應對復雜道路環境的新型清障救援車

文·圖/姜慧夫 任春曉

交通運輸部公路科學研究院最新研制出了一款面向作業空間受限的復雜道路環境的綜合清障救援車，在整車結構設計與布局優化、電控系統開發及完備功能集成、多裝備協同救援等方面填補了國內空白。

近年來，對突發性公共安全事件的應急處置引起了社會各界和政府的高度重視和關注。在突發性公共安全事件中，道路交通事故占比最高，2011年度道路交通事故占我國各類安全事故總數的71.7%，死亡人數占各類安全事故總死亡人數的83%，造成的城市交通擁堵達到了總量的40%。道路交通事故發生后，若不能進行快速高效的清障救援，將影響道路的安全暢通，降低運輸效率，甚至有可能因清障救援不及時或操作不當導致二次事故的發生，特別是隧道、立交橋、山區公路等復雜道路環境下交通事故的清障救援，由于其作業空間狹窄、不便于清障救援操作的特點，加之當前清障救援行業存在相關救援裝備研發滯后、從業人員操作水平不高、規范救援操作方法缺失等問題，致使在這些復雜道路環境下交通擁堵和人民生命財產損失加劇，嚴重影響國家公共安全穩定和經濟建設持續發展。因此，研發面向作業空間受限的復雜道路環境的綜合清障救援裝備，能夠有效解決復雜道路環境下快速高效清障救援的問題。在構建“暢通、高效、安全、綠色”交通運輸體系的大背景下，國家也在突發事件現場救助領域的發展規劃中，提出了相關裝備的研制計劃。

研究背景

目前我國救援裝備行業依然停留在引進、吸收仿制以及初級研發階段，尚未形成自主的清障救援裝備體系。其清障救援裝備結構功能不夠完善，無法滿足復雜道路環境清障救援需求；布局不夠合理，導致難以發揮裝備的最大功效；裝備自身安全性得不到充分保證，易對被救車輛造成危害。同時，由于各國政策法規的限制，導致國外裝備并不完全適宜于我國具體國情，很多工況下無法滿足我國道路交通事故清障救援的需求，不適合直接引進。

在智能化方面，國外的清障救援裝備智能化程度較高，一鍵操作控制技術和無線遙控技術應用得較為廣泛。國內清障救援裝備的智能化程度和信息化水平相對較低，操作多以操作人員手動完成，影響救援效率，易造成誤操作；清障救援過程中缺少合理有效的監控環節，易發生二次事故，難以保證清障救援過程的便捷性與安全性。

因此，我國亟需研發針對復雜道路環境下的大型事故車輛專業救援裝備，開發多功能一體化的綜合救援裝備，以提高救援效率，同時充分利用信息化、智能化技術，以便救援過程安全快捷。

關鍵技術突破

針對我國道路交通事故救援行業現狀，交通運輸部公路科學研究院、東南大學、江蘇中汽高科股份有限公司的課題研發團隊，提出了研發面向作業空間受限的復雜道路環境的綜合清障救援車，形成集多功能于一體、配置齊全、布局合理、操作方便、數字化程度高、安全可靠，并對較為復雜的清障救援環境有較好適應性的樣機，填補國內清障救援領域的技術空白，從而解決復雜道路環境下快速高效清障救援的問題。該項目獲得了“十二五”國家科技支撐計劃課題的支持。

車輛總體設計

隨著汽車工業不斷向專業化發展，尤其營運車輛正不斷向大型化、重型化趨勢發展，大型重型車輛的數量逐年增多，重型專用清障救援裝備的研究成為了迫在眉睫的要求。同時根據作業空間受限環境（包括隧道、立交橋及山區道路等）的清障救援需求，兼顧清障救援車的機動性、經濟性和實際應用價值，該款復雜道路環境交通事故清障救援車的最大總質量為44 t。結合汽車行業標準QC/T 645-2005《清障車》對車輛最大允許總質量的最大限值規定，選取該款清障救援車的底盤軸數為4。各總成（總成：即集合體，一系列零件或者產品，組成一個實現某個特定功能的整體，這一系統的總稱即為總成）系統分布如圖1 a）所示，圖中P點為各總成布置完成后車輛空載時的質心位置。

該款清障救援車的救援功能包括：

1.清障救援裝備集成起復、拖曳、支撐、牽拉、起吊、托舉、撐漲、破拆、消防、照明以及一般性恢復功能——該功能也即為了應對車輛專業化、大型化的發展趨勢，可對重型事故車輛實施救援和清障。

2.多絞盤協同作業功能——為使救援裝備適應空間受限環境的救援要求，并起到預防二次事故、避免影響旁車道通行的作用，采用多絞盤協同的布局方式，如圖1 b）所示。副梁兩側2個絞盤用以實現牽拉、起復等功能；車輛前部1個絞盤用以輔助保證車身穩定。

3.空間允許條件下整車360°轉向——面向隧道等作業空間受限復雜環境，為解決清障救援車自身行動受限，需具有有限空間旋轉、調頭等功能。

4.支腿架設與回收均可實現一鍵操作功能。

5.具備控制器局域網總線(CAN，Controller Area Network)及氣、電接口。

關鍵結構總成設計

原地360°轉向機構，其旋轉直徑控制在車長范圍內，以實現作業空間受限復雜道路環境的裝備自轉向功能。

起重機構是完成事故車輛起吊作業的重要總成，為將不在正常位置上的待救援車輛或者其他物體移動至可以被救援的位置上，該車起重機構增加了旋轉轉臺，可以實現吊臂的360°旋轉功能，可以將不在正常位置上的待救援車輛或者其他物體移動至可以被救援的位置上。避免了受限空間作業時車輛吊臂無法展開等問題。

托舉機構是完成對故障車輛清障牽引工作的主要總成，該車托舉機構為一種前后雙鉸點折疊式托舉機構，空載和滿載狀態下均可折疊，以縮小整車尺寸，提高車輛在受限空間內的靈活性。

支腿機構主要是在起吊和牽拉事故車輛時用于支撐地面，以便提高整車穩定性，防止輪胎過載。該車支腿機構的撐腳帶有可互換的齒撐腳和平撐腳，以適應不同的地面狀況。

圖1 車輛整體布局圖

電控系統設計

為避免救援過程發生二次事故，提高復雜道路環境下清障救援車裝備的安全性與操作性，保障裝備自身安全和操作便捷，需針對車輛作業空間受限、被救車輛重型化的特點，研發相應的信息化安全監控裝置、智能化無線操控裝置等電控系統。該款復雜道路環境交通事故清障救援車的電控系統包括操控系統、裝備自身安全監控系統及救援作業過程監控系統。

整車操控系統采用無線操控與實體操控相結合的方式。無線操控裝置基于定制阿波羅系列工業控制器結合自主研發，主要由2部分構成，分別是無線操控發射器和無線信號接收器，如圖2所示。無線電傳輸格式為FSK 433MHz（20CH），該格式具有抗噪聲與抗衰減性能好的優點。同時，無線操控裝置將一些清障救援領域固定的裝備動作，如裝備前支腿的側擺收放動作、裝備后固定支腿的收放動作等通過相應控制程序集成為“一鍵控制”，有效提高操作效率并防止操作人員誤操作，如圖3 a)所示。為實現“一鍵控制”，無線操控系統配備了電感式直流接近開關，即霍爾開關，如圖3 b)所示。支腿機構通過改變霍爾開關檢測面附近的磁場來改變霍爾開關的通或斷狀態。

救援裝備自身安全是安全救援的前提。該款救援車裝備了自身安全監控系統，包括吊臂載荷監控、絞盤油溫監控、裝備姿態角監控等，實現對操作過程吊臂的長度、角度、作業幅面、承載量，絞盤溫度和裝備自身姿態的實時監控，在監測量超過預定值時發出警報，以避免因吊臂超載、絞盤溫度過高等而引起救援過程中二次事故的發生。

吊臂載荷監控系統以力矩限制器為安全保護裝置，既能有效控制吊臂不超過穩定力矩，還可以對吊臂、回轉支承等結構件的強度進行保護。當中央數據處理裝置判斷吊臂處于危險工作狀況時，力矩限制器裝置會為清障救援裝備操作人員提供報警，并使用卸荷保護裝置強制裝備停止向危險方向的相關操作。絞盤油溫監控系統采用在液壓油箱底部、液壓管路中間位置以及液壓馬達處安裝溫度傳感器來實現液壓油溫度實時監控。

為避免操作者違章作業、經驗不足、管理不善及車輛姿態監控信息匱乏的問題，防范救援過程中救援清障車發生側翻或傾翻的事故，該款清障救援車裝備了姿態監控系統。系統采用了成本較低的MEMS加速度傳感器，并基于H∞魯棒濾波的估算方法，對姿態角進行估值，以減少MEMS加速度傳感器數據中的噪聲，提高計算精度。

圖2 無線操控系統

圖3 支腿一鍵開啟

圖4 安全監控系統軟件界面

作業過程中，該款清障車通過激光掃描聚類獲取周圍三維空間信息，對清障車周圍可能造成危險的障礙物進行預警，能有效減少二次事故發生的概率。

以上所述各系統通過安全監控系統軟件進行集成，搭載軟件的工控機平臺配備有串口、CAN總線接口以及網絡接口，電控系統的傳感器通過不同的接口實現與工控機平臺的通信，采用多線程技術實現多個傳感器信息的同步獲取，并利用圖形顯示工控控件組中的控件構建軟件的顯示界面，如圖4所示。

在復雜環境的道路事故救援中，由于作業難度高、風險大，需要對作業過程進行實時監控，必須要進行遠程指揮，同時為避免施救與被救雙方間糾紛還需對整個作業過程進行音視頻留存。為此，研發設計作業過程監控系統，實現對救援現場的監控和取證。作業過程監控系統涵蓋作業人員單兵便攜終端、作業裝備車載終端、高空無人機機載視頻監控終端、現場路由器（5.8G/Wifi）、監控指揮平臺（軟件）。該系統具有視頻預覽、GPS定位、錄像、拍照、云臺控制、語音對講、輪循等功能，從作業人員視角、作業裝備視角、高空鳥瞰宏觀視角，實時監控、記錄操作過程，在必要時，可直接對現場作業人員進行遠程指揮。

圖5 車輛性能實地測試

功能驗證

研究中通過在公路交通試驗場搭建相應的復雜救援場景，并實施裝備的功能與性能試驗及綜合示范救援演練，對該款復雜道路環境交通事故清障救援車進行功能驗證。試驗結果表明車輛能夠在復雜道路環境下有效進行交通事故清障救援，滿足研究預期的5大功能，如圖5所示。

發展前景

該款清障救援車系自主研發，自主生產，集成創新，主要設備及原材料均取材于國內，于國外同類產品對比，價格優勢明顯，售后服務便捷，有利于降低裝備的運營成本，大幅提高救援效率，減少因交通擁堵導致的直接和間接經濟損失。其綜合救援裝備功能齊全，可以獨立解決以前必須多臺設備合作才能處理的道路交通事故，還可用于自然災害的應急救援。并可以有效保障清障救援車自身及其救援過程安全，方便清障救援人員作業，提高救援效率，節約救援時間，減少交通事故造成的社會及經濟損失，具有良好的經濟和社會效益。（作者姜慧夫，博士后，單位系交通運輸部公路科學研究院）