頻監控系統和警燈警報器分開接地，車載醫療設備使用輔助（附加）電池地，音視頻監控系統使用點煙器的地，警燈警報器使用底盤蓄電池（原車蓄電池）。

4 設備選型

4.1 自動上車擔架

救護車所配的自動上車擔架和擔架上車裝置是根據本項目車身高度量身設計的，完全適配，擔架上下車無縫對接，具有床、椅兩種功能，如圖7所示。它采用高質的合金鋁材料，輕便、穩固；采用四擋變位調節，在搶救過程中能給病員提供更合理舒適的轉移姿態，方便進出電梯等狹小空間。

4.2 鏟式擔架

圖8展示鏟式擔架的結構示意圖，擔架采用分離型剛性結構，轉送骨折及重傷病員，在原地固定病人，減少對病人的二次傷害；兩端設有離合裝置，可將擔架分離成左右兩部分，確保在使用過程中永不斷裂或松開，配置兩套兩點式安全帶。

4.3 氧氣系統

車內配備2個10 L的鋁制氧氣瓶，并通過氧氣管路連接到氧氣終端上，病人通過氧氣吸入器進行吸氧，若病人無自主呼吸，可以通過呼吸機接口接入到呼吸機上進行吸氧，保障病人的生命安全，并加裝自主研發的氧氣集中控制系統，實現無間斷供氧。系統增加單向閥，保障氧氣瓶互相充氣，在其中第一瓶氧氣使用壓力過低時，可安全切換到第二瓶繼續使用，斷開第一瓶氧氣連接。系統采用兩路減壓閥預設吸氧（0.3 MPa）和呼吸機（0.5 MPa）適用的輸出壓力，將吸氧和呼吸機功能分開管道輸送，只需操作切換閥就可以獲得不同的氧氣源。此外，車輛頂蓋后部布置有頂置換氣扇，具備吸、排氣功能，經過嚴格測試，風噪在可控范圍，并可滿足醫療艙內換氣20次/h頻率。

4.4 醫療艙制冷制熱效果以及燃油水暖加熱器

駕駛艙和醫療艙安裝前后獨立的空調及暖風系統，可前后艙獨立調節；另加裝5 kW水暖燃油加熱器，通過發動機水路加熱對醫療艙加熱；根據救護車內的布局重新設計進、出風口位置，保證車內溫度適中。制熱效果：環境溫度在-20 ℃的情況下，啟動后艙暖風及燃油加熱器，在15 min內使醫療艙溫度升到23 ℃；制冷效果：環境溫度在40 ℃的情況下，啟動后艙空調10 min內使醫療艙溫度下降至25 ℃。底盤原車配備5 kW水暖燃油加熱系統供發動機低溫冷啟動；在海拔3 500 m以下，氣溫在-40～45 ℃之間，相對濕度15%～90%的環境下可正常工作；通過加熱器開關控制對發動機預熱，達到車輛啟動效果。

4.5 逆變充電一體機

車內布置一套1 200 W工頻正弦波電源逆變器系統，并在醫療艙左側柜設備區附近，安裝有電氣插座，可提供12 V直流、220 V交流電，便于車載醫療設備的使用。車尾配備外接電源插座、外接電源線及30 m繞線盤，可滿足駐車充電及使用外接市電的需求。

4.6 雙向監視系統

圖9展示雙向監視系統，在救護車中加裝倒車影像，駕駛員可以在車內將醫療艙病人上下車及倒車的狀況看得一清二楚。不僅方便倒車，更方便開車出入狹窄的地方，為救護車的出行提供更好的保障。

5 配重設計以及載荷分析

為確保整車性能，在進行總體布置時，對整車設備進行合理的布置，注意前后軸的軸核分配比例，左右兩側的重量平衡變化，同時通過概算確保前后軸軸核在原底盤廠家規定的范圍內，保證改裝后整車性能不會下降。為了配重計算設計，首先建坐標系，坐標原點位于車輛縱向中心面與前軸的交點在水平面上的投影。X軸：通過原點并與汽車行駛方向平行的軸線。Y軸：通過原點并垂直于車輛縱向中心面的軸線。Z軸：通過原點并垂直于水平面的軸線。表1為設備的質心坐標表。

從質心來看，當滿載時重心（X：2 385.77mm；Y：-2.43 mm；Z：1 039.24 mm）沿X軸（與汽車行駛方向平行的軸線）正向偏移了320.00 mm，往Y軸（垂直于車輛縱向中心面的軸線）負方向偏移了1.43 mm，往Z軸（垂直于水平面的軸線）正向增高了92.31 mm，然而與原車滿載時的質心（X：2 286 mm；Y：-2.4 mm；Z：1 039 mm）相比，相差均在10 cm以內，穩定性能滿足原車底盤要求。

為了進行載荷的分析，給出底盤基礎數據，如表2所示。根據表1數據統計在原整備質量基礎上增加質量[W]=1 332 kg。改裝后總質量（3 385 kg）小于原車最大總質量（3 700 kg），前后軸的負載（前/后：1 515.21 kg/1 869.79 kg）均小于額定值（前/后：1 700 kg/2 000 kg），整車左右載荷（左/右：1 716.5 kg/1 668.5 kg）小于額定值（1 850 kg）。經過載荷的相關計算，汽車滿載總荷載率為91.48%，欠載在8.52%左右和前后載荷分別為89.13％、93.49％，分配是比較均勻的，不存在超載或不平衡，左右輪的載荷基本一致，相差僅為2.76%，滿足原車平衡要求。

6 配電設置

配電系統的負荷計算結果對底盤選型、車載電源設備、醫療設備及安全運行均起決定性的作用[5]；計算流過各主要電氣設備 （警燈警報、醫療設備、消毒、照明、換氣、對講等）的負荷電流，保證救護車使用期間的用電安全及可靠性。配電系統包含DC12 V供電部分、AC220 V供電部分、蓄電池充電和薄膜開關控制系統四部分組成。DC12 V供電部分主要由原車直流發電機、直流接觸器、逆變充電一體電源及薄膜控制配電系統組成，配電系統提供DC12 V直流電源給車載設備使用。AC220 V供電部分主要由逆變充電一體機、漏電保護斷路器和交流供電插座組成，逆變充電一體機將DC12 V電源轉換成交流220 V電源提供車內交流設備用電。外接交流220 V電源通過逆變充電一體機對兩節原車電瓶充電，維持電瓶的電能。在汽車行駛時，原車直流發電機對蓄電池充電，同時向車載設備供電。薄膜控制系統實現配電控制，設備狀態顯示，電瓶電量管理。配電系統組成如圖10所示。

6.1 裝設備用電需求分析

由于操作人員的使用習慣和設備的使用環境存在差異[6]，電氣系統的用電功率一般采用估算的方法進行計算[7]。上裝設備主要有警燈警示系統、消毒燈、車內照明、車內對講機、換氣通風設備、燃油加熱器、醫用設備和配電控制設備等，如表3所示。

另外，還需要考慮逆變器功率損失約26 W（功率因數為0.9），由表3可知，救護車上裝設備冬季的功率需求是576.1 W（550.1+26），夏季的功率需求是496.1 W（576.1 W-40 W-pWRaYa0DhteV5l4/bK1DEg==40 W），減掉燃油加熱器的功率。

6.2 輕型客車底盤電氣系統用電需求分析

因為夏季下雨天的晚上是底盤車電氣設備用電高峰期，所以底盤車在夏季下雨天的晚上的用電功率是其最大用電功率[8]，輕型客車底盤電氣系統用電功率如表4所示。

底盤車電氣系統的最大平均用電電流約為92 A，冬季行車時，后蒸發器、壓縮機和冷凝器風扇不工作，底盤車電氣系統的最大平均用電電流約為64.6 A。當底盤車在爽朗的秋季的白天正常行駛，不開啟空調、暖風、雨刮器和大燈的情況下，底盤車電氣系統的用電電流約為30 A，此即為底盤車正常行駛工況下最小用電電流。當車輛駐車怠速，不開啟空調、暖風、雨刮器和所有燈光的情況下，底盤車電氣系統的用電電流約為25 A，為底盤車駐車怠速工況下最小用電電流。

6.3 發電機富余電功率分析

在車輛正常行駛的工況下，汽車發電機可以持續輸出DC13.5 V，150 A的電能。此外，還要考慮汽車發電機在怠速工況下的發電功率。發動機怠速為800 r/min，考慮傳動比，取發電機轉速為2 000 r/min，電壓值為13.5 VDhDEQglVSmtAFFQU7rQwLw==。在車輛怠速工況下，汽車發電機可以持續輸出DC13.5 V、110 A的電能，發電機在車輛怠速和正常行駛工況下的輸出功率分別為1 485 W、2 025 W。在底盤車怠速工況下，考慮底盤車電氣系統的最大用電功率，汽車發電機可以向上裝電氣系統提供243 W電能（1 485 W-1 242 W），冬季工況下，可提供613 W電能，在底盤車怠速工況下，考慮底盤車駐車怠速工況下最小用電功率，汽車發電機可向上裝電氣系統提供約1 553 W電能[（110-25）A×13.5 V]。在底盤車處于正常行駛的工況下，考慮底盤車電氣系統的最大用電功率，汽車發電機可向上裝電氣系統提供約783 W電能[（150-92）A×13.5 V]。在底盤車正常行駛的工況下，考慮底盤車電氣系統的最小用電功率，汽車發電機可向上裝電氣系統提供約1 620 W電能[（150-30）A×13.5 V]。

6.4 整車用電分析

當車輛怠速工況時，考慮最大用電負荷，蓄電池需要補充253.1 W，電池放電不能超過2 h。因此，車輛不能長時間怠速使用。如果車輛必須處于怠速工況下工作，觀察控制面板上的電量指示燈，當電量指示低于50%，需要減少不必要的用電設備。如果考慮怠速工況下底盤的最小用電功率，發電機富余613.9 W。在車輛正常行駛的情況下，上裝設備正常使用，發電機仍有286.9 W功率富裕，蓄電池不會出現虧電現象，蓄電池組的充放比大于1.1，整車電量平衡。整車用電分析數據如表5所示。

7 結語

在本研究中，設計了一款基于輕型客車的監護型救護車。首先考慮了舒適性、安全性和操作便捷性等因素，配備了擔架、輸液、護理等功能裝備，并采用了LED警燈和照明系統。該車醫療艙設計靈活，電氣系統配備了警示設備和合理的線束布線。通過配重設計和載荷分析，確保了整車性能和穩定性。最后，對救護車配電系統進行了全面的分析和設計，以確保在各種工況下都能保持電力供應的安全和可靠性。

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