客车车门智能防夹控制系统研究

摘要：交通运输业是指使用运输工具将货物或者旅客送达目的地，使其空间位置得到转移的业务活动。包括陆路运输服务、水路运输服务、航空运输服务和管道运输服务。其中，城市公交客车属于陆路运输服务，城市公交客车以其载客量、空间大、价格低，成为最普遍的大众运输工具之一。但由于公交客车站点比较多，乘车人员上下车的频次较大，车门打开与关闭较频繁，速度也较快，且力量较大。客车车门智能防夹控制系统能够很好地解决这个问题，保障乘客的乘车安全。

关键词：公交客车；车门；智能防夹系统

作者简介：
史延涛，瑞立集团瑞安汽车零部件有限公司高级工程师，研究方向为机电制造（设计开发）；
杨柳，瑞立集团瑞安汽车零部件有限公司高级工程师，研究方向为车辆工程；
毛传表，瑞立集团瑞安汽车零部件有限公司工程师，研究方向为车辆工程；
张惠，瑞立集团瑞安汽车零部件有限公司工程师，研究方向为汽车零部件机加工工艺设计。

1 项目概况

城市公交客车在城市交通运输中发挥着重要作用，城市公交客车以其乘坐价格低、空间大、载客量多的优点，受到广大乘客的喜爱。城市公交客车之所以乘坐方便，其中有一部分是因为在运输路线中，车辆停靠的站点较多，上下车较为方便。但这也带来诸多问题，如车门的开启与关闭比较频繁。车门在开启与关闭的过程中，是会产生一定力度的，且这个力度比较大。当车上乘客较多，或者遇见上下班高峰时，车上的乘客较为拥挤，多数乘客有时会因为没有座位而处于站立状态，甚至站立在车门附近，这是十分危险的[1-3]。

为了确保城市公交客车在行车中乘客上下车的安全，需要对乘客进行安全教育，尽量与车门保持一定的安全距离，并且要站立在安全区，要求乘客等车辆停稳后再上下车。对乘客进行安全教育的同时，更需要对现有的车门开启与关闭结构进行改进，研发一种客车车门智能防夹系统，确保乘客上下车的安全[4-6]。

2项目背景

2.1国外研究现状

国外只有部分重要城市的豪华车型装有具有防夹功能的车门，并且车辆销售价格较高，大部分车辆的车门未安装防夹控制系统，乘客上下车的安全难以得到保障。车门安装防夹控制系统的客车售价较高，难以普及，因此急需一种性能好、价格低的车门智能防夹控制系统。

2.2国内研究现状

国内客车车门防夹系统的研发虽然有了一定的突破，但是与国外的先进技术相比还是有着很大的差距。本文研究的智能防夹控制系统及相应控制模块结构紧凑，安装方便，集成度高，在国外也有较大的市场。现代经济管理坚持以人为本，公交客车是城市公共交通系统的重要组成部分，与人们生活息息相关，装有智能防夹控制系统的客车，能够有效保障乘客的安全，市场前景广阔。

2.3 客车车门智能防夹控制系统研发

客车车门智能防夹控制系统，一般按两个车门进行设计，如图1所示，客车车门智能防夹控制系统包括电磁阀组A（1）、车门控制模块A（2）、应急开关A（3）、门泵A（4）、位置传感器A（5）、应急开关A（6）、车门控制模块A（7）、门泵A（8）、位置传感器A（9）及电磁阀组A（10）组成。其中车门控制模块内部设置控制器及电磁阀组，如车门控制模块A（2）由控制器一与电磁阀组A（1）组成，车门控制模块A（7）由控制器二与电磁阀组A（10）组成。

A（1）—电磁阀组  A（2）—车门控制模块  A（3）—应急开关  A（4）—门泵  A（5）—位置传感器  A（6）—应急开关  A（7）—车门控制模块  A（8）—门泵  A（9）—位置传感器  A（10）—电磁阀组  P4—控制口  P11—进气口  P12—进气口  P21—输出口  P22—输出口

图1 客车车门智能防夹控制系统

客车车门智能防夹控制系统所有气路部分的功能都集成在车门控制模块内。通常情况下，车门控制模块中的电磁阀组A（10）交替对门泵的两个腔进行充气和排气控制。车门控制模块内置两个压力传感器，用于向ECU提供压力信号。ECU控制车门控制模块实现两个缓冲功能，当车门开启或关闭到达最终位置之前，降低门的运动速度，当关门过程中夹住人或物时，使门慢慢向反方向运动，即重新打开车门。因此，安装有客车车门智能防夹控制系统的公交客车，门泵中就不需要安装机械的缓冲装置，现有的门泵可以不用采用阻尼式气缸，节约了成本。

当人或物体在门关闭的过程中被门夹住时，门的运动速度会慢下来。这时，ECU通过门位置传感器，如图中位置传感器A（5）与位置传感器A（9），识别到这种情况，ECU通过控制车门控制模块进行反方向操作，门又重新打开。当人或物体在门的开启过程中被门夹住时，传感器检测到门的运动速度下降，ECU控制车门控制模块对所有门泵的气腔充气，这时门几乎不受力，从而车门停止运动。这时门的阻力是很低的，用手就可以很容易地移动车门。

门泵紧贴车门安装，是控制车门打开与关闭的重要执行部件，如图1所示：当门泵的P21腔进气、P22腔排气时，门泵推杆向内推动，此时门泵带动车门向关闭方向运动；当门泵的P22腔进气、P21腔排气时，门泵推杆向外推动，此时门泵带动车门向打开方向运动；当门泵P21腔、P22腔同时进气时，门泵带动车门处于缓冲状态。

位置传感器安装在车门旋转轴上，每个车门都安装有一个位置传感器，位置传感器提供给ECU连续的当前门位置的信号，便于ECU对整个客车车门智能防夹控制系统进行控制，确保乘客的安全。

3 客车车门智能防夹控制模块研发

本客车车门智能防夹控制系统，利用防夹控制模块内置的电磁阀组、ECU对公交车门实施关门控制、开门控制，通过缓冲线圈结合ECU、门位置传感器控制门泵，对客车车门实现智能防夹控制，最大限度保证乘客乘车安全。该产品集成度高、结构紧凑，将电磁阀组、ECU、气压传感器均设计在一个车门控制模块内，在有限的安装区域，车门控制模块安装更加方便。客车车门智能防夹控制模块是客车车门智能防夹控制系统的重要组成部分，是整个系统的重要执行部分。客车车门智能防夹控制模块的主要结构如图2所示。

P3—排气口  P4—控制口  P11—进气口  P12—进气口  P21—输出口  P22—输出口  27—ECU控制端  29、29、31——安装螺钉  30为导气板  36—左下阀体  37——右下阀体  38—中阀体  39—上阀体。

图2 客车车门智能防夹控制模块主要结构

左下阀体（36）与右下阀体（37）之间，采用安装螺钉（31）连接；中阀体（38）、导气板（30）、左下阀体（36）、右下阀体（37）之间采用安装螺钉（29）连接；上阀体（39）与中阀体（38）之间采用安装螺钉（28）连接；ECU控制端（27）连接于内部程序板，置于上阀体（39）与中阀体（38）之间。客车车门智能防夹控制模块是客车车门智能防夹控制系统的重要执行模块，通过内部ECU、电磁阀组、气路通道及压力传感器完成关门、开门、电控防夹及应急制动，下面分别就各个过程加以说明。

3.1 车门关闭动作

如图3所示，当乘客上车后，车辆正式启动前，需要将车门关闭后才能行驶车辆。司机按下车门控制系统的控制面板上对应的开关，ECU控制端（27）控制电磁阀组（26）中的关门线圈A通电，气压通过关门线圈A到达通道过渡板（30）的A区、B区、C区，A区气压推动第一活塞（16）及第二活塞（25）向右侧移动，B区、C区气压分别由开门线圈B、缓冲线圈C排出。此时，来自第二进气口（P12）的气压经过P21-1、P21-2，作用于门泵右腔（P21-2），同时，门泵左腔（P22-2）与22-1、排气口（P3）一起通入大气，在A区气压的作用，推动门泵，完成关门动作。

5—应急开关  6—应急控制通道  7—进气通道  8—第一进气口  9—第二进气口  14—第二输出口  15—第一输出口  16—第一活塞  17—第一密封垫  18—第二密封垫  19—第三密封垫  20—第四密封垫  23—第七密封垫  24—第八密封垫  25—第二活塞  26—电磁阀组  32—安装孔  33—第五密封垫  34—第六密封垫  35—门泵  P3—排气口  P4—控制口  P11—通道  P12—通道  P21-2—门泵退夹口  P22-2—门泵伸出口

图3 车门关闭示意

3.2车门打开动作

如图4所示，当执行车门打开操作时，司机按下车门控制系统的控制面板上对应的开关，ECU控制端控制电磁阀组（26）中的关门线圈B通电，气压通过开门线圈B到达通道过渡板的A区、B区、C区，B区气压推动第二活塞（25）及第一活塞（16）向左侧移动，A区、C区气压分别由开门线圈A、缓冲线圈C排出。此时，来自第二进气口（P12）的气压经过22-1，作用于门泵左腔（P22-2），门泵右腔（P21-2）与排气口（P3）一起通入大气，在B区气压的作用下，推动门泵（35），完成打开动作。

P3—排气口  P4—控制口  P11—进气口  P12—进气口  P21-2—门泵退夹口  P22-2—门泵伸出口
                                                          图4 车门开启动作示意

3.3车门电控防夹动作

如图5所示，当人或物体在门关闭的过程中被门夹住时，门的运动速度慢下来，中央ECU通过ECU控制端（27）通过门位置传感器识别到这种情况，ECU控制端控制电磁阀组件内部的关门线圈A、开门线圈B进行反向通电（即开门线圈B通电，关门线圈A断电）。此时的气压走向同图4所示的车门打开状态的控制方法，此时车门又重新打开。

当人或物体在门的开启过程中被门夹住时，门位置传感器检测到门的运动速度下降，这时，ECU控制端（27）通过门位置传感器识别到这种情况。ECU控制端（27）控制电磁阀组件（26）内部的缓冲线圈C通电，带动活塞动作，一路气压由第二进气口（P12）、22-1到达门泵左腔，另一路气压由第二进气口（P12）、P12-1与P21-1相通，到达门泵右腔，门泵左腔、右腔同时通入气压，这时门几乎不受力，从而车门停止运动。这时，车门的阻力是很低的，用手就可以很容易地移动车门。

P11—进气口  P12—进气口  P3—排气口  P4—控制口  P22-2—门泵伸出口  P21-2—门泵退夹口
图5 车门电控防夹动作示意

3.4 车门应急制动动作

如图6所示，在通常情况下，压缩空气经应急开关（5）的1口、2口，到达第二进气口（P12），应急开关（5）的4口与大气相通，当出现紧急情况时，可以将应急开关（5）旋转90°到紧急位置，这时应急开关（5）中1口压缩空气从4口通到车门控制模块的控制口（P4），气压进入通道过渡板（30）的C腔，推动第一活塞（16）、第二活塞（25）向两侧移动，门泵左腔（P22-2）经22-1、第二进气口（P12）、应急开关（5）的2口通大气。门泵右腔（P21-2）经P21-1、第二进气口（P12）、应急开关（5）的2口通大气，最终使门泵左右两腔气压排入大气，车门处于不受力状态，使人或物体从危险状态中解脱出来，应急制动结束。

P3—排气口  P4—控制口  P11—进气口  P12—进气口  P22-2—门泵伸出口  P21-2—门泵退夹口

图6 车门应急制动动作示意

4 结束语

车门防夹控制系统利用车门控制模块内置电磁阀组、ECU控制端对客车的车门实施关门控制、开门控制等，通过缓冲线圈结合ECU控制端、门位置传感器控制门泵，对客车的车门进行电控防夹功能控制，保证乘客乘车安全。整个产品总成采用螺栓与阀体安装孔进行连接，并与客车车架固定在一起，产品集成度高、结构紧凑，使电磁阀组、ECU控制端、气压传感器均设计在一个车门控制模块内，在原本安装空间有限的区域，车门控制模块的安装更加方便。客车车门智能防夹控制系统的研发，能够确保乘客的乘车安全，该系统能够较好地服务大众，市场前景广阔，并能够创造良好的经济效益与社会效益。

参考文献：
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[4]庞博.基于速度自适应的汽车电动尾门ECU系统设计[J].汽车零部件,2020(8):39-42.
[5]侯林,史承婕,李耀光,等.某型汽车电动尾门关闭力的设计研究[J].汽车文摘,2020(12):43-47.
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END

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