电动客车车内应急安全系统的设计

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。

3.3 系统不足之处

1) 由于该系统的动力中断功能相当于是在动力系统的控制电路中另外串联了一路控制开关，即一组气压电子开关，这无疑增加了动力系统控制电路的失效风险，因此，该系统中的气压电子开关可靠性要求非常高，且由于动力切断后需要制动系统配合进行缓速制动，故而增加了整车管路的复杂度。

2) 由于前、后桥制动器类型和传动比等参数不一样，会导致前后轴达到所需制动力的气室压力P1、P2不一样，但因气路中只设置了一个调压阀d，故调压阀的压力预设值可取P=(P1+P2)/2，这样实际制动减速度和预设值就有些偏差。优化建议是，前、后轴分别设置调压阀。

4 结束语

该车内应急安全系统不仅能在车辆失控时提供给驾驶员使用，还将车辆的部分控制权交到乘客手中，降低行车过程中意外发生的风险，是值得推广使用的车内安全系统。