摘要：隨著新能源商用車的快速發(fā)展，電氣架構(gòu)越來越智能化，整車控制器集成度越來越高。利用整車控制器多端口處理和快速響應(yīng)實(shí)現(xiàn)智能化乘客門防夾系統(tǒng)，在安全性和準(zhǔn)確性方面遠(yuǎn)超傳統(tǒng)乘客門防夾系統(tǒng)。通過超聲波雷達(dá)對乘客門上下車區(qū)域盲區(qū)實(shí)時掃描監(jiān)控，由整車控制器根據(jù)掃描結(jié)果通過算法實(shí)現(xiàn)對乘客門的智能控制，達(dá)到避免乘客傷害和車輛損壞目的。

關(guān)鍵詞：超聲波雷達(dá)；控制器；檢測；CAN總線；儀表

中圖分類號：U467.5 收稿日期：2024-05-10

DOI：1019999/jcnki1004-0226202408020

1 前言

當(dāng)前，公共汽車是最普遍的大眾運(yùn)輸工具之一，公交優(yōu)先已經(jīng)成為國家解決道路擁堵及大氣污染的一種戰(zhàn)略選擇。隨著城市化和機(jī)動化的發(fā)展，城市人口不斷增加，對公共交通需求相應(yīng)快速增長，人們對乘坐公交車出行的舒適性和安全性提出更高的要求。一方面要求公共交通企業(yè)投入更多客車，滿足日益增長的出行需要；另一方面對公共汽車性能提出更高的要求。

公交車上使用電氣設(shè)備在不斷增加，智能化和網(wǎng)聯(lián)化趨勢越來越明顯，尤其車門控制方面，從以前機(jī)械式車門控制逐漸過渡到電氣式車門控制。然而，電氣控制車門在使人們獲得使用便利的同時，安全問題也隨之而來。由于司機(jī)難以準(zhǔn)確及時地判斷后門處是否有乘客或者障礙物，而開關(guān)門的氣缸壓力大并且動作迅速，導(dǎo)致公交車門夾人事件屢屢發(fā)生。

當(dāng)前，乘客門防夾系統(tǒng)多是一種被動系統(tǒng)，即在車門上配置壓力傳感器，當(dāng)乘客被車門夾住時，壓力傳感器會產(chǎn)生信號將車門打開，避免對乘客產(chǎn)生更大傷害。這種被動乘客門防夾系統(tǒng)由于是事后控制，因此不可避免會對乘客產(chǎn)生一定傷害，影響乘客乘坐體驗(yàn)。另外，由于國內(nèi)當(dāng)前配置殘疾人踏板的車輛較少，因此國內(nèi)尚無此類針對殘疾人踏板工作時安全區(qū)域檢測的相關(guān)系統(tǒng)，并且現(xiàn)有的乘客門檢測被動控制系統(tǒng)由于存在檢測延遲，存在車門控制響應(yīng)滯后、控制精度差等問題，從而導(dǎo)致乘客乘坐舒適性較差，影響乘坐體驗(yàn)。

目前已有的公交車門防夾系統(tǒng)功能比較單一，反應(yīng)速度慢，而且多數(shù)裝置產(chǎn)品均是國外產(chǎn)品，如要對我國現(xiàn)有公交車門結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整改裝，費(fèi)時費(fèi)力且費(fèi)用較高。因此，有必要開發(fā)一款新型乘客門檢測系統(tǒng)，以填補(bǔ)國內(nèi)空白，替代國外產(chǎn)品，不僅可以解決當(dāng)前沒有乘客門檢測系統(tǒng)的燃眉之急，而且通過國產(chǎn)化產(chǎn)品，可以有效降低進(jìn)口產(chǎn)品的價格，有利于此類產(chǎn)品在公交系統(tǒng)的普及，利國利民［1］。

2 工作原理

本系統(tǒng)包括超聲波雷達(dá)、控制器、DC-DC電源模塊、儀表及車輛的車門與殘疾人踏板，其中超聲波雷達(dá)的數(shù)量為2個，分別用來檢測乘客門區(qū)域及殘疾人踏板區(qū)域，通過超聲波雷達(dá)實(shí)時掃描從而實(shí)現(xiàn)動態(tài)檢測乘客門周邊乘客、行人、物體的狀態(tài)，并把收集到的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成電信號，通過數(shù)據(jù)線把采集信號傳送給整車控制器，再根據(jù)接收到的檢測信號，整車控制器對儀表臺就能發(fā)出指令對車門及殘疾人踏板狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)控制，并同步在儀表臺顯示當(dāng)前車門及殘疾人踏板工作狀態(tài)［2］。

其工作原理如下：

a當(dāng)乘客門的狀態(tài)為開啟狀態(tài)時，系統(tǒng)開始進(jìn)行乘客門區(qū)域的障礙物檢測。

b如檢測范圍內(nèi)有障礙物，則通過CAN總線，發(fā)送乘客門區(qū)域不安全信息給儀表和整車控制器。

c如檢測范圍內(nèi)無障礙物，則通過CAN總線，發(fā)送乘客門區(qū)域安全信息給儀表和整車控制器。

d由整車控制和儀表對車門狀態(tài)進(jìn)行控制。

乘客門檢測部件只發(fā)送乘客門區(qū)域的障礙物檢測信息，不對車門的狀態(tài)進(jìn)行控制，由儀表和整車控制器進(jìn)行車門狀態(tài)控制。

3 乘客門檢測系統(tǒng)架構(gòu)

乘客門檢測系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示，主要包括超聲波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)控制器、電源及儀表等。其中超聲波雷達(dá)的供電電源為5 V，由超聲波雷達(dá)控制器提供。儀表臺為整車儀表，乘客門監(jiān)測系統(tǒng)與其他系統(tǒng)共用此儀表臺。超聲波雷達(dá)的探測信號通過硬線發(fā)送給超聲波雷達(dá)控制器進(jìn)行處理，超聲波雷達(dá)控制器通過CAN線與儀表進(jìn)行通信，超聲波雷達(dá)控制器的電源為12 V，由儀表臺提供。

4 乘客門檢測系統(tǒng)的檢測區(qū)域

乘客門檢測系統(tǒng)的基本探測區(qū)域?yàn)椋嚎v向距離3 m，最長可達(dá)5 m；橫向距離車身內(nèi)外側(cè)05 m，最寬處可達(dá)08 m。具體檢測區(qū)域如圖2所示。

此檢測區(qū)域包含車門內(nèi)部分和車門外部分，車內(nèi)部分包含站立區(qū)和殘疾人踏板區(qū)域，車門外部分包含上下車區(qū)域和障礙物區(qū)域。值得注意的是，超聲波雷達(dá)安裝位置會影響到檢測區(qū)域大小。對于超聲波雷達(dá)安裝位置，需要兼顧檢測區(qū)域面積大小要求和超聲波雷達(dá)自身安全要求［3］。

5 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

乘客門檢測系統(tǒng)硬件主要包括超聲波雷達(dá)及附件、乘客門檢測控制器及線束等，如圖3所示。

51 超聲波雷達(dá)及雷達(dá)支架

超聲波雷達(dá)作為整個系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，起掃描和測試作用，超聲波雷達(dá)性能決定測試距離和測試面積大小。

雷達(dá)支架的主要作用為固定超聲波雷達(dá)在車身上的安裝位置，以滿足檢測范圍及精度的需求。雷達(dá)支架可以安裝在車門側(cè)車身的左邊或右邊，雷達(dá)支架的前端離車門的距離為（13±2）cm，雷達(dá)支架的下邊緣安裝高度不應(yīng)<40 cm，雷達(dá)支架前端的檢測范圍內(nèi)不應(yīng)存在障礙物。

52 乘客門檢測控制器

乘客門檢測控制器的主要作用為采集及處理超聲波雷達(dá)的探測數(shù)據(jù)，并將檢測的結(jié)果提供給儀表或控制器。

53 線束

線束的主要作用為連接超聲波雷達(dá)與乘客門檢測控制器，連接整車與乘客門檢測控制器，以及為乘客門檢測控制器提供刷寫、標(biāo)定及診斷接口。其具體連接及定義如圖4所示。

54 乘客門檢測系統(tǒng)接插件

乘客門檢測控制器的針腳及線束接口定義如表1所示。

55 通信協(xié)議

乘客門檢測控制系統(tǒng)與整車儀表或整車控制器通過CAN進(jìn)行信息的交換。

56 工作環(huán)境要求

超聲波雷達(dá)的防護(hù)等級為：IP54。

車輛涉水：≤05 m。

環(huán)境溫度：-40～65 ℃。

海拔：≤3 000 m。

相對濕度：30%～80%。

6 軟件實(shí)現(xiàn)

在發(fā)起關(guān)門請求時，判斷可以關(guān)和不可以關(guān)分別對應(yīng)乘客門狀態(tài)檢測和殘疾人踏板檢測。判斷安全后才能關(guān)門，否則關(guān)門請求被拒絕［4］。具體邏輯流程見圖5。

7 測試結(jié)果

基于以上軟硬件系統(tǒng)，實(shí)測得出最大有效橫向距離和最大縱向距離分別是072 m和1 m，與設(shè)計指標(biāo)相比，完全能夠滿足設(shè)計需要和實(shí)際應(yīng)用需要。測試結(jié)果如圖6所示。

8 結(jié)語

本系統(tǒng)有比較好的探測范圍，對探測到的障礙物可以迅速作出反應(yīng)，并通過儀表實(shí)時實(shí)現(xiàn)對車門的有效控制。和傳統(tǒng)防夾系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)更智能、控制系統(tǒng)反應(yīng)速度更快，可監(jiān)控范圍更大，是一種高效的檢測技術(shù)，能有效提高防夾效率和減少誤傷率，是一種值得大力推廣的技術(shù)和產(chǎn)品。本系統(tǒng)已完成樣機(jī)和小批量生產(chǎn)，通過測試認(rèn)證取得CE認(rèn)證，產(chǎn)品已大批量生產(chǎn)，前裝在不同出口型商用車走向全球，取得良好經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。隨著市占率逐步擴(kuò)大，該系統(tǒng)的先進(jìn)性和安全性將逐步體現(xiàn)出來。

本系統(tǒng)在探測距離和探測靈敏度上還有提高空間，硬件設(shè)備性能制約整個系統(tǒng)的性能上限，選擇更好的超聲波雷達(dá)并優(yōu)化算法，同時選擇更好的安裝位置，可進(jìn)一步提高探測性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉開春客車車身設(shè)計[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013

[2]陳家瑞汽車構(gòu)造（上下冊）[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009

[3]凡海峰基于CAN總線的汽車車身控制系統(tǒng)研究[D]南京：南京航空航天大學(xué)，2009

[4]林銳高質(zhì)量程序設(shè)計指南C++/C語言[M]北京：電子工業(yè)出版社，2007

作者簡介：

秦亞浪，男，1975年生，碩士，研究方向?yàn)樾履茉瓷逃密囌?、底盤研究及性能測試評價。