江 偉，陳毅超，王 盼，樊健偉

(南京金龍客車制造有限公司，南京 210000)

近年來，人為因素引起的客車行駛安全事故頻發(fā)，為此，客車上不斷應(yīng)用新安全技術(shù)，如AEBS(主動安全系統(tǒng))、ESC(車身穩(wěn)定系統(tǒng))和駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)等[1-5]。這些新技術(shù)在一定程度上降低了安全事故發(fā)生率，但在應(yīng)對如駕駛員突發(fā)疾病、惡意危險駕駛等行為上，目前還沒有相應(yīng)的有效應(yīng)急措施。鑒于此，本文基于電動客車電控技術(shù)開發(fā)一種新型車內(nèi)應(yīng)急系統(tǒng)，為規(guī)避因駕駛員非正常駕駛行為引起的安全事故提供解決方案。

1 車內(nèi)應(yīng)急系統(tǒng)方案

該種車內(nèi)應(yīng)急安全系統(tǒng)(以下簡稱“系統(tǒng)”)主要作用在于緊急情況下切斷動力輸出并緩速制動，系統(tǒng)原理如圖1所示。系統(tǒng)針對電動客車，在傳統(tǒng)氣壓制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加與制動總泵并聯(lián)的氣、電協(xié)同控制裝置，其工作模式有以下3個特點：

圖1 系統(tǒng)原理圖

1) 動力切斷。①車內(nèi)乘客閉合應(yīng)急電開關(guān)5、常閉電磁閥c通電打開，氣源a的氣體通過電磁閥到達氣壓開關(guān)22，氣壓開關(guān)22斷開，電機控制器3和低壓蓄電池1間電路斷開，驅(qū)動電機4失去動力； ②駕駛員打開應(yīng)急旋鈕氣/電開關(guān)b，氣源a的高壓氣體通過此旋鈕開關(guān)到達氣壓開關(guān)21，氣壓開關(guān)21斷開(同時低壓蓄電池1和常閉電磁閥c電路接通，氣源a的高壓氣體通過電磁閥到達氣壓開關(guān)22，氣壓開關(guān)22斷開)，電機控制器3和低壓蓄電池1間電路斷開，驅(qū)動電機4失去動力。

2) 緩速制動。應(yīng)急電開關(guān)5或應(yīng)急旋鈕氣/電開關(guān)b啟用后，均可接通低壓蓄電池1和常閉電磁閥c間電路，常閉電磁閥c開啟，氣源a的高壓氣體通過電磁閥，經(jīng)調(diào)壓閥d降壓后輸入給快放閥e和繼動閥f，氣壓制動系統(tǒng)[6]響應(yīng)，車輛緩速制動。

3) 報警。儀表6檢測到氣壓開關(guān)21或氣壓開關(guān)22斷開時，儀表CPU將自動打開車輛危險警示燈和蜂鳴器，并在儀表顯示報警內(nèi)容。

2 系統(tǒng)的使用場景及注意事項

1) 使用場景:①車內(nèi)乘客發(fā)現(xiàn)駕駛員突發(fā)疾病，無法繼續(xù)控制車輛時；②駕駛員涉嫌危險駕駛、危害公共安全時；③駕駛員發(fā)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向、制動、動力控制系統(tǒng)任意一個失去控制時；④有乘客影響駕駛員正?？刂栖囕v時，或其他車輛失控危及本車行駛安全的緊急狀態(tài)時。車內(nèi)乘客或駕駛員可及時啟動應(yīng)急開關(guān)，車輛將自動斷開動力并緩速制動。

2) 注意事項：①應(yīng)急電開關(guān)5應(yīng)設(shè)置在乘客區(qū)且安裝在兒童不易接觸的位置及高度，并應(yīng)配置防誤觸護罩；②應(yīng)急電開關(guān)5旁應(yīng)設(shè)置警示牌，以提示乘客該應(yīng)急開關(guān)的使用條件和方法，以及在車輛正常行駛時故意觸發(fā)該應(yīng)急開關(guān)所應(yīng)承擔的責任；③應(yīng)急旋鈕氣/電開關(guān)b應(yīng)設(shè)置在駕駛區(qū)且駕駛員容易接觸的位置；④系統(tǒng)觸發(fā)后，需手動恢復(fù)應(yīng)急電開關(guān)5和應(yīng)急旋鈕氣/電開關(guān)b，車輛才能重新恢復(fù)動力。

3 系統(tǒng)的優(yōu)點和不足之處

3.1 系統(tǒng)的優(yōu)點

1) 組成簡單。該車內(nèi)應(yīng)急系統(tǒng)僅需在常規(guī)氣制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加2個氣壓開關(guān)、1個電磁閥、1個調(diào)壓閥和若干個應(yīng)急開關(guān)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)。

2) 使用方便。由于駕駛區(qū)設(shè)置了應(yīng)急旋鈕氣/電開關(guān)，車廂內(nèi)不同位置也設(shè)置了若干個應(yīng)急電開關(guān)，緊急情況時駕駛員和反應(yīng)快的乘客可就近使用，能降低發(fā)生安全事故的風險。

3) 可靠、高效。系統(tǒng)工作不經(jīng)過整車VCU控制系統(tǒng)，可避免整車VCU故障時無響應(yīng)的情況出現(xiàn)，且響應(yīng)更快。由于在切斷動力的同時會協(xié)同制動系統(tǒng)和報警系統(tǒng)一起工作，系統(tǒng)的可靠性高。若系統(tǒng)控制電路出現(xiàn)故障，駕駛區(qū)的應(yīng)急旋鈕氣/電開關(guān)b至少也能通過純氣壓控制開關(guān)21/22的斷開來切斷車輛動力，且設(shè)置多個應(yīng)急電開關(guān)5也能大大降低電路故障的風險。

4) 系統(tǒng)工作制動減速度可調(diào)。由于應(yīng)用的車輛以城市客車為主，乘客大都站立，座椅也沒有安全帶，所以在控制氣路中增加了調(diào)壓閥d，通過設(shè)定壓力預(yù)設(shè)值以限制和調(diào)節(jié)車輛的減速度。

3.2 系統(tǒng)減速度限制和調(diào)節(jié)方法

由于系統(tǒng)工作時動力中斷，無驅(qū)動力，由預(yù)設(shè)的安全的制動減速度a[7-8]可得需求的總制動力F、前軸制動力FA和后軸制動力FB：

F=ma；FA=2A1P1i1K1R1η1=Fβ

(1)

FB=2A2P2i2K2R2η2=F(1-β)

(2)

式中：m為滿載質(zhì)量；β為制動力分配系數(shù)；A1、A2分別為前、后制動氣室有效面積；P1、P2分別為前、后制動氣室壓力；i1、i2分別為前、后橋制動器氣室頂桿到制動鉗(制動蹄)的傳動比；K1、K2分別為前、后橋制動器制動效能；R1、R2分別為前、后橋制動器制動摩擦片與制動盤(制動蹄)的有效作用半徑；η1、η2分別為前、后橋制動器的機械效率。

根據(jù)車輛的實際配置情況，可由以上公式計算出制動減速度a對應(yīng)的前、后制動氣室壓力P1、P2。

3.3 系統(tǒng)不足之處

1) 由于該系統(tǒng)的動力中斷功能相當于是在動力系統(tǒng)的控制電路中另外串聯(lián)了一路控制開關(guān)，即一組氣壓電子開關(guān)，這無疑增加了動力系統(tǒng)控制電路的失效風險，因此，該系統(tǒng)中的氣壓電子開關(guān)可靠性要求非常高，且由于動力切斷后需要制動系統(tǒng)配合進行緩速制動，故而增加了整車管路的復(fù)雜度。

2) 由于前、后橋制動器類型和傳動比等參數(shù)不一樣，會導(dǎo)致前后軸達到所需制動力的氣室壓力P1、P2不一樣，但因氣路中只設(shè)置了一個調(diào)壓閥d，故調(diào)壓閥的壓力預(yù)設(shè)值可取P=(P1+P2)/2，這樣實際制動減速度和預(yù)設(shè)值就有些偏差。優(yōu)化建議是，前、后軸分別設(shè)置調(diào)壓閥。

4 結(jié)束語

該車內(nèi)應(yīng)急安全系統(tǒng)不僅能在車輛失控時提供給駕駛員使用，還將車輛的部分控制權(quán)交到乘客手中，降低行車過程中意外發(fā)生的風險，是值得推廣使用的車內(nèi)安全系統(tǒng)。