车辆门系统的单向逆止离合锁闭机构

2021-01-22王际成林会明张海国曹苏群

机械工程师 2021年1期

王际成，林会明，张海国，曹苏群

（1.江苏惠民交通设备有限公司，江苏淮安223000；2.淮阴工学院，江苏淮安223003）

0 引言

随着车辆的飞快发展，人们对车辆门的安全性和人性化的设计提出了更高的要求。目前应用在车辆门中的离合闭锁机构有两种：一种是终点锁闭，即在门关闭后采用机械方式锁闭；另一种是全程锁闭，即门可被电动机控制实现开关，而无法自行打开或在非紧急情况下被手动打开。

本文设计了一种用于车辆门系统的单向逆止离合锁闭机构[1]，可在紧急情况下进行手动开门，且具有单向性，在运行过程中摩擦力小，大大改善零部件磨损现象，使车辆门系统更加安全、耐久、可靠。

1 单向逆止离合锁闭机构

1.1 功能和需求

单向逆止离合锁闭机构能够实现将电动机输入的顺时针或逆时针的旋转动力传到丝杆上，丝杆单向旋转产生的动力不被阻却，即通过电动机控制可以实现车门的轴向开关运动，而无法自行打开或在非紧急情况下被手动打开。

单向逆止离合锁闭机构能够极大地提高在正常或突发情况下人身的安全系数，有效地保证了人们的生命安全。因此车辆门系统的单向逆止离合锁闭机构满足当代的乘车需求。

1.2 结构组成

车辆门单向逆止离合锁闭机构是由电动机、转轴、离合分离爪、离合器总成、离合器箱体、丝杆、主动齿轴、制动齿圈、电动机接盘、行星架、主动盘、拨杆、拨块、拨爪、离合器套筒、星轮、离合器滚柱、离合器弹簧等部件组成，如图1～图3所示。

图1 车辆门系统单向逆止离合锁闭机构示意图

图2 离合器总成与电动机连接端的结构示意图

1.2.1 非紧急情况下的自动工作状态

1）开门时。首先电动机输入逆时针方向的动力到拨杆上，拨杆带动拨块自转，消除拔块与拔爪之间的间隙，并推动拨爪向逆时针方向转动，同时拨爪的端部“L”结构推动离合器滚柱，将离合器滚柱推入楔形槽较宽的位置（即离合器滚柱处于自由位置），不再楔紧。因此星轮、拨爪和离合器滚柱一起逆时针旋转，带动丝杆转动，实现开门。

图3 离合器与丝杆端结构示意图

2）关门时。电动机输入顺时针方向动力至主动盘，主动盘沿顺时针方向推动行星架，固定在行星架孔中的3个拨块也沿顺时针方向发生公转，消除拨块与星轮的间隙，带动星轮旋转。同时，在离合器弹簧的推动下，位于楔形槽中的离合器滚柱处于星轮与离合器套筒两两相切的位置，又在摩擦力的作用下，将离合器滚柱推入星轮与离合器套筒之间楔形槽中较宽的位置（即离合器滚柱处于自由状态），不再楔紧，因此星轮、拨爪和离合器滚柱一起顺时针旋转，带动丝杆转动，实现关门。

1.2.2 非紧急情况下的手动工作状态

1）开门时。丝杆在门的带动下沿顺时针方向旋转[2]，主动齿轴受丝杠带动且与星轮同步转动，在星轮即将转动的过程中，离合器滚柱正处于星轮与离合器套筒楔形槽中两两相切的位置，由于星轮有顺时针转动的趋势，使星轮与拨爪之间的间隙增大，且拨爪端部“L”结构将远离离合器滚柱，无法实现推的动作，因此在摩擦力的作用下，将离合器滚柱推向星轮与离合器套筒中间槽较窄的位置，且越推越紧，最终处于卡死状态，因此无法实现开门。由于开门的动作可以在门的任意位置被禁止，因此保证了门系统的安全性要求。

2）关门时。丝杆在门的带动下逆时针方向旋转，主动齿轴受丝杠带动且与星轮同步转动，此时星轮作为主动端，位于楔形槽中的离合器滚柱在摩擦力的作用下，将离合器滚柱推入槽中较宽的位置（即离合器滚柱处于自由位置），不再楔紧，因此星轮和拨爪、离合器滚柱一起顺时针旋转，实现关门。

1.2.3 紧急情况下的手动开门的工作状态

在操作紧急解锁装置后，离合分离爪在外力作用下绕转轴旋转，使离合分离爪与制动齿圈脱离后，消除了制动力，让星轮和拔爪、离合器滚柱、离合器套筒一起顺时针旋转，即整个机构一起顺时针旋转，可以实现手动开门。

1.3 控制原理

车辆门系统的单向逆止离合锁闭机构能够满足车在正常行驶过程中的开关需求，当车辆停稳时，按下开门按键，主动端电动机输入的旋转动力传到从动端的丝杆，丝杆慢速旋转带动屏蔽门在光杆上做轴向运动，至屏蔽门完全打开。如屏蔽门未完全关闭，微控开关将会工作，提示屏蔽门未完全关闭。

图4 控制原理图

在屏蔽门的基础上增加了综合监控系统[3]、信号系统[4]、报警控制盘协同工作。

1.4 可靠性和安全性及操作性分析

1.4.1 可靠性分析

对车辆门系统的单向逆止离合锁闭机构进行故障模式影响与严重性分析，如表1所示。由分析结果可以看出，车辆门系统的单向逆止离合锁闭机构不存在安全隐患，当控制装置无法对门进行控制时，可以通过紧急情况下的手动开门，因此控制装置在设计时采用可靠的装置，提升安全系数。

表1 故障模式影响与严重性分析报告

1.4.2 安全性分析

要考虑到门系统意外打开的风险，进行图5所示的故障分析，车辆门系统的单向逆止离合锁闭机构意外未完全关闭，车辆门可满足“未完全关闭”的风险要求。

1.4.3 可操作性分析

车辆门系统的单向逆止离合锁闭机构具有单向性，在正常工作行程中不会对门产生不良影响。在运行过程中摩擦力小，大大改善零部件磨损现象，且装置安装在门的顶部，布线简单，使车辆门系统更加安全、耐久、可靠。

2 测试与应用

2.1 楔角α的选取

在实际应用中，发现车辆门系统的单向逆止离合锁闭机构在关门时容易发生车门无法锁紧（锁闭机构打滑）和无法解锁的问题。

经过研究发现与锁止角α（如图6）有关，要保证车辆门系统的单向逆止离合锁闭机构可靠的自锁，应使滚柱对星轮接触面的最小摩擦角ρmin>α/2，滚柱对星轮接触面的最小摩擦角ρmin=arctan μ。其中：μ为摩擦因数，一般取0.1，则ρmin=arctan 0.1=5.7°，α=2×ρmin=11.7°。