城市軌道車輛智能門控器關(guān)鍵技術(shù)研究

李強(qiáng)

摘 要：為人們提供更加便利的交通環(huán)境，軌道車輛愈加廣泛的出現(xiàn)在城市交通建設(shè)當(dāng)中。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也為了保障乘客的人身安全，城市軌道車輛選用的是智能門，并應(yīng)用先進(jìn)的控制技術(shù)確保自動(dòng)門的正常工作。本文分析了城市軌道車輛門控器的關(guān)鍵技術(shù)研究中的常見問題，并對(duì)此提出了針對(duì)性的解決措施，并通過操作性試驗(yàn)來驗(yàn)證，本文提出的措施是合理有效的。

關(guān)鍵詞：城市軌道車輛；智能門；門控系統(tǒng)

前言：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能化的自動(dòng)門已經(jīng)逐漸成為城市軌道車輛中必不可少的一部分，對(duì)乘客的生命和財(cái)產(chǎn)安全起到至關(guān)重要的影響，縱觀近年來的軌道車輛安全事故，因?yàn)樽詣?dòng)門出現(xiàn)問題進(jìn)而引發(fā)的列車失控，進(jìn)而造成的人員傷亡事件時(shí)有發(fā)生。因此迫切需要對(duì)城市軌道車輛智能門的控制技術(shù)加以研究，進(jìn)而提升軌道車輛門控系統(tǒng)的高效性和穩(wěn)定性。

一、門控系統(tǒng)概述

根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的差異可以將自動(dòng)門劃分為兩種，其一是電控氣動(dòng)門，其二是電控電動(dòng)門，相比于電控氣動(dòng)門，電控電動(dòng)門是一種創(chuàng)新性自動(dòng)門技術(shù)，雖然可以分為很多不同的種類，但是無論哪個(gè)種類，其發(fā)揮的作用都并無太大差異，性能參數(shù)等數(shù)據(jù)信息也相差無幾。當(dāng)前最常見的電控電動(dòng)門就是直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)門。直流無刷電機(jī)可以說是當(dāng)前軌道車輛智能門研究的最新產(chǎn)物，不但具備直流有刷電機(jī)的優(yōu)勢特征，還將交流電機(jī)的優(yōu)勢之處有效的結(jié)合進(jìn)來，正受到越加廣泛的使用。直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛智能門，在增強(qiáng)門控系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，還可以顯著提升門控系統(tǒng)的使用年限。除此之外，門控系統(tǒng)研究中還有兩大關(guān)鍵要素直接關(guān)系到門控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性，其一是門控系統(tǒng)的魯棒性，其二是防擠壓功能的激活[1]。

因此，要想盡可能提高門控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用年限，可以從兩個(gè)方面出發(fā)，并具體采取調(diào)速性能、防擠壓功能激活以及換向轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)這三項(xiàng)措施，以應(yīng)對(duì)城市軌道車輛智能門控器關(guān)鍵技術(shù)研究中的問題。還會(huì)對(duì)三種解決措施加以實(shí)踐測試，以檢驗(yàn)解決措施的合理性和可行性。城市軌道車輛自動(dòng)門系統(tǒng)的硬件組成通常包括主控制器、功率驅(qū)動(dòng)部分、隔離電路、驅(qū)動(dòng)電機(jī)四項(xiàng)內(nèi)容[2]。門控系統(tǒng)的工作原理可以總結(jié)為：在車輛自動(dòng)門的開關(guān)過程中，有傳感器將開關(guān)門速度、障礙物位置、電流大小等數(shù)據(jù)及時(shí)的收集，并對(duì)其加以處理和分析，然后將處理修正后的速度和電流反饋到門控系統(tǒng)中，并選擇科學(xué)的控制算法來控制門控系統(tǒng)中的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。除此之外，還設(shè)有根據(jù)信號(hào)反饋判斷是否運(yùn)行防擠壓功能。

二、功能方案設(shè)計(jì)

（一）基本功能設(shè)計(jì)

為提升門控器的標(biāo)準(zhǔn)性，應(yīng)當(dāng)在門控系統(tǒng)中添設(shè)網(wǎng)關(guān)部分，網(wǎng)關(guān)部分的選擇要根據(jù)具體的軌道車輛路線標(biāo)準(zhǔn)而定，這樣可以顯著提升門控系統(tǒng)的通用性，即應(yīng)用到不同標(biāo)準(zhǔn)的車輛時(shí)，僅須調(diào)整網(wǎng)關(guān)部分即可。另外，還應(yīng)在網(wǎng)關(guān)部分中加入FPGA芯片，并通過它來控制門控程序。除此之外，由于智能化門控系統(tǒng)是科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物，而隨著時(shí)代的發(fā)展，門控系統(tǒng)的更新?lián)Q代升級(jí)工作，也將會(huì)越加頻換，為方便對(duì)門控系統(tǒng)加以改造和升級(jí)，同樣可以模塊化思維解決此問題，即單獨(dú)劃分出升級(jí)模塊，當(dāng)對(duì)門控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)創(chuàng)新時(shí)，僅需對(duì)升級(jí)模塊加以調(diào)整即可，這樣可以有效減少對(duì)門控系統(tǒng)升級(jí)時(shí)的工作量，加強(qiáng)門控系統(tǒng)的操作性和發(fā)創(chuàng)新性[3]。

（二）拓展控能設(shè)計(jì)

智能性是當(dāng)前城市軌道車輛門控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，為此，可以在門控系統(tǒng)中添加監(jiān)測環(huán)節(jié)，對(duì)門控系統(tǒng)在運(yùn)行過程當(dāng)中出現(xiàn)的問題加以及時(shí)有效的診斷和修正。而具體的監(jiān)測診斷環(huán)節(jié)可以包括以下兩部分，其一是在線監(jiān)測部分，可以通過對(duì)在線監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，來發(fā)現(xiàn)門控系統(tǒng)中的問題，并及時(shí)采取合理有效的修正措施；其二是離線監(jiān)測部分，起到故障防范作用，記錄可能引發(fā)門控系統(tǒng)故障的數(shù)據(jù)信號(hào)，然后應(yīng)用PC機(jī)來處理故障信號(hào)，發(fā)現(xiàn)故障原因并針對(duì)性采取措施。除此之外，要在門控系統(tǒng)中添加有效的維修接口，方便工作人員對(duì)門控系統(tǒng)加以維修和修正，進(jìn)而提升門控系統(tǒng)的可操作性。在此環(huán)節(jié)中，要科學(xué)比較維修接口的便利性和經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而選擇最具性價(jià)比的設(shè)計(jì)方案。然后要在軟件系統(tǒng)中設(shè)定按鈕，通過按鈕來調(diào)控門控系統(tǒng)的運(yùn)行和維修。除此之外，還應(yīng)當(dāng)在門控系統(tǒng)中加入光幕設(shè)備，通過光幕可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)車門開關(guān)門過程中遇到的障礙物，然后及時(shí)反饋遮光信息，從而及時(shí)向門控系統(tǒng)傳達(dá)停止關(guān)門信號(hào)，防止安全事故的發(fā)生，起到保護(hù)乘客人身和財(cái)產(chǎn)安全的重要作用。

（三）防擠壓功能的改進(jìn)

出于對(duì)城市軌道車輛自動(dòng)門的安全性要求，自動(dòng)門必須具備合理的結(jié)構(gòu)和充分的嚴(yán)密性，這也就導(dǎo)致在改善車輛自動(dòng)門的防擠壓性能時(shí)，不便于選用傳感器來實(shí)現(xiàn)。從當(dāng)前的情況來看，最常用電流改變的原理來發(fā)揮車輛自動(dòng)門的防擠壓效果。具體操作流程就是，首先就是要確定門控電機(jī)的電樞電流值，這需要電流傳感器來實(shí)現(xiàn)，在自動(dòng)門關(guān)閉過程中，會(huì)碰到障礙物并對(duì)其施加壓力，這時(shí)，傳感器會(huì)感應(yīng)到障礙物并瞬間提高門控系統(tǒng)的電流，進(jìn)而引發(fā)門控系統(tǒng)的防擠壓功能開始工作。雖然這一方法具有流程簡化的優(yōu)勢特點(diǎn)，但另一方面也存在難以掌握擠壓力度的問題。除此之外，由于列車供電系統(tǒng)所提供的電壓也會(huì)使門控電機(jī)的電流大小發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致精度失準(zhǔn)[4]。

另一方法則是利用阻力與門控直流無刷電機(jī)的速度呈線性關(guān)系這一原理，選擇速度比較法來發(fā)揮車輛自動(dòng)門的防擠壓功能。這種方法的不足之處在于對(duì)系統(tǒng)調(diào)速功能有所限制，不僅如此，在門控直流無刷電機(jī)的運(yùn)行速度與設(shè)定速度值相交之前，這兩個(gè)數(shù)值之間的差距很大，難以保障防擠壓措施的有效性控制。不僅如此，由于這種方法是通過判斷障礙物的位置來決定是否運(yùn)行防擠壓功效，這也就導(dǎo)致擠壓力的數(shù)值難以控制在一定范圍值之內(nèi)。對(duì)此，本研究選用的措施是：在門控直流無刷電機(jī)的運(yùn)行速度達(dá)到設(shè)定速度之前，選擇用判斷障礙物位置的方式來決定是否啟用防擠壓措施。隨后，就改用速度比較法來發(fā)揮防擠壓作用，并在車輛運(yùn)行過程中，為電機(jī)電流劃定一個(gè)電流數(shù)值范圍，并確定最大值，從而更加有效的確保游客的人身及財(cái)產(chǎn)安全，同時(shí)提升門控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用年限。

結(jié)語：本文通過對(duì)城市軌道車輛的門控系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行研究，研究分析了在門控系統(tǒng)中可能引發(fā)安全問題的隱患，并對(duì)門控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)提出科學(xué)合理的建議，希望可以為提升門控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用年限提供可靠的理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣玉虎，王思明，石彩霞.城市軌道車輛智能門控器關(guān)鍵技術(shù)研究[J].城市軌道交通研究，2016，03（08）：133-137.

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[3]王政.城市軌道交通智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)[J].技術(shù)與市場，2015，11（05）：40-41.

[4]宋文凱.智能門控制器的設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，19（04）：11.