一種新能源公交電動塞拉門控制系統

蔡周峰 左麗飛

摘 ?要：本文給出了一種電動塞拉門的控制系統模型，設計了控制系統的軟硬件，并與其他幾種常見的車門形式進行對比，論述了電動塞拉門的優越性及良好的應用前景。

關鍵詞：電動塞拉門;防夾控制;安全設計

0. 引言

隨著城市化進程的日益加速，城市交通的發展也是日新月異，除了已經發展成熟的公交系統，以及風頭正勁的城市地鐵系統，各種新的交通方式也逐漸進入公眾的眼球，比如快速公交系統（BRT），有軌電車，空軌等等，大大方便了民眾的出行。而公交由于其成本低，覆蓋面廣，易于投入運營及維護等特點依然具有不可替代的地位，是目前受眾最廣的交通工具。

近年來，因為公交車門故障導致事故的報道頻繁出現，而城市公交一般站點較多，乘客上下車頻繁，全天運營時間長。此外隨著公交車數量急劇上升，全球油氣資源的短缺，新能源純電動公交被國家和地方政府大力扶持。因此對公交車門的安全性、可靠性、節能性等方面要求越來越高。

電動塞拉門的外開結構易于乘客疏散，且能增加車內可利用面積，開關門次數可達近百萬次，純電動控制，全程車門狀態可監控，相比于傳統的氣動門泵，具有明顯的優勢，具有廣闊的市場前景。

本文給出了一種電動塞拉門控制系統方案，功能齊全，且安全可靠。

1. 系統模型

該電動車門控制系統主要由直流電機、車門控制器、車門承載驅動機構、鎖閉開關、緊急解鎖裝置以及其它電氣部件等組成。

（1）直流電機

直流電機是電動塞拉門控制系統的核心運動部件。而直流無刷電機相對于有刷電機，運行噪音更小，電磁兼容性能更優，壽命更長。具體可視需求來選擇電機種類，本設計采用直流無刷電機。

電機除了驅動門扇開關以外，還需要實時反饋車門的位置信號。實現原理是由電機內部集成的霍爾傳感器，將位置信號實時反饋給車門控制器，車門控制器再換算為車門的移動距離。

（2）車門控制器

車門控制器是電動塞拉門控制系統的核心驅動部件及核心控制部件，一般為24V供電。

車門控制器可以實時采樣電機的工作電流;接收車輛的控制信號、電機的位置反饋、鎖閉開關等電氣件的反饋信號;通過邏輯判斷，驅動電機執行開門、關門等動作;向車輛反饋車門當前的狀態信息。

（3）車門承載驅動機構

車門承載驅動機構是控制系統的主要機械部件，主要包含絲桿，攜門架，鎖閉裝置等等，是車門可以平穩運行的保障。

（4）鎖閉開關

鎖閉開關用于指示車門的鎖閉狀態。當車門打開時，鎖閉開關被觸發;當車門關閉后，鎖閉開關被釋放。車門控制器會實時監控該信號，可以監控到車門的意外狀況。如當行車過程中發現開關被觸發，結合電機的位置反饋，即可以判斷此時車門是否開啟。

（5）緊急解鎖裝置

緊急解鎖裝置是為了保證在緊急情況下，可以手動將車門打開的裝置。可以分為鋼絲繩解鎖，氣缸解鎖等不同形式。本設計中還包含一個微動開關，可以反饋緊急解鎖裝置是否被操作。結合電機的位置反饋，車輛的控制信號，即可以判斷此時車門是正常開啟還是意外開啟。

（5）其它電氣部件

其他電氣部件包括指示燈，蜂鳴器，乘客按鈕等等，這些器件主要是客戶的不同需求，不影響車門的可靠運行。

以上部件構成了電動塞拉門控制系統。

2. 硬件設計

硬件設計主要是車門控制器的設計。

車門控制器采用TI的DSP處理器，它具有主頻高，運算速度快的優點，且具有內部存儲器，模數轉換器（ADC），CAN總線控制器，三相全橋控制器等等，集成度高，方便系統的集成。

車門控制器除主處理器外，還包含輸入口電路、輸出口電路、電機驅動電路、霍爾采樣電路、CAN通訊電路、電源電路、維護接口電路等。

（1）輸入口電路

輸入口電路的功能包含采樣車輛的控制信號，包括開門信號、關門信號等;采樣鎖閉開關、緊急解鎖裝置的反饋等。

輸入口電路的可靠性保障車門控制系統的可靠響應，這里采用光耦進行隔離，并進行適當的信號濾波處理，防止信號干擾。

（2）輸出口電路

輸出口電路主要的功能是向車輛控制中心反饋門控系統的工作狀態，點亮指示燈等等。

（3）電機驅動電路

電機驅動電路的功能是接收處理器的驅動信號，采用三相全橋的驅動方式，驅動電機的轉動。電機驅動電路需要具備過流保護、過溫保護等功能，以保證車門的正常運行。

（4）霍爾采樣電路

霍爾采樣電路的功能是采樣電機中位置編碼器反饋的脈沖。處理器根據采樣到的脈沖可以換算出電機轉動的相位，進而換算出車門移動的距離。

（5）CAN通訊電路

CAN通訊電路的功能是與車輛控制中心進行通訊，接收網絡開關門信號、反饋車門的當前狀態等。

（6）電源電路

電源電路的功能主要是將車輛的供電轉換成車門控制器中各模塊的所需電壓進行供電。電源電路需要具備電磁兼容防護功能。

（7）維護接口電路

維護接口電路包括維護接口、狀態指示燈等。通過維護接口可以升級車門控制器的程序，可以查詢存儲的故障信息等。通過狀態指示燈可以了解到車門控制器當前的工作狀態、輸入輸出口狀態等，方便維護。

車門控制器的硬件設計還要考慮對外接插件及外殼防護。車門控制器一般安裝在空調風道中，夏季的工作環境非常潮濕，車門控制器表面易生成冷凝水，一旦冷凝水造成線路短路，極易造成車輛故障。因此車門控制器需要可靠的外殼防護。

3. 軟件算法

車門控制系統的正常工作需要建立在保證安全的基礎上。具體的功能可以細分為：開關門;防夾功能;安全保護等等。下面詳細描述以上功能的軟件算法。

3.1 開關門邏輯

公交車一般通過司機操作儀表臺上的開關門按鈕來實現車門的開關，因此存在司機誤觸發或者開關故障的情況，所以只通過開關門按鈕的信號控制車門的開關并不可靠。需要多個信號組合控制車門的開關，可以避免開關的單點故障導致車門意外打開而造成故障。

本控制系統采用車速信號作為允許開門條件，即當車速低于一定值時，司機按下開門按鈕方可執行開門，該信號下文統稱為零速信號。

當零速信號有效、開門信號有效、未操作緊急裝置、門控系統無故障時方允許開門;當關門信號有效、未操作緊急裝置、門控系統無故障時允許關門。

相比于傳統的車門，增加了零速信號作為一種開門條件，行車過程中意外開門的情況可以基本杜絕，大大提高行車安全性，防止出現客傷事故。

3.2 防夾算法

控制系統無紅外傳感器、壓力傳感器等設備，防夾的實現是利用電機的位置傳感器實現的。

軟件可以對車門位置進行實時監控，在開關門流程仍未結束的情況下，如檢測到車門位置不再變化，即識別為車門被外物卡滯，立即進入防夾流程，將夾持力撤銷，防止夾傷乘客。即車門要產生防夾作用，需要滿足如下條件：

1）車門處于電動開關門過程中;

2）規定時間內，車門的移動距離低于軟件設定值。

傳統的乘客門的防夾一般采用傳感器，需要在車門閉合部位從頂端至底端增加壓力傳感器來實現，有時也采用光電傳感器等，大大增加了額外的成本。也有采用時間作為控制條件，即一段時間內車門仍未關上則判斷為產生防夾，這大大加長了夾持時間，安全性較差。

本設計不需要增加額外器件，且可實現雙向防夾（開門及關門均可實現防夾），全程防夾（在開關門的任何位置均可實現防夾），靈敏度高，設計成本降低，可靠性和體驗大大提高。

3.3 安全保護功能

因車門是車輛主要的進出口通道，而對于公交車，車門位置往往站有乘客，在高峰期尤甚。因此安全可靠是車門運行必須考慮的問題。

除了在開門條件上增加零速信號的判斷，零速無效時不允許開門以外，司機不操作關門即啟動車輛、乘客在行車時強扒車門等情況也是極不安全的。因此，在控制軟件中，在出現如下情況時，控制器會控制車門自動關閉，并屏蔽防夾功能：

1） 車門未可靠關閉，但零速信號跳變為無效（對應司機門未關即行車的工況）;

2） 未接收到開門指令，但檢測車門離開鎖到位位置（對應乘客強扒車門的工況）;

4. 結束語

電動塞拉門因其安全性、舒適性和美觀性的特點，相比傳統的內、外擺門具有顯著優勢，目前在軌道交通中已經廣泛普及，在公交行業也有逐漸推廣的趨勢。

本文設計了一種電動塞拉門的控制系統，對系統的組成、軟硬件設計作出描述，具有系統結構清晰、控制安全可靠等優點，可滿足公交車門系統節能化、智能化的發展方向，并已在部分城市的新能源公交項目中推廣使用，具有較好的發展前景。

參考文獻

[1]張霞，榮祖蘭.客車電動車門防夾控制系統設計研究[J].制造業自動化，2011，33（06）：67-70.

[2]王曉員.新型電動客車門電控系統的設計研究[J].西安工程大學學報，2010，24（05）：627-630.

[3]劉克旺.公交車車門啟閉自動控制裝置的研究[J].裝備制造技術，2010（02）：71-73.

[4]王輝.一種基于CAN總線的公交車門運動狀態檢測系統[J].汽車實用技術，2015（11）：88-90.