工程车的智能化研究

       随着中国高速公路建设的迅速发展，通过引进、吸收和再研发，中国路面机械有了很大的发展。目前，中国工程机械正处在从制造大国向制造强国转型的关键阶段，正视中国工程机械的现状，针对国内外设备主要技术差距进行进一步研发，将有助于实现赶超国外产品的目标。我在研究生阶段负责的第一个项目就是工程车的智能化，主要工作是对各种传统工程车性能全面检测的基础上，将其进行工程车的智能化改装和无人驾驶，并搭建信息化与智能化的施工质量、安全及车辆调度控制平台。智能工程车的开发与研究，具有广阔的市场前景及研究意义。

        工程车辆可以分为机械控制工程车和液压控制工程车两种，本项目通过对工程车进行改装，使其成为由工控机控制执行器，各执行器直接控制工程车各控制机构的能独立完成工程作业的无人驾驶智能工程车。对于液压线控工程车，主要改装一些必要的机构，使其能够完成自动驾驶。

        与机械控制工程车相比，纯液压控制工程车具有调速范围更大、能进行无极调速、功率大等优点，而且传动更加简单，更加便于操纵。因为纯液压控制工程车具有以上优点，所以相较于对机械控制工程车的改装，改装纯液压控制工程车时需要的执行机构更加简单，针对机械控制工程车设计的执行机构完全适用于纯液压控制工程车。

1）档位机构改装

       机械控制工程车辆档位结构，在换挡过程中档位操作手柄需要完成横向和纵向两个自由度的移动，且操作手柄移动完成后需要在特定位置停止。同时，档位执行机构驱动档位操作手柄运动时，要能够为手柄提供足够大的力和一定的速度。因此档位操作手柄的执行机构要能够进行横向和纵向两个自由度的移动，且具备能够提供足够大的力矩和足够快的速度的动力源。还要加装各种传感器，能够识别运动过程中的的特定位置，以及将执行机构的各种运动信息传回工控机。此执行机构还要具有快拆功能，能够快速完成无人驾驶到有人驾驶的模式切换。

2）离合、刹车机构改装

      机械控制工程车辆油门结构，在工作过程中油门操作手柄只需要完成纵向一个自由度的移动，且此手柄可以在任意位置停止，因此其执行机构只需提供能驱动油门手柄单方向运动的驱动力。但是油门手柄行程较大，从油门全开位置到油门全闭位置油门杆转动角度较大，因此执行机构的运动行程要足够大，保证能够驱动油门操纵手柄从油门全开位运动到油门常闭位。同时，档位执行机构驱动档位操作手柄运动时，也要能够为手柄提供足够大的力和足够快的速度，并加装能够采集、发送油门杆运动信息的的传感器，以及具备快拆功能。

3）油门机构改装

      机械控制工程车离合踏板机构、刹车机构踏板结构，因离合踏板和刹车踏板的结构和和工作形式基本相同，所以这两种控制机构可以用相同的执行器完成控制。由于离合踏板和刹车踏板工作过程中所做运动均为圆周运动，其运动阻力的大小和方向都是变化的，所以执行机构也需能够适应这两种控制机构的运动形式，能够为离合踏板和刹车踏板提供方向和大小能根据实际情况发生改变的力。同时，此执行机构的动力源也要能够提供足够大的的力矩和足够快的速度，且加装能够实时采集执行器运动信息的传感器。此执行机构也要具备快拆功能，能够快速完成无人驾驶到有人驾驶的模式切换。

4）方向盘机构改装

      机械控制工程车方向盘机构结构，方向盘的工作环境较为复杂，布置执行机构时不能遮挡仪表盘，不能干涉仪表盘上的按钮和旋钮的运动，而且有人驾驶时此执行机构也不能影响驾驶员手动驾驶。同时，方向盘居中时可以向左右旋转，转动行程较大，其执行机构需提供较快的运动速度，以及足够大的力矩。此执行机构也需加装传感器，实时记录、传输方向盘的运动数据。