基于组合继电器的越野车自动踏板控制方案

陈立霆， 王关海， 韩 彬， 王 巍， 蔡伯松， 马文聪

（一汽解放汽车有限公司， 吉林 长春 130000）

随着汽车电子技术的发展，大型越野车在人机工程方面的设计越来越受重视，用户在登车踏板方面提出了更高的要求。传统越野车上下车门使用固定式踏板，与车侧门处于同一垂直面，踏板不能外伸。人员上车时必须借助登车扶手，手臂和腿同时用力到达上车目标。下车时，需要后背朝向车外，用脚尖盲探登车踏板，踩住踏板然后下车。大型越野车车体地板与地面垂直高度普遍达1.2m以上，从人机工程角度观察，固定踏板方式费力且完全不够方便。从安全性角度观察，人员上车时有鞋底与踏板打滑导致小腿及膝盖磕伤风险。

参考国内某大型越野车，本文设计一种新型越野车自动踏板控制方案。该大型越野车为整体式车身，最大座位数量达16座以上。车门5个，分别为仅供驾驶员和副驾驶员出入的主驾驶门、副驾驶门，供所有成员出入的左中门、右中门和尾门。考虑到主副驾驶门使用人数各1人，使用频次低，左中门、右中门和尾门使用频次高，累计单次使用人数10人以上，从成本考虑，左中门、右中门和尾门采用自动踏板方案，操作车门，车门对应踏板自动收放，各车门独立控制，互不影响。主驾驶门、副驾驶门仍使用传统固定式登车踏板。

本自动踏板控制方案由报警控制器、控制电路、电磁阀、气缸及机械结构等部分组成。打开左中、右中、尾门某个或某几个车门时，对应位置踏板自动外翻，从垂直收起状态绕轴旋转约90°变为水平，供乘员踩踏上车。乘员上车关闭车门后，踏板自动上翻90°，重新回到与地面垂直的初始状态。如图1 所示。另外，在踏板外翻和收起前，在踏板附近车体上有声光提醒。

图1 踏板状态

1 单个车门自动踏板控制方案

本设计方案由报警控制器、控制电路、电磁阀、气缸组成一个车门自动踏板的控制系统。通过车门打开和关闭两种状态变化，经过报警控制器及控制电路、气路、机械结构后，完成踏板自动外翻和自动收起，并伴有警示灯和蜂鸣器警示音。系统框图见图2。

图2 单个车门自动踏板系统框图

该系统详细设计方案如下。电路控制系统由整车提供24V电源和搭铁线。气路控制系统由整车提供气源。当车门打开/关闭状态变化时，安装在车门上的门开警报开关导通/断开，输出搭铁信号/不输出信号 （以下简称输出空信号）。每当报警控制器检测到某门开警报开关状态变化时，立即输出电压给安装在该车门踏板附近的警示灯和蜂鸣器，使之产生预设时长的闪烁灯光和蜂鸣报警音，提示该车门附近乘员自动踏板即将动作。

门开警报开关信号经过控制电路处理后，输出电信号给对应的电磁阀。电磁阀1/电磁阀2收到电信号后其中一个电磁阀的阀门打开，该阀门气路与整车气源贯通，从气缸的一端充气；另一个电磁阀与大气压连通，气缸内活塞在压强差的作用下向设定方向动作，带动机械结构，拉动踏板使之打开/收起。

当车门关闭而当前踏板未收起，或车门打开而踏板未放下，则报警控制器向整车组合仪表发送报警信号，仪表进行文字提示，提醒驾驶员自动踏板状态异常请进行检查。

1.1 电磁阀、气缸执行机构

控制电路后接2个电磁阀和气缸。2个电磁阀的进气管接整车气源，出气管分别接气缸两端，当控制电路输出给其中一个电磁阀电信号指令的时候，电磁阀动作，对应气路贯通，电磁阀出气管1或出气管2给气缸从一端快速充气，气室A或气室B一端气压增大，另一端与大气连通，气压差推动气缸内部活塞运动，活塞带动连接踏板的机械结构运动，踏板绕其固定在车体上的旋转轴转动，实现踏板收起和踏板打开的状态切换。当控制电路输出给另一个电磁阀电信号指令时，气缸会从另一端充气，带动机械结构反向动作改变踏板状态。气缸执行机构见图3。电磁阀与气缸连接气路结构见图4。

图3 气缸执行机构

图4 气路结构

1.2 控制电路

单个车门的控制电路如图5所示，由一个5脚继电器和2个4脚延时继电器组成。5脚继电器K1为主继电器。2个4脚延时继电器为从动继电器。主继电器用于控制从动继电器，从动继电器用于控制2个电磁阀。

图5 单个车门自动踏板控制电路

某越野车门开警报开关在车门打开时，车门警报开关连通整车的搭铁线，向K1主继电器输出搭铁信号。车门关闭时，门开警报开关与整车搭铁线断开，向K1主继电器输出空信号。车门警报开关信号作为主继电器K1的输入信号，使K1分别处于常闭触点接通和常开触点接通状态。K1常闭触点的输出引脚与常开触点的输出引脚分别作为延时收起继电器K2和延时打开继电器K3的控制端。K2和K3继电器控制相应电磁阀动作，分别从不同方向给气缸充气，推动活塞运动，带动踏板自动收起或打开。

延时继电器是指继电器从获得输入信号开始，到触头动作有一定延时，其延时符合准确度要求的继电器。K2、K3选用延时继电器，可以在车门关闭和打开时，门开警报开关发出信号后，经一定的延迟时间 （自定义） 后再使踏板收起或放开，避免车门关闭和打开瞬间踏板动作，操作乘员闪避不及时导致踏板碰撞身体受伤。

1.2.1 报警控制器的作用

报警控制器有两个作用：一是踏板动作警示。车门打开或关闭时，门开警报开关输出信号变化，报警控制器管脚8在接收到门开警报开关信号变化的瞬时通过管脚5驱动警示灯和蜂鸣器工作，提醒乘员踏板即将动作。管脚5的驱动电压在自定义时长后取消，警示灯和蜂鸣器停止工作。踏板在经过自定义的延迟时间后进行收起或放下动作。二是踏板状态异常报警。报警控制器按照设定时间间隔比较管脚7采集的踏板收起开关信号和管脚8采集的车门开关状态，当识别出踏板状态异常，即车门处于打开状态且踏板处于收起状态，或车门处于关闭状态且踏板处于未收起状态，此时，报警控制器内部开始计时，若超过延时继电器的设定延迟时长，管脚7和管脚8的信号比较结果仍未变化，则报警控制器通过CAN线向整车组合仪表发送报警信号，组合仪表液晶屏出现提示文字“踏板状态异常”，提醒驾驶员进行检查处理。

1.2.2 单个车门自动踏板控制电路

K1继电器的30脚、86脚接通24V常电，85脚接收门开警报开关的电信号，常闭触点87a接到延时继电器K2的86脚，常开触点87脚接到延时继电器K3的86脚。K2继电器的87脚接电磁阀1线圈端 （控制踏板收起），K3继电器的87端接电磁阀2线圈端 （控制踏板打开）。K2、K3继电器的30端接24V常电，85脚搭铁。

当车门打开时，门开警报开关弹出，开关输出搭铁信号，K1继电器的线圈端85脚电压为0V，86脚为24V，K1继电器线圈端85/86之间产生24V电势差，K1继电器衔铁吸合，常闭触点87a与30脚断开，常开触点87与30脚接通。K2继电器线圈端86/85之间无电势差，不动作。K1继电器输出给K3继电器86脚24V电压，使K3继电器 86/85脚存在24V电势差，K3继电器衔铁吸合，K3继电器的87脚输出24V电压给电磁阀2线圈端，电磁阀2动作，该电磁阀出气管与整车气路贯通，使气缸充气，推动活塞向外运动，带动踏板打开。

当车门关闭时，门开警报开关压缩，输出空信号，K1继电器的线圈端85为悬空，86为24V，85/86之间无电势差，K1继电器衔铁不吸合，常闭触点87a与30脚保持接通，常开触点87b无电信号，无任何输出。K1继电器输出给K2继电器86脚24V电压，使K2继电器86/85存在24V电势差，K2继电器衔铁吸合，K2的87与30接通，87脚输出24V电压给电磁阀1线圈端，电磁阀1动作，该电磁阀出气管与整车气路贯通，使气缸充气，推动活塞向内运动，带动踏板收起。

门开警报开关输出的两种信号分别是搭铁信号和空信号，分别定义为1和0。根据门开警报开关信号的输入，对应的继电器和踏板收起开关的输出波形如图6所示。

图6 输入输出波形

2 多个车门自动踏板控制电路

通常一辆车具备多个车门，如某越野车左车门、右车门、尾门设置为自动踏板，正确的控制逻辑应是打开某车门时对应的警示灯蜂鸣器工作、自动踏板动作，其他车门警示灯、蜂鸣器、踏板不工作。多车门自动踏板控制电路 （图7）是将多套控制电路并联组合，将每个单车门控制电路的输入电源并联，所有的搭铁信号并联，即每个车门控制电路报警控制器电源、主继电器的30脚和86脚、延时继电器的30脚并联在24V常电上，所有报警控制器的搭铁管脚、延时继电器的85脚并联搭铁即可。报警控制器的预置管脚分别接入各车门的门开警报开关信号、踏板收起开关信号，通过识别和比较各开关信号进行警示灯、蜂鸣器报警控制及异常情况向组合仪表报警。

图7 多个车门自动踏板控制电路

多车门自动踏板控制电路并联的好处是可以将输入电源统一管理，方便集中设置熔断丝，便于维修检查线路。报警控制器仅使用一个进行集中控制，降低成本。

3 结论

本车门自动踏板设计方案具有原理简单、便于实现、成本低廉的特点，实现了越野车打开车门后登车踏板自动外翻打开、关闭车门后登车踏板自动竖直收起的功能，并能在自动踏板收放之前进行声光提醒乘员注意踏板动作，还具有踏板状态异常报警能力。控制电路中使用延时继电器，使踏板在车门打开/关闭瞬间踏板并不动作，经过设定时滞才会打开/收起，一定的缓冲时间结合声光提醒能让车门操作者及乘员避开踏板，避免砸伤身体。在实际使用中，越野车用户表示自动踏板使用方式新颖，科技感高，极大地提升了登车和下车体验。此设计方案已在某越野车上完成了10000km的地区适应性试验，试验验证了该自动踏板设计方案具有良好的可靠性和耐久性。