客車乘客門多功能控制系統的開發

許 哲

(廈門金龍聯合汽車工業有限公司, 福建 廈門 361023)

客車作為公共交通工具,其安全性直接關系到乘客的生命安全,其乘客門是乘員正常上下車及緊急逃生時至關重要的窗口[1]。目前國內客車的乘客門常以壓縮空氣或電機作為動力源(本文僅涉及壓縮空氣動力源),通過儀表臺翹板開關提供的電信號控制乘客門控制系統中的電磁閥換向,從而實現乘客門的開啟與關閉[2]。

本文以提升乘客門安全性能為出發點,分析國內外相關乘客門法規要求,結合售后出現的問題,總結出乘客門需要具備的多種功能(正常開關門、應急控制器的抑制及自動恢復功能、一鍵開關門及開關門緩沖功能),并開發一種適合多種功能集成的乘客門(集成)控制系統。

1 開發背景及意義

GB 7258—2012對乘客門的相關要求如下:“乘客門除了保證正常開關門外,在出現故障或意外的情況下,仍應能通過車門應急控制器簡便地從車內打開”[3]。同時,為充分保證行車過程中乘員的安全,JT/T 1240—2019中有更進一步的要求:“當車輛以大于5 km/h的速度正常運行時,乘客門控制器應處于被抑制狀態,防止非正常操作而危及乘客的安全;當車輛靜止或車速小于或等于5 km/h時,乘客門控制器應自動恢復其正常功能;乘客門控制系統宜在駕駛員座位附近,易于駕駛員操作部位設置駕駛員位應急控制器。在緊急情況下,當車輛靜止或以小于或等于5 km/h的速度運行時,操作該應急控制器可同時開啟所有乘客門。打開后,保持門處于開啟狀態”[4]。

乘客門控制系統的相關安全功能在國外的現行法規中也有所體現。以歐盟UN R107法規為例,相關要求如下:“在緊急情況下,當客車靜止或車速≤3 km/h時,不論是否有動力供應,都應能通過控制器從車內開啟,車門未鎖時,可從車外開啟;當車速>3 km/h時,內部控制器應處于失效狀態,此要求也適用于外部控制器。”

此外,在日常維護中,如果乘客門缺少開關門緩沖功能,在應急控制器復位時,通氣過程中門泵兩端的氣壓差大,開關門速度較快,容易造成維護人員受傷。

目前市場上的乘客門(包括內外擺門及近些年受市場歡迎的塞拉門)控制系統大多數由乘客門廠家配套提供。廠家提供的乘客門控制系統的功能不完全相同,但工作原理大同小異。以“一鍵開門功能”為例,其功能實現都是在常規二位五通電磁閥上進行變型改造,且單獨增加一路進氣口,通過電信號或氣源實現開門/關門功能。其氣路走線大致如圖1所示[5]。

圖1 市面上現有產品的氣路原理

乘客門廠家提供的控制系統的優點是:①有利于提升乘客門廠家產品的適用性(不涉及整車廠引進氣路改造);②可保證產品的獨立性(專利保護)[6]。其缺點是過度依賴此款特殊開發的二位五通電磁閥,使控制系統的成本居高不下。

近些年主機廠的競爭比以往更加激烈,面臨的經營成本壓力越來越大,產品的成本管控迫在眉睫。由乘客門廠家配套提供的乘客門控制系統已無法滿足客車主機廠成本控制及方便售后維護的需求。一款由客車主機廠開發的多功能乘客門控制系統應運而生。

2 功能需求及特性

依據GB 7258—2012《機動車安全技術條件》[3]、JT/T 1240—2019《城市公共汽電車車輛專用安全設施技術要求》[4]以及UN R107《關于M2和M3車輛一般結構的認證要求》[7]的要求,結合售后出現的問題,除常規的一鍵開關車門功能外,新增應急控制器的抑制及自動恢復功能和開關門緩沖功能,并對一鍵開門功能進行改進。各功能具體描述如下:

1) 新增應急控制器的抑制及自動恢復功能。車內外所有乘客門的應急控制器,可根據車速信號實現自動抑制及自動恢復功能。

2) 新增開關門緩沖功能。無論是正常開關門或操作應急控制器開關門,均能實現開關門緩沖功能,且緩沖速度可調節。

3) 對一鍵開門功能進行改進。在駕駛員附近設置一鍵開關門按鈕(非電控),緊急情況下操作此按鈕可同時自動開啟所有乘客門,復位后可同時自動關閉所有乘客門。一鍵開關門按鈕屬于應急控制器,必須同時滿足“應急控制器的抑制及自動恢復功能”。原一鍵開門功能僅能實現一鍵開門,無法實現一鍵關門且無法實現抑制及自動恢復功能。

客車乘客門控制系統除了滿足功能要求還需具備以下5個要求:①3種功能自由選裝,可單一實現、組合實現、同時實現,終端客戶可根據車輛運行場景選配;②氣路改造簡便,無需對乘客門內部氣路結構進行特殊改造;③無特殊開發零部件,系統中各零部件均為市面上常見的零部件,無需單獨研發;④安全性可靠性有保證;⑤成本低。

3 技術原理及性能指標

通過對各控制器(電磁閥)運行機理的分析,結合多種預期功能的使用要求及條件,在現有控制系統上進行改造,形成初步的控制系統。再進一步優化整合控制邏輯及各部件,最終形成多功能一體的控制系統[8]。

3.1 技術原理

基本原理是對現有常規乘客門氣路進行改造[9],氣路原理如圖2所示。通過改變原有氣路和增加多條回路,用以實現新增應急控制器的抑制及自動恢復、開關門緩沖和一鍵開門的改進3個功能。圖2中的氣路1、氣路2、氣路3為3條并聯氣路,通過邏輯控制,在不同工況下開啟對應氣路回路,實現所需功能。

圖2 本項目的氣路原理

1) 氣路1為乘客門常規開關控制車門氣路(即常規功能控制氣路)。

2) 氣路2(新增)為車速大于5 km/h時抑制應急控制器的氣路,以實現應急控制器的抑制及自動恢復功能。

3) 氣路3(新增)為車輛靜止或車速小于等于5 km/h時一鍵開關門的氣路,以實現一鍵開關門功能。

4) 在抑制閥后面新增緩沖閥,通過調節閥體兩端氣流速度,實現開關門緩沖功能[10]。

3.2 功能指標

經過實車反復測試,各功能指標如下:

1) 一鍵開關門功能。當車輛靜止或以小于或等于5 km/h的速度運行時,操作副儀表臺應急控制器可同時開啟所有乘客門,從觸發到車門完全開啟的時長不超過4 s,遠低于法規要求的8 s。同時該應急控制器兼具復位功能,可同時關閉所有乘客門。

2) 控制器自動抑制及恢復功能。當車輛以大于5 km/h的速度正常運行時,乘客門控制器(含一鍵開關門控制器)處于被抑制狀態;當車輛靜止或車速小于或等于5 km/h時,乘客門控制器(含一鍵開關門控制器)自動恢復其正常功能。

3) 開關門緩沖功能。相比現有系統,操作應急控制器時,門泵兩側氣壓差由原來的0.8 MPa降低到0.3 MPa(氣壓差可在0.1～0.6 MPa調節)。對應乘客門開啟速度由原來的3 m/s降低到0.5 m/s;開啟極限力值由原來的580 N降低到50 N。

4) 成本優勢。相比市面上現有系統(僅能實現一鍵開關門、應急控制器抑制兩種功能),本控制系統單車可實現降成本1 500元,成本優勢明顯。

4 應用及測試

該多功能的客車乘客門控制系統可應用于使用壓縮空氣作為驅動力的各種車輛,包含但不限于車輛乘客門系統、車輛行李艙門系統、車輛外推窗系統等,適用范圍廣[11]。

該多功能的客車乘客門控制系統在現有控制系統上進行優化整合,采用的各零部件均為市面上的成熟產品,安裝便捷、控制邏輯清晰、安全性高。經過相關耐久、耐腐蝕、高低溫等試驗,部分試驗結果見表1和表2。

表1 電磁閥銅加速乙酸鹽霧試驗及結果

表2 車門管路氣流試驗及結果

該控制系統項目研發至落地期間,陸續完成裝車驗證20多套,經試用驗證后,目前已作為我司海內外、公路公交全系車型的選裝配置,也作為售后加裝改制項目。截至2023年8月,選裝該乘客門控制系統的海內外訂單已累計達到900余套。

5 結束語

多功能客車乘客門控制系統的研究是基于國內外現行的法規要求,歷經9個月時間,通過對逃生時間、預防乘客誤觸、預防乘客夾傷等方面的優化,形成了安全可靠、經濟適用的控制系統。提升了乘客門在正常使用及應急逃生情況下的綜合性能,最大程度地保障廣大乘員的生命安全,為公共交通工具的安全運行貢獻了一份力量。