公交車車門啟閉自動控制裝置的研究

劉克旺

（青島職業(yè)技術(shù)學院 海爾學院，山東 青島 266555）

城市公交車比其他交通工具有載客多、快捷方便等優(yōu)點，是城市居民的首選交通工具，在城市的經(jīng)濟社會發(fā)展中發(fā)揮重要作用。但是，也時常發(fā)生由于個別公交車駕駛員素質(zhì)不高加上經(jīng)濟利益驅(qū)動等原因，使得一些公交車未把車停穩(wěn)就開啟車門，或起步時車門未及時關(guān)閉，而使乘客被甩出車外，致使乘客受傷、致殘、甚至死亡的事件。“甩客”的公交車都有一些共性，如：車未停穩(wěn)即開啟車門、車門未關(guān)閉即急速起步等。這些問題的關(guān)鍵，在于車門的開閉時刻和起步的時機沒有協(xié)調(diào)好。如果把車門的開閉時間控制好，與公交車的起步或停車時機相協(xié)調(diào)，即可防止甩客事故的發(fā)生。但僅僅依靠駕駛員控制車門的啟、閉時刻，是難以防止事故發(fā)生的。

研究相應(yīng)的控制系統(tǒng)，可以為公交部門提供實用的自動控制裝置，同時也可為防止公交車甩客的其他解決方案的研究提供新的思路。據(jù)報道，上海的部分公交車已采用起步前關(guān)車門的自動控制裝置[1]，以防止起步時的甩客事故，但尚未找到公交車行駛和停車時開車門防止乘客甩出車外的最佳方法。本文針對公交車甩客的關(guān)鍵問題，提出了采用車速傳感器、繼電器技術(shù)實現(xiàn)的一種簡便實用的公交車停車、起步時防甩客裝置。該裝置不僅能夠自動控制公交車門的啟閉時刻，而且能夠解決目前最為關(guān)鍵的公交車駕駛員安全意識問題。其應(yīng)用必將為公交車運行時車門的啟、閉提供一種安全、自動、高效率的控制方法。

1 自動控制系統(tǒng)裝置簡述

本裝置主要由檢測系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)兩部分組成。

1.1 檢測系統(tǒng)

檢測系統(tǒng)能自動檢測公交車行駛的狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)，自動控制公交車的車門開啟開關(guān)和制動系統(tǒng)。檢測系統(tǒng)采用高精度測速發(fā)電機作為車輛行駛狀態(tài)的采樣元件[2]，從而保證了所設(shè)計的裝置能夠準確地完成對車輛狀態(tài)相關(guān)參數(shù)的檢測。整個檢測系統(tǒng)的電控部分，主要由同步發(fā)電機及數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、放大器等組成[3]。測速發(fā)電機，能自動檢測車輛停止或行駛的狀態(tài)，信號被放大器放大用來控制制動器和車門開關(guān)回路的通、斷。

1.2 執(zhí)行系統(tǒng)

執(zhí)行系統(tǒng)的主要作用，是協(xié)助駕駛員掌握正確的車門啟、閉時刻。其主要由繼電器J11、J21、J31、電磁閥等元件組成。執(zhí)行系統(tǒng)是前、后車門啟、閉控制的執(zhí)行輔助機構(gòu)，主要完成車門的啟、閉功能，如公交車行駛時，車門無法開啟；停駛時，可以開啟車門；起步前，前后車門均須關(guān)閉等，其執(zhí)行元件主要是電磁閥和繼電器[4]。

2 檢測系統(tǒng)工作原理簡介

2.1 測速發(fā)電機

測速發(fā)電機為公交車運行狀態(tài)的檢測元件，實際上就是車速傳感器。其安裝在變速器上，變速器輸出軸通過從動齒輪，帶動車速傳感器的轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動時，會產(chǎn)生脈沖信號。脈沖信號分成兩路：一路進入組合儀表后，被換算成實際車速顯示在儀表上；一路將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變成電壓信號，用來控制繼電器J11。

2.2 檢測控制電路

控制電路見圖1。測速發(fā)電機的脈沖信號輸入數(shù)/模轉(zhuǎn)換器后，經(jīng)放大器推動繼電器J11。其工作原理為：

（1）公交車未停止行駛時，車速傳感器有電壓輸出，放大電路無輸出，控制車門開關(guān)回路的繼電器J11不得電、觸點J11-1斷開、車門開關(guān)回路斷開，即前后門開關(guān)均不起作用，故車門無法開啟。

（2）公交車停止行駛時，車速傳感器無電壓輸出，放大電路有輸出，控制門開關(guān)回路的繼電器J11得電、觸點J11-1接通、停車指示燈亮、門開關(guān)回路接通，即門開關(guān)起作用，故車門可以開啟。

繼電器J11的存在，還可防止駕駛員在公交車行使過程中，由于誤操作導致任一個車門開啟，使乘客甩出車外。

圖1 檢測控制電路（前、后門關(guān)閉狀態(tài)）

3 執(zhí)行系統(tǒng)工作原理簡介

執(zhí)行系統(tǒng)的作用，是借助于公交車行駛或停止的狀態(tài)，按照相應(yīng)的條件，在滿足條件后車門才能啟或閉。

3.1 電磁閥及控制電路

公交車起步時，防甩乘客的關(guān)鍵在于起步前，前、后車門均應(yīng)完全關(guān)閉。要滿足這個條件，最簡單的方法是用前、后門關(guān)門繼電器控制制動器的制動總泵。為此，對采用氣壓制動方式的公交車制動系統(tǒng)作簡單介紹[5]。

汽車制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。

圖2 公交車氣壓式制動機構(gòu)簡圖

從圖2可看出，制動系統(tǒng)主要由1個制動總泵、4個制動分泵、管路、動力源、控制裝置等組成。如果在圖2的A點處串聯(lián)1個車輛行駛時高壓空氣可暢通無阻、車輛停止時將高壓空氣鎖住的電磁閥，并且這個電磁閥受前后門關(guān)門繼電器的控制，即車輛行駛時，電磁閥不起作用（閥門開啟）；停車后，在駕駛員釋放制動踏板前,如停車指示燈亮再開啟任意車門時，閥門閉鎖，而且只有兩個車門均關(guān)閉后（即準備起步時），電磁閥閥門才能開啟。這樣，就能保證只有前后車門均關(guān)閉后，車輛才能順利起步，從而防止起步時的甩客事故。

公交車停穩(wěn)后，駕駛員須將制動踏板踩到底，停車指示燈亮后，再開啟車門，松開制動器。前后門開啟開關(guān)任一個動作，即會使在圖2A點處的電磁閥得電，使電磁閥關(guān)閉，4個制動分泵中的高壓氣體無法釋放。這時如不關(guān)閉車門，由于公交車已被制動，起步將無法進行。

此電磁閥為常通閥，得電時關(guān)閉。其主要作用，是控制公交車的起步時刻。其控制電路見圖3。電路的工作原理是：停車后，駕駛員將制動踏板踩到底，停車指示燈亮后，開啟車門。這時，駕駛員方可放松制動踏板。任一個車門開啟后，即J21-2、J31-2中的一個或全部閉合電磁閥線圈均可得電。電磁閥的作用，是保證車門開啟后，車子制動系統(tǒng)被鎖住而不能起步。只有滿足了這個條件，才能保證起步時乘客不會被甩出車外。

圖3 電磁閥控制電路

電磁閥得電后，使4個制動分泵的氣壓無法釋放，因此可取代公交車普遍使用的手動制動鎖止閥。它的存在，減輕了駕駛員的勞動強度，并可防止由于駕駛員誤操作導致公交車停車后的溜車。

3.2 繼電器

執(zhí)行系統(tǒng)中共有 5 個繼電器，即 J11、J21、J22、J31、J32。

繼電器J11受控于車速傳感器，繼電器J21、J31控制前后門開啟，繼電器J22、J32控制前后門關(guān)閉等。這些繼電器組合，成了公交車起步、停車時控制車門啟、閉時刻的自動控制裝置中的執(zhí)行系統(tǒng)。

公交車停車時防甩乘客的關(guān)鍵，在于公交車完全停穩(wěn)后，前、后車門才應(yīng)能開啟。要滿足這個條件，在車速＞0 km/h時，門開關(guān)至電源的通路被繼電器J11的觸點J11-1切斷，車門無法開啟；在車速=0 km/h時，繼電器J11的觸點J11-1將門開關(guān)至電源的電路接通，車門可以開啟。其控制原理圖見圖3。

只有前后車門均關(guān)閉后（即J21、J31失電，J21-2、J31-2均斷開后，見圖3），電磁閥才能失電，高壓氣體才能釋放，公交車方可順利起步。

自圖3中可以看出，前、后門開啟繼電器的常開觸點，至少有兩組：一組控制前后門的開啟（J21-1、J31-1等觸點），另一組控制電磁閥電磁繞組（J21-2、J31-2等觸點）。

4 結(jié)束語

通過對公交車“甩客”原因的分析，提出了停車、起步時防甩客裝置，對于車輛起步、停車時啟、閉車門時刻的控制，是十分必要的，該裝置采用條件控制的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛在起步、停車時啟、閉車門時刻的自動控制。按本文所述方法制成的裝置，具有較高的實用價值，而且對駕駛員基本沒有附加的技術(shù)要求，操作簡單易學。另外，該裝置還有著結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、安裝方便等優(yōu)點。

[1]欒曉娜.巴士公交添新裝置防乘客摔傷[N].東方早報，2007-09-18.

[2]劉燦軍.實用傳感器[M].北京：國防工業(yè)出版社，2004.

[3]徐麗香.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[4]程 鵬.自動控制原理[M].北京：高等教育出版社，2003.

[5]齊志鵬.汽車制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理與檢修[M].北京：人民郵電出版社，2002.