电动客车车内应急安全系统的设计

2021-10-27陈毅超樊健伟

客车技术与研究 2021年5期

江伟，陈毅超，王盼，樊健伟

(南京金龙客车制造有限公司，南京 210000)

近年来，人为因素引起的客车行驶安全事故频发，为此，客车上不断应用新安全技术，如AEBS(主动安全系统)、ESC(车身稳定系统)和驾驶员疲劳状态监测与预警系统等[1-5]。这些新技术在一定程度上降低了安全事故发生率，但在应对如驾驶员突发疾病、恶意危险驾驶等行为上，目前还没有相应的有效应急措施。鉴于此，本文基于电动客车电控技术开发一种新型车内应急系统，为规避因驾驶员非正常驾驶行为引起的安全事故提供解决方案。

1 车内应急系统方案

该种车内应急安全系统(以下简称“系统”)主要作用在于紧急情况下切断动力输出并缓速制动，系统原理如图1所示。系统针对电动客车，在传统气压制动系统的基础上增加与制动总泵并联的气、电协同控制装置，其工作模式有以下3个特点：

图1 系统原理图

1) 动力切断。①车内乘客闭合应急电开关5、常闭电磁阀c通电打开，气源a的气体通过电磁阀到达气压开关22，气压开关22断开，电机控制器3和低压蓄电池1间电路断开，驱动电机4失去动力； ②驾驶员打开应急旋钮气/电开关b，气源a的高压气体通过此旋钮开关到达气压开关21，气压开关21断开(同时低压蓄电池1和常闭电磁阀c电路接通，气源a的高压气体通过电磁阀到达气压开关22，气压开关22断开)，电机控制器3和低压蓄电池1间电路断开，驱动电机4失去动力。

2) 缓速制动。应急电开关5或应急旋钮气/电开关b启用后，均可接通低压蓄电池1和常闭电磁阀c间电路，常闭电磁阀c开启，气源a的高压气体通过电磁阀，经调压阀d降压后输入给快放阀e和继动阀f，气压制动系统[6]响应，车辆缓速制动。

3) 报警。仪表6检测到气压开关21或气压开关22断开时，仪表CPU将自动打开车辆危险警示灯和蜂鸣器，并在仪表显示报警内容。

2 系统的使用场景及注意事项

1) 使用场景:①车内乘客发现驾驶员突发疾病，无法继续控制车辆时；②驾驶员涉嫌危险驾驶、危害公共安全时；③驾驶员发现车辆转向、制动、动力控制系统任意一个失去控制时；④有乘客影响驾驶员正常控制车辆时，或其他车辆失控危及本车行驶安全的紧急状态时。车内乘客或驾驶员可及时启动应急开关，车辆将自动断开动力并缓速制动。

2) 注意事项：①应急电开关5应设置在乘客区且安装在儿童不易接触的位置及高度，并应配置防误触护罩；②应急电开关5旁应设置警示牌，以提示乘客该应急开关的使用条件和方法，以及在车辆正常行驶时故意触发该应急开关所应承担的责任；③应急旋钮气/电开关b应设置在驾驶区且驾驶员容易接触的位置；④系统触发后，需手动恢复应急电开关5和应急旋钮气/电开关b，车辆才能重新恢复动力。

3 系统的优点和不足之处

3.1 系统的优点

1) 组成简单。该车内应急系统仅需在常规气制动系统的基础上增加2个气压开关、1个电磁阀、1个调压阀和若干个应急开关，系统结构简单，容易实现。

2) 使用方便。由于驾驶区设置了应急旋钮气/电开关，车厢内不同位置也设置了若干个应急电开关，紧急情况时驾驶员和反应快的乘客可就近使用，能降低发生安全事故的风险。

3) 可靠、高效。系统工作不经过整车VCU控制系统，可避免整车VCU故障时无响应的情况出现，且响应更快。由于在切断动力的同时会协同制动系统和报警系统一起工作，系统的可靠性高。若系统控制电路出现故障，驾驶区的应急旋钮气/电开关b至少也能通过纯气压控制开关21/22的断开来切断车辆动力，且设置多个应急电开关5也能大大降低电路故障的风险。

4) 系统工作制动减速度可调。由于应用的车辆以城市客车为主，乘客大都站立，座椅也没有安全带，所以在控制气路中增加了调压阀d，通过设定压力预设值以限制和调节车辆的减速度。

3.2 系统减速度限制和调节方法

由于系统工作时动力中断，无驱动力，由预设的安全的制动减速度a[7-8]可得需求的总制动力F、前轴制动力FA和后轴制动力FB：

F=ma；FA=2A1P1i1K1R1η1=Fβ

(1)

FB=2A2P2i2K2R2η2=F(1-β)

(2)

式中：m为满载质量；β为制动力分配系数；A1、A2分别为前、后制动气室有效面积；P1、P2分别为前、后制动气室压力；i1、i2分别为前、后桥制动器气室顶杆到制动钳(制动蹄)的传动比；K1、K2分别为前、后桥制动器制动效能；R1、R2分别为前、后桥制动器制动摩擦片与制动盘(制动蹄)的有效作用半径；η1、η2分别为前、后桥制动器的机械效率。

根据车辆的实际配置情况，可由以上公式计算出制动减速度a对应的前、后制动气室压力P1、P2。