電動(dòng)客車氣動(dòng)內(nèi)擺門乘客安全保護(hù)設(shè)計(jì)

凌 君，侯友龍

(江蘇常隆客車有限公司，江蘇 江陰 214400)

近年來(lái),隨著越來(lái)越多的客車企業(yè)拓展海外高端市場(chǎng)，城市客車乘客門安全設(shè)計(jì)顯得極為重要。國(guó)內(nèi)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)均要求有關(guān)門防夾功能，且開(kāi)門運(yùn)動(dòng)不能傷害乘客，必要時(shí)要有開(kāi)門保護(hù)裝置。從國(guó)內(nèi)客車乘客門現(xiàn)狀來(lái)看，關(guān)門防夾功能基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但開(kāi)門防夾功能大多還未實(shí)現(xiàn)，且應(yīng)急閥安全保護(hù)功能欠缺。針對(duì)某城市客車內(nèi)擺門[1]，本文介紹其車門防夾及應(yīng)急閥乘客安全保護(hù)的設(shè)計(jì)及其優(yōu)點(diǎn)。

1 氣動(dòng)內(nèi)擺門安全隱患

1) 內(nèi)擺門在關(guān)門及開(kāi)門過(guò)程中，如果乘客正好站在門關(guān)或開(kāi)的軌跡上，可能會(huì)被夾到或撞傷。

2) 旋轉(zhuǎn)車內(nèi)、車外應(yīng)急閥斷開(kāi)進(jìn)氣源，手動(dòng)推開(kāi)車門后，當(dāng)再次旋轉(zhuǎn)應(yīng)急閥恢復(fù)進(jìn)氣時(shí)，門泵氣缸前腔會(huì)進(jìn)氣，車門將迅速關(guān)閉，如有乘客站在車門處會(huì)有被夾危險(xiǎn)。

3) 車內(nèi)應(yīng)急閥大都只有一個(gè)保護(hù)蓋子，蓋子被打開(kāi)后儀表僅僅是報(bào)警提示駕駛員。車輛在行駛過(guò)程中，如有乘客打開(kāi)蓋子旋轉(zhuǎn)應(yīng)急閥，此時(shí)車門氣源斷氣，開(kāi)門電磁閥動(dòng)作，乘客可手動(dòng)推開(kāi)車門。這在行駛途中是非常危險(xiǎn)的。

2 安全保護(hù)措施設(shè)計(jì)及優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 開(kāi)/關(guān)門防夾設(shè)計(jì)

1) 正常開(kāi)/關(guān)門過(guò)程。正常關(guān)門：門控制器ECU收到翹板開(kāi)關(guān)關(guān)門信號(hào)后，關(guān)門電磁閥動(dòng)作，關(guān)門兩位三通電磁閥換向排氣，門泵氣缸后腔也開(kāi)始排氣，而氣缸前腔正常進(jìn)氣，開(kāi)始關(guān)門動(dòng)作。當(dāng)門關(guān)到位時(shí)，裝在車門兩側(cè)門軸上的霍爾式角度傳感器[2-3]的電壓值為1.1 V。正常開(kāi)門：門控制器ECU收到翹板開(kāi)關(guān)開(kāi)門信號(hào)后，開(kāi)門電磁閥動(dòng)作，開(kāi)門兩位三通電磁閥[4]換向排氣，門泵氣缸前腔也開(kāi)始排氣，而氣缸后腔正常進(jìn)氣，開(kāi)始開(kāi)門動(dòng)作。當(dāng)門開(kāi)到位時(shí)，上述角度傳感器的電壓值為2.5 V。其氣電原理如圖1所示。

圖1 車門開(kāi)/關(guān)氣電原理圖

2) 關(guān)門防夾功能設(shè)計(jì)。采用雙防夾設(shè)計(jì)：

一種是利用兩扇門軸上安裝的霍爾式角度傳感器，通過(guò)ECU接收關(guān)門時(shí)角度傳感器的電壓值來(lái)判斷關(guān)門時(shí)是否遇到障礙物。當(dāng)關(guān)門過(guò)程中遇到障礙物時(shí)，門運(yùn)動(dòng)受阻，此時(shí)角度傳感器的電壓值大于正常關(guān)門的1.1 V，且在單位時(shí)間內(nèi)不發(fā)生變化，ECU判斷關(guān)門時(shí)遇到障礙物。

另一種是在兩扇門邊上安裝密封氣囊膠條[5]，通過(guò)氣管連接到氣囊膠條壓力傳感器。當(dāng)關(guān)門過(guò)程中遇到障礙物時(shí)，門邊上的氣囊膠條受到擠壓產(chǎn)生氣壓變化并傳遞給其壓力傳感器，ECU收到相應(yīng)信號(hào)后，判斷關(guān)門時(shí)遇到障礙物。

ECU接收到以上角度傳感的電壓信號(hào)或氣囊壓力傳感器的壓力變化信號(hào)，經(jīng)分析處理后，給開(kāi)門電磁閥發(fā)送開(kāi)門信號(hào)，實(shí)現(xiàn)關(guān)門防夾功能。兩套防夾系統(tǒng)同時(shí)使用可以提高關(guān)門防夾功能的靈敏度和可靠性。

3) 開(kāi)門防夾功能設(shè)計(jì)。對(duì)于乘客較多、擁擠的城市客車，有必要增加開(kāi)門防夾功能，提高安全性。其原理與關(guān)門防夾功能設(shè)計(jì)第一種方式相似：通過(guò)ECU接收開(kāi)門時(shí)角度傳感器的電壓值，來(lái)判斷開(kāi)門時(shí)是否遇到障礙物。當(dāng)開(kāi)門過(guò)程中遇到障礙物時(shí)，門運(yùn)動(dòng)受阻，此時(shí)角度傳感器的電壓值小于正常開(kāi)門的2.5 V，且在單位時(shí)間內(nèi)未發(fā)生變化，ECU判斷開(kāi)門時(shí)遇到障礙物。此時(shí)ECU控制應(yīng)急電磁閥動(dòng)作，使兩個(gè)兩位三通閥開(kāi)始排氣，門泵氣缸兩側(cè)都處于無(wú)壓力狀態(tài)，車門停止開(kāi)門動(dòng)作，停在防夾位置，這時(shí)候就可以手動(dòng)移動(dòng)車門。

2.2 車內(nèi)/外應(yīng)急閥關(guān)閉安全保護(hù)

1) 目前國(guó)內(nèi)主流氣動(dòng)內(nèi)擺門應(yīng)急閥氣路連接為串聯(lián)式，總氣源經(jīng)過(guò)車內(nèi)、車外應(yīng)急閥串聯(lián)后接到電磁閥，電磁閥在常態(tài)下同時(shí)給門泵氣缸前、后腔供氣，氣缸兩邊壓力平衡，車門處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)使用應(yīng)急閥釋放門泵氣缸氣壓后，車門能手動(dòng)推開(kāi)，再旋轉(zhuǎn)應(yīng)急閥恢復(fù)氣缸前腔進(jìn)氣，管道內(nèi)氣體流速過(guò)快[6]，會(huì)導(dǎo)致關(guān)門速度過(guò)快。其氣路圖如圖2所示。

圖2 國(guó)內(nèi)應(yīng)急閥氣路圖

2) 改進(jìn)應(yīng)急閥氣路。將車內(nèi)、車外應(yīng)急閥氣路由串聯(lián)改為并聯(lián)，并在氣回路中增加了一個(gè)應(yīng)急電磁閥，此電磁閥可通過(guò)車內(nèi)、車外應(yīng)急按鈕的進(jìn)氣而動(dòng)作，從而控制門泵的兩個(gè)電磁閥也同時(shí)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)門泵氣缸左右放氣。應(yīng)急電磁閥也可通過(guò)翹板開(kāi)關(guān)電控動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)門泵氣缸左右充氣。改進(jìn)后的氣路區(qū)別在于：應(yīng)急閥是按鈕形式而不是旋轉(zhuǎn)形式；應(yīng)急閥氣路通過(guò)電磁閥控制門泵氣缸均勻進(jìn)氣、放氣，而不是通過(guò)應(yīng)急閥旋轉(zhuǎn)直接進(jìn)氣、放氣。其氣電原理如圖3所示(不包括3 km/h安全閥相關(guān)的虛框部分)。其中開(kāi)、關(guān)門控制閥原理與圖1相同。

圖3 并聯(lián)應(yīng)急閥氣電路

操作過(guò)程：當(dāng)按下車內(nèi)應(yīng)急閥按鈕，車內(nèi)應(yīng)急閥氣路接通，單向閥[7]換向，應(yīng)急電磁閥通過(guò)氣控接通，氣源同時(shí)給兩個(gè)兩位三通閥充氣，閥內(nèi)部換向，開(kāi)始排氣，此時(shí)氣缸前、后腔都在排氣，氣缸兩側(cè)氣壓平衡，處于無(wú)壓力狀態(tài)。這時(shí)候就可以手動(dòng)移動(dòng)車門。

應(yīng)急閥復(fù)位：與車門復(fù)位原理相同，操作過(guò)程也是按一下翹板開(kāi)關(guān)，氣缸恢復(fù)到初始狀態(tài)；再按一下翹板開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)正常開(kāi)門或關(guān)門。

2.3 行車過(guò)程中車內(nèi)應(yīng)急閥安全保護(hù)設(shè)計(jì)

其氣電原理在2.2中2)的基礎(chǔ)上，即在并聯(lián)應(yīng)急閥氣路的進(jìn)氣端串聯(lián)一個(gè)3 km/h安全閥，由ECU控制。如圖3中的虛線框及相關(guān)部分所示。

1) 車輛在靜止或車速小于等于3 km/h狀態(tài)下。門控制器ECU接收到整車發(fā)送的3 km/h電源為0 V,ECU判斷不發(fā)送信號(hào)給3 km/h安全閥，安全閥不動(dòng)作，供給兩個(gè)應(yīng)急閥的氣路暢通，此時(shí)可手動(dòng)操作車內(nèi)外應(yīng)急閥。

2) 車輛車速大于3 km/h。門控制器ECU接收到整車發(fā)送的3 km/h電源為+24 V,ECU控制3 km/h安全閥動(dòng)作，此時(shí)共給車內(nèi)、車外應(yīng)急閥的氣源斷開(kāi)。當(dāng)乘客按下應(yīng)急閥按鈕不會(huì)給門泵氣缸放氣，車門一直處于關(guān)閉鎖止?fàn)顟B(tài)，起到行車安全保護(hù)作用。

2.4 優(yōu)缺點(diǎn)

此氣電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：將正常開(kāi)關(guān)門氣路與應(yīng)急閥氣路分開(kāi)控制，這樣應(yīng)急閥回路可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求來(lái)接通或切斷，且不影響開(kāi)關(guān)門回路的正常工作；左右缸體都有單獨(dú)的電磁閥控制進(jìn)氣、排氣，且進(jìn)排氣速度可通過(guò)電磁閥調(diào)節(jié)；門軸角度傳感器開(kāi)門防夾靈敏度高。

不足之處在于：氣管路設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，使用兩位三通電磁閥可以電控也可氣控，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多為進(jìn)口件；門控制器ECU采用WABCO MTS[8]產(chǎn)品，程序固化，可定制化程度低，更改軟件程序周期長(zhǎng)，成本較高。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文主要從三個(gè)方面介紹了氣動(dòng)內(nèi)擺門安全設(shè)計(jì)，目的在于保護(hù)乘客安全，滿足客戶更高的要求。