公交车新型智能应急逃生乘客门的设计

李德军，刘慧兰，钟利华，肖礼亮

(1.四川科技职工大学计算机科学学院，四川 成都　610101)

(2.四川大学制造科学与工程学院，四川 成都　610065)



公交车新型智能应急逃生乘客门的设计

李德军1，刘慧兰2，钟利华2，肖礼亮2

(1.四川科技职工大学计算机科学学院，四川 成都610101)

(2.四川大学制造科学与工程学院，四川 成都610065)

摘要：提出了公交车新型智能应急逃生乘客门的设计方案。通过改变原来公交车门板处的螺纹连接为四销联动机构，集成了无线电、智能控制以及远程控制技术，使智能应急逃生乘客门在公交车正常运营时车门仍可向内侧滑动打开，遇到紧急情况需要疏散乘客时乘客门变为绕转臂向外打开，方便乘客应急逃生。

关键词：乘客门绕转臂外开；四销联动；智能控制；远程控制

乘坐公交车出行是一种经济方便的出行方式，据统计我国大中城市85%的市民会选择公交车作为首选的出行工具[1]。面对如此大的运载量，为避免发生事故后出现群死群伤的情况，就需对公交车的安全保护措施予以重视。

国内公交车通常配备的安全设施有灭火器、安全锤、安全窗、门泵截止阀[2]、自动爆破器以及雾化喷头等。这些安全设施的配备主要是从主动灭火、车窗逃生和车门逃生这3个方面考虑的，一般情况下车门逃生为首选方案，能从车门逃生应尽量选择从车门逃生[3]，当出现紧急事件时，按下公交车门泵截止阀控制按钮，卸掉车门开闭机构气压即可手动开门[4]，从车门逃生。然而，由于目前国内的公交车门为内摆门，人群一旦拼命往外挤堵住车门的两侧，门就不能够顺利向内打开。纵观国外，德国、法国等国的公交车用的都是外摆门，应急效果较好。国内公交选用内摆门而不用外摆门，其原因主要有以下3个方面：1)外摆门成本是内摆门成本的2倍；2)我国公交车经常超载，内摆门不易被挤开；3)杭州曾经率先试用过外摆门，出现不少问题，比如经常刮伤乘客[5]等。针对上述情况，本文所提出的新方案，可实现在正常情况下公交车门仍可向内侧滑开，遇到紧急情况时，快速地变内摆侧滑开门为绕转臂外开，向外打开乘客门进行人群疏散。

1系统的总体流程与功能设计

1.1　系统总体流程

本装置的工作流程如图1所示。车内状况监测主要有两种方式：光电烟感系统和司机、乘客人工判断。其中光电烟感系统主要针对出现火灾的情况，通过车厢内烟雾浓度来感知火灾，当发现火灾时向乘客门发出开门信号，同时向远程控制中心发出求救信号；司机、乘客的人工判断则更具有普遍灵活性，针对多种情况，一旦司机或乘客发现紧急情况需要疏散、逃离时就按动紧急开门按钮(其时长达1s视为有效)，向乘客门发出开门信号，并向远程控制中心发出求救信号，远程控制中心收到公交车的求救信号后将快速派出救援力量，把伤害降到最低。乘客门收到开门信号后会对车速进行判断，当车速小于等于3km/h时就执行开门指令，否则等待车速降低至3km/h后执行开门指令。

图1　装置总体流程图

1.2　系统功能设计

1)信号采集模块。

信号采集模块一方面通过光电烟感装置采集公交车内实时信号，当车内发生火灾时就发出开门信号。光电烟感装置利用的是光线散射原理，当烟进入光学探测室后，探测器光源发出的光线受烟粒子散射被光电接收器的光敏元件接收到，处理后向外输出开门信号[6]；另一方面，采集紧急开门按钮的信号，不断地刷新系统看是否有人按动开门按钮,如果有人按动就及时向外发出开门信号。

2)无线传输模块。

信号以无线方式传递，且独立于公交车原有系统，以避免信号传输线被破坏或车本身系统故障而开不了门。无线信号发射模块由COMS工艺制造的低功耗、低价位的通用编解码电路构成，接收模块采用高性能无线遥控、数传专用集成电路和声表集成器，它们均能适应较恶劣的环境且工作比较稳定。

无线信号运用滚动码技术进行加密，由于采用了KEELOQ滚动码算法，数据传输具有极高的保密性，每次传输的代码都是不规则且不重复的[7]，可以保证开门信号具有唯一性，即不会出现被其他的信号干扰而误操作开门，也不会出现本车发出开门信号后导致其他车的门被打开的情况。

3)智能决策模块。

智能决策模块主要包括两个部分：按动开门按钮时长的判断和车速的判断。

利用开门按钮来实现向外开门时需对按动时长进行判断，以避免因不小心碰到开门按钮而误开门的情况出现。即通过单片机技术计时，当按钮按下时长大于等于1s时才会被判定为信号有效并发送给乘客门。

车在行驶过程中开门将会对乘客造成伤害，所以需对车速进行判断。车速判断使用公交车原有的启停信号线，其在公交车正常行驶时有电，速度低于3km/h时无电。通过无线发射功能模块把其状态转换为开关信号来控制是否执行开门指令。

4)远程控制模块。

通过编程，使车门执行开门指令时就有信号传输到远程控制中心。远程控制中心收到信号后就可以及时地了解事故严重性并派出相应的救援力量，力求把伤亡及财产损失降到最小。

5)执行模块。

在乘客门收到开门信号后，电机以1/4圆为轨迹往复运动一次，使得四销联动机构的4个销钉快速向内收回，与固定在门板上的底座脱离连接，从而使得车上端导轨与门板脱开，车门与车体的连接变成只有一侧铰接。

2智能应急逃生乘客门的机械设计

2.1　机械实现原理

公交车乘客门实现内摆开门的机构为曲柄滑块机构(图2(a))，以单开车门为例，其运动原理如下：向内开门时，门泵柱A转动带动转臂1向内运动，在转臂1的带动以及滑槽3的约束下车门板2向内滑动，实现内摆开门。

图2　乘客门运动简图

为实现正常时内摆侧滑开门，紧急情况时外摆开门，需把图中C处用来连接导向轮组件2′与车门板2的螺纹连接换成可快速脱开的四销联动机构(图2(a))。正常情况下，车门开启机构仍为曲柄滑块机构，内摆开门方式不变；紧急情况时，四销联动机构动作使得C″处导向轮组件与车门板快速脱离连接，门板变成只在B″处铰接(图2(b))，此时人们可以快速向外推开车门疏散逃离。 其中，遇到紧急情况时，单扇车门外开大小占整个门面积的75%，双扇车门占整个门面积的80%。

2.2　机械结构设计

四销联动机械结构如图3所示，主要包括了两部分，一部分是固定在车门上的底座4，另一部分是与车导向轮组件1固连的连接部件。两部分通过四销联动机构实现连接。底座4和连接件一起构成机械整体，外形尺寸为106mm×102mm×75mm。

1—导向轮组件;2—连接件;3—下外壳组件;

底座4利用螺纹固定在门板上，为“凹”字形，上开有4个插销孔可与连接部件外伸的4个销钉配合从而实现两部分的结合。连接部件包括了3个部分，第一部分为连接件2，其与导轨上的导向轮组件1和上外壳组件5实现连接；第二部分为上外壳组件5，主要用来装电源、电路板和电动机套件；第三部分为下外壳组件3，是用来实现装置机械性能的主要部分。下外壳组件具体结构如图4所示，紧急情况时，电动机8带动推块7以1/4圆为轨迹做一次往复运动，期间推块7推动“T”形卡块6水平移动进入传动块5的孔中，推出原本在其中的卡位轴10，此时与卡位轴10相连的回复弹簧11被压缩。由于“T”形卡块6不能固定住传动块5，所以传动块5在拉簧9的作用下向上运动，带动滑动轴1一起向上运动，滑动轴1边上的销钉2在其弹簧3的作用下向内运动，与滑动轴1由粗轴端接触变成细轴端接触，销钉2向内收回，与底座脱离连接，从而实现与车门板的脱离。当紧急情况解除后，恢复原本状态只需向下拉动与滑动轴相连接的拉环6(图3)，使4个销钉向外弹出与底座插销孔恢复连接即可。

1—滑动轴;2—销钉;3—弹簧;4—下外壳套筒;

为了保证本装置确实能够可靠地在公交车上运行，通过两个试验进行功能验证，一个是实验室里邀请专家对本装置进行测试，另一个是在实际运行的公交车上进行试验。

3.1　实验室内测试

为了确定本装置的安全可靠性，四川省有关部门邀请专家对本装置进行了一系列的试验，得到具体的试验数据见表1。

表1　测试数据及其结果

3.2　实际运行试验

实际运行试验是在成都850路公交车上进行的，车型为CDK6111型公交车，该车有后门和前门共2个门，后门是双开门，前门是单开门。850路公交路线全程15km，有9km的城市路段，6km的乡村路段，其中城市路段中有3km路段处于修路状态，整条路线的路况比较复杂，往返一次需要100min左右。

参加试验的12辆车投入运营时间均在3a左右，行驶里程在16万km左右。试验历时6个月，共进行了两个试验，第一个试验为开门试验，第二个试验为乘客疏散试验。进行开门试验的时候，由工作人员在车辆空闲时进行，包括了两部分：第一部分为直接开门试验，由工作人员按动向外开门按钮，观察车门外开情况；第二部分为烟雾传感器开门试验，由工作人员在光电烟感系统附近点燃报纸，发出烟雾，触发光电烟感系统进行开门。两部分试验均需要记录开门时间。开门试验每辆车一周进行一次，结果是：在整个试验期间门均能够正常外开，且用时不到3s。在进行乘客疏散试验的时候，天气状况为晴天，中午试验时气温达到33℃，此温度下人相对较烦躁，试验选取了一辆载客180人的三门公交车，乘客性别、年龄随机确定且在车上的分布较为平均，试验开始时由司机按动开门按钮后通知乘客从车门有序撤离，乘客收到指令后以路径最短为原则快速跑向车门进行撤离，撤离时人群有一定的紧张情绪，由于人的胖瘦不同，从门通过时有三人并排或者两人并排情况出现，最终人群完全撤离用时40s。

4结束语

本文所设计的装置通过变内摆侧滑开门为绕转臂向外开门，实现了在紧急情况下对乘客的快速疏散。该装置具有体积小巧、结构简单的优点，可适应不同车况安装；其控制系统集成了无线电、智能控制以及远程控制技术，独立于车本身的系统，反应速度快且可以稳定可靠地工作。

参考文献：

[1]君娥.基于系统安全的公交运营和服务安全管理研究[D].济南：山东大学,2012.

[2]叶脉.公交车安全设施一览[J].人民公交,2010(6)：63-65.

[3]慕溯.记住，公交车车门是逃生首选[N].烟台日报,2013-06-13(A06).

[4]谭婧，陆文婷.公交车起火，逃生有“门道”[J].新安全东方消防,2014(8)：24-25.

[5]李洋洋.公交车门能否向外开[N].钱江晚报,2010-07-08(A04).

[6]李鹏.光电烟感火灾探测器的结构设计[J].消防技术与产品信息,2008(9)：46-47.

[7]石幸利.基于滚动码技术的汽车防盗研究[D].重庆:重庆大学,2007.

Design of a new intelligent door for public bus at an emergency

LI Dejun1,LIU Huilan2,ZHONG Lihua2,XIAO Liliang2

(1.Department of Computer Science, Sichuan Staff University

of Science and Technology, Sichuan Chengdu, 610101, China)

(2.College of Manufacturing Science and Engineer, Sichuan University, Sichuan Chengdu, 610065, China)

Abstract：It proposes the design of a new intelligent bus door for passengers to escape at an emergency. Changing the threaded connection to the mechanism of four pin linkage, it integrates the radio technology, intelligent control and remote control technology, realizes that the bus door slides to the inside under normal circumstances and rotates outside around the pivoted arm at an emergency. The new bus door makes it easy for passengers to escape at an emergency.

Key words：bus door rotating outside around the pivoted arm; mechanism of four pin linkage; intelligent control; remote control technology

作者简介：李德军(1975—)，男，重庆人，四川科技职工大学高级工程师，硕士，主要研究方向为机械设计与制造。

收稿日期：2015-09-01

中图分类号：TB472

文献标志码：A

文章编号：2095-509X(2015)12-0040-04

DOI:10.3969/j.issn.2095-509X.2015.12.011