無障礙公交車門啟閉機構運動仿真分析

程立艷

（池州學院 機電工程學院，池州 247000）

無障礙公交車門啟閉機構運動仿真分析

程立艷

（池州學院 機電工程學院，池州 247000）

在研究無障礙公交車門啟閉機構的設計要求后建立機構的運動模型，采用桿長及搖桿轉速為設計變量，并利用MATLAB編程對機構進行運動學仿真分析，得到主要運動部件的運動規律，以驗證可供輪椅進出的公交車門啟閉機構的順利啟閉。

無障礙公交車門 啟閉機構 MATLAB 運動仿真

引言

我國正邁入老齡化社會，無障礙交通設施設計具有巨大的市場潛在需求。抽樣調查顯示，包括殘疾人、65歲以上老人以及未成年人在內的交通弱勢群體占全國總人口的11%～14%[1]。在他們的日常生活中，“行”是最受關注的問題之一，而因公交車使用頻率非常高，所以受到了廣泛關注。

為了讓交通弱勢群體能夠容易地搭乘公交車，所有供輪椅進出的車門應滿足一定的設計要求，以保證乘輪椅者以及嬰兒車、拄拐杖者順利通行。在此背景下展開對無障礙公交車設計的探索，對豐富我國無障礙設計領域的內容具有重要的現實意義。

1 建立車門啟閉機構數學模型

1.1 建立啟閉機構運動模型

無障礙公交車車門設計為可減少車門實際占有的尺寸空間的側拉式單開門，開啟寬度主要取決于輪椅尺寸及嬰兒車的尺寸。為保證順利通行，車門寬度設計為900mm[2]。

車門啟閉機構的模型是平面四桿機構中的搖桿滑塊機構，可以實現側拉單開門。為突出車門的主體結構，車門啟閉機構如圖1所示。BC桿是車門一部分的簡化，主動搖桿AB轉動，拉動BC桿轉動即門轉動，從而實現門穩定安全的啟閉。滑塊C只能在門上方的滑槽內滑動。

圖1 車門啟閉機構運動模型

該車門為外擺式，門板與導軌平行時即關門狀態。為方便通行，公交車門開啟時使門板與導軌保持在90°左右[3]。

1.2 建立啟閉機構計算模型

將車門啟閉機構簡化為偏置搖桿滑塊機構，如圖2所示。設搖桿和連桿的長度分別為l1和l2，偏心距為e，原動件搖桿的角速度為ω1方位角為θ1，連桿的方位角為θ2，現建立各構件位移、速度和加速度以及角位移、角速度和角加速度的計算模型。

圖2 偏置搖桿滑塊機構

建立坐標系如圖2所示，由偏置搖桿滑塊機構的矢量封閉圖可得：

式中，θ3=-90°，θ4=0°。

由式（2）得，連桿BC的角位移：

分別對連桿BC的角位移取一階和二階導數，可得連桿BC的角速度和角加速度：

分別對滑塊C的位移取一階和二階導數，可得滑塊C的速度和加速度：

2 M ALAB仿真及分析

根據搖桿滑塊機構的運動學計算模型，將給定的l1、l2、e、θ1和ω1數值結合運動學方程計算式，借助MATLAB軟件即可繪制出連桿BC和滑塊C的位移、速度和加速度變化曲線圖，分別如圖3、圖4所示。圖中實線、虛線、點劃線分別表示位移、速度和加速度。

圖3 連桿BC角位移、角速度和角加速度變化曲線

圖4 滑塊C位移、速度和加速度的變化曲線

通過運動仿真圖3可以看出，搖桿AB單向轉動可以變換為連桿BC的單向轉動，連桿轉角約為95°，因此可以實現公交車門的啟閉。搖桿滑塊機構在搖桿等速回轉過程中，速度約為0.5～11m/s可以達到公交車標準規定的范圍0.6～1.3m/s[5]。可見，運動仿真圖4滑塊的速度、位移及加速度均在有限范圍內變動。

搖桿滑塊模型中，初步設定的數值使得連桿BC速度波動較大，可以通過優化機構模型的各個參數優化機構的運動特性，實現車門更平穩啟閉。

3 結語

本文運用MATLAB圖形用戶界面建立機構的仿真模型，實現了公交車門啟閉機構機構的運動仿真。仿真證明，此機構可以實現車門機構的順利啟閉，對搖桿滑塊機構的設計研究具有一定的重要意義，為實現更平穩傳動、減少磨損和降低噪聲等方面的的搖桿滑塊機構優化設計奠定了基礎。

[1]王引.我國無障礙公交車設計探討[J].大眾科技，2010，（3）：111-112.

[2]朱慧，黃志剛.無障礙公交車內部布局設計與研究[J].包裝工程，2010，31（18）：1-4.

[3]于榮濤，孫東明，黃文婷.基于ADAMS的公交車車門動力學分析[J].新技術新工藝，2013，（4）：38-39.

[4]李獻奇，劉維維，高連興.搖桿滑塊機構及其在農業機械上的應用研究[J].農業科技與裝備，2014，（1）：20-22.

[5]汪寧，吳衛東，張慶如.汽車車門關閉速度與定量施力研究[J].汽車實用技術，2011，（1）：30-32.

The Simulation Analysis of the Movement of the Open and Close Mechanism of the Barrier Free Bus

CHENG Liyan
(College of mechanical and electrical engineering, Chizhou college, Chizhou 247000)

A motion model of the mechanism design requirements in the study of barrier free opening and closing mechanism of the bus door, the long rod and rocker speed as design variables, and kinematics simulation analysis of mechanism using MATLAB programming, the motion law of the main moving parts is obtained, the smooth opening and closing opening and closing mechanism to verify for wheelchairs the bus door.

accessibility bus door, opening and closing mechanism, MATLAB, motion simulation