应对复杂道路环境的新型清障救援车

文·图/姜慧夫 任春晓

交通运输部公路科学研究院最新研制出了一款面向作业空间受限的复杂道路环境的综合清障救援车，在整车结构设计与布局优化、电控系统开发及完备功能集成、多装备协同救援等方面填补了国内空白。

近年来，对突发性公共安全事件的应急处置引起了社会各界和政府的高度重视和关注。在突发性公共安全事件中，道路交通事故占比最高，2011年度道路交通事故占我国各类安全事故总数的71.7%，死亡人数占各类安全事故总死亡人数的83%，造成的城市交通拥堵达到了总量的40%。道路交通事故发生后，若不能进行快速高效的清障救援，将影响道路的安全畅通，降低运输效率，甚至有可能因清障救援不及时或操作不当导致二次事故的发生，特别是隧道、立交桥、山区公路等复杂道路环境下交通事故的清障救援，由于其作业空间狭窄、不便于清障救援操作的特点，加之当前清障救援行业存在相关救援装备研发滞后、从业人员操作水平不高、规范救援操作方法缺失等问题，致使在这些复杂道路环境下交通拥堵和人民生命财产损失加剧，严重影响国家公共安全稳定和经济建设持续发展。因此，研发面向作业空间受限的复杂道路环境的综合清障救援装备，能够有效解决复杂道路环境下快速高效清障救援的问题。在构建“畅通、高效、安全、绿色”交通运输体系的大背景下，国家也在突发事件现场救助领域的发展规划中，提出了相关装备的研制计划。

研究背景

目前我国救援装备行业依然停留在引进、吸收仿制以及初级研发阶段，尚未形成自主的清障救援装备体系。其清障救援装备结构功能不够完善，无法满足复杂道路环境清障救援需求；布局不够合理，导致难以发挥装备的最大功效；装备自身安全性得不到充分保证，易对被救车辆造成危害。同时，由于各国政策法规的限制，导致国外装备并不完全适宜于我国具体国情，很多工况下无法满足我国道路交通事故清障救援的需求，不适合直接引进。

在智能化方面，国外的清障救援装备智能化程度较高，一键操作控制技术和无线遥控技术应用得较为广泛。国内清障救援装备的智能化程度和信息化水平相对较低，操作多以操作人员手动完成，影响救援效率，易造成误操作；清障救援过程中缺少合理有效的监控环节，易发生二次事故，难以保证清障救援过程的便捷性与安全性。

因此，我国亟需研发针对复杂道路环境下的大型事故车辆专业救援装备，开发多功能一体化的综合救援装备，以提高救援效率，同时充分利用信息化、智能化技术，以便救援过程安全快捷。

关键技术突破

针对我国道路交通事故救援行业现状，交通运输部公路科学研究院、东南大学、江苏中汽高科股份有限公司的课题研发团队，提出了研发面向作业空间受限的复杂道路环境的综合清障救援车，形成集多功能于一体、配置齐全、布局合理、操作方便、数字化程度高、安全可靠，并对较为复杂的清障救援环境有较好适应性的样机，填补国内清障救援领域的技术空白，从而解决复杂道路环境下快速高效清障救援的问题。该项目获得了“十二五”国家科技支撑计划课题的支持。

车辆总体设计

随着汽车工业不断向专业化发展，尤其营运车辆正不断向大型化、重型化趋势发展，大型重型车辆的数量逐年增多，重型专用清障救援装备的研究成为了迫在眉睫的要求。同时根据作业空间受限环境（包括隧道、立交桥及山区道路等）的清障救援需求，兼顾清障救援车的机动性、经济性和实际应用价值，该款复杂道路环境交通事故清障救援车的最大总质量为44 t。结合汽车行业标准QC/T 645-2005《清障车》对车辆最大允许总质量的最大限值规定，选取该款清障救援车的底盘轴数为4。各总成（总成：即集合体，一系列零件或者产品，组成一个实现某个特定功能的整体，这一系统的总称即为总成）系统分布如图1 a）所示，图中P点为各总成布置完成后车辆空载时的质心位置。

该款清障救援车的救援功能包括：

1.清障救援装备集成起复、拖曳、支撑、牵拉、起吊、托举、撑涨、破拆、消防、照明以及一般性恢复功能——该功能也即为了应对车辆专业化、大型化的发展趋势，可对重型事故车辆实施救援和清障。

2.多绞盘协同作业功能——为使救援装备适应空间受限环境的救援要求，并起到预防二次事故、避免影响旁车道通行的作用，采用多绞盘协同的布局方式，如图1 b）所示。副梁两侧2个绞盘用以实现牵拉、起复等功能；车辆前部1个绞盘用以辅助保证车身稳定。

3.空间允许条件下整车360°转向——面向隧道等作业空间受限复杂环境，为解决清障救援车自身行动受限，需具有有限空间旋转、调头等功能。

4.支腿架设与回收均可实现一键操作功能。

5.具备控制器局域网总线(CAN，Controller Area Network)及气、电接口。

关键结构总成设计

原地360°转向机构，其旋转直径控制在车长范围内，以实现作业空间受限复杂道路环境的装备自转向功能。

起重机构是完成事故车辆起吊作业的重要总成，为将不在正常位置上的待救援车辆或者其他物体移动至可以被救援的位置上，该车起重机构增加了旋转转台，可以实现吊臂的360°旋转功能，可以将不在正常位置上的待救援车辆或者其他物体移动至可以被救援的位置上。避免了受限空间作业时车辆吊臂无法展开等问题。

托举机构是完成对故障车辆清障牵引工作的主要总成，该车托举机构为一种前后双铰点折叠式托举机构，空载和满载状态下均可折叠，以缩小整车尺寸，提高车辆在受限空间内的灵活性。

支腿机构主要是在起吊和牵拉事故车辆时用于支撑地面，以便提高整车稳定性，防止轮胎过载。该车支腿机构的撑脚带有可互换的齿撑脚和平撑脚，以适应不同的地面状况。

图1 车辆整体布局图

电控系统设计

为避免救援过程发生二次事故，提高复杂道路环境下清障救援车装备的安全性与操作性，保障装备自身安全和操作便捷，需针对车辆作业空间受限、被救车辆重型化的特点，研发相应的信息化安全监控装置、智能化无线操控装置等电控系统。该款复杂道路环境交通事故清障救援车的电控系统包括操控系统、装备自身安全监控系统及救援作业过程监控系统。

整车操控系统采用无线操控与实体操控相结合的方式。无线操控装置基于定制阿波罗系列工业控制器结合自主研发，主要由2部分构成，分别是无线操控发射器和无线信号接收器，如图2所示。无线电传输格式为FSK 433MHz（20CH），该格式具有抗噪声与抗衰减性能好的优点。同时，无线操控装置将一些清障救援领域固定的装备动作，如装备前支腿的侧摆收放动作、装备后固定支腿的收放动作等通过相应控制程序集成为“一键控制”，有效提高操作效率并防止操作人员误操作，如图3 a)所示。为实现“一键控制”，无线操控系统配备了电感式直流接近开关，即霍尔开关，如图3 b)所示。支腿机构通过改变霍尔开关检测面附近的磁场来改变霍尔开关的通或断状态。

救援装备自身安全是安全救援的前提。该款救援车装备了自身安全监控系统，包括吊臂载荷监控、绞盘油温监控、装备姿态角监控等，实现对操作过程吊臂的长度、角度、作业幅面、承载量，绞盘温度和装备自身姿态的实时监控，在监测量超过预定值时发出警报，以避免因吊臂超载、绞盘温度过高等而引起救援过程中二次事故的发生。

吊臂载荷监控系统以力矩限制器为安全保护装置，既能有效控制吊臂不超过稳定力矩，还可以对吊臂、回转支承等结构件的强度进行保护。当中央数据处理装置判断吊臂处于危险工作状况时，力矩限制器装置会为清障救援装备操作人员提供报警，并使用卸荷保护装置强制装备停止向危险方向的相关操作。绞盘油温监控系统采用在液压油箱底部、液压管路中间位置以及液压马达处安装温度传感器来实现液压油温度实时监控。

为避免操作者违章作业、经验不足、管理不善及车辆姿态监控信息匮乏的问题，防范救援过程中救援清障车发生侧翻或倾翻的事故，该款清障救援车装备了姿态监控系统。系统采用了成本较低的MEMS加速度传感器，并基于H∞鲁棒滤波的估算方法，对姿态角进行估值，以减少MEMS加速度传感器数据中的噪声，提高计算精度。

图2 无线操控系统

图3 支腿一键开启

图4 安全监控系统软件界面

作业过程中，该款清障车通过激光扫描聚类获取周围三维空间信息，对清障车周围可能造成危险的障碍物进行预警，能有效减少二次事故发生的概率。

以上所述各系统通过安全监控系统软件进行集成，搭载软件的工控机平台配备有串口、CAN总线接口以及网络接口，电控系统的传感器通过不同的接口实现与工控机平台的通信，采用多线程技术实现多个传感器信息的同步获取，并利用图形显示工控控件组中的控件构建软件的显示界面，如图4所示。

在复杂环境的道路事故救援中，由于作业难度高、风险大，需要对作业过程进行实时监控，必须要进行远程指挥，同时为避免施救与被救双方间纠纷还需对整个作业过程进行音视频留存。为此，研发设计作业过程监控系统，实现对救援现场的监控和取证。作业过程监控系统涵盖作业人员单兵便携终端、作业装备车载终端、高空无人机机载视频监控终端、现场路由器（5.8G/Wifi）、监控指挥平台（软件）。该系统具有视频预览、GPS定位、录像、拍照、云台控制、语音对讲、轮循等功能，从作业人员视角、作业装备视角、高空鸟瞰宏观视角，实时监控、记录操作过程，在必要时，可直接对现场作业人员进行远程指挥。

图5 车辆性能实地测试

功能验证

研究中通过在公路交通试验场搭建相应的复杂救援场景，并实施装备的功能与性能试验及综合示范救援演练，对该款复杂道路环境交通事故清障救援车进行功能验证。试验结果表明车辆能够在复杂道路环境下有效进行交通事故清障救援，满足研究预期的5大功能，如图5所示。

发展前景

该款清障救援车系自主研发，自主生产，集成创新，主要设备及原材料均取材于国内，于国外同类产品对比，价格优势明显，售后服务便捷，有利于降低装备的运营成本，大幅提高救援效率，减少因交通拥堵导致的直接和间接经济损失。其综合救援装备功能齐全，可以独立解决以前必须多台设备合作才能处理的道路交通事故，还可用于自然灾害的应急救援。并可以有效保障清障救援车自身及其救援过程安全，方便清障救援人员作业，提高救援效率，节约救援时间，减少交通事故造成的社会及经济损失，具有良好的经济和社会效益。（作者姜慧夫，博士后，单位系交通运输部公路科学研究院）