设计地铁电动列车车门
1．设计原则：
国内地铁车辆的车门主要有电动车门和气动车门二大类型。
所以在实际使用中经常出现随机性的车门故障，并其故障比气动车门相对多些。目前各车门供应商正在努力完善车门控制系统。
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本设计的原则是：由于地铁列车是正在正常运营的，所以在设计时必须考虑如下条件：
-------对原功能没影响，改动量最少，经改动过的线路不影响原功能。
-------新功能和装置的失效或故障，不影响原功能和正常使用。
-------采用创新科技，应用非接触式的测量传感器技术，如：MC33794等器件。
2．设计原理
2．1 设计目标：
在不影响列车正常的车门开、关门的功能上，实现自动判断车门的“死机”，并能自动实现EDCU的复位，同时又智能化检测和控制有关车门中微动开关S1或S2的状态，确保在线车门的高可靠性和高稳定性。和可能的车门未关闭，而列车已经启动现象。
根据电动车门的EDCU控制原理和列车对车门控制，司机操作“开、关门”指令的时间必须在500毫秒以上（按钮），并且它们之间的“开、关门”指令改变时间必须大于4秒，否则电动车门的EDCU可能产生“死机”（整列车）或EDCU工作不可靠，原因是继电器的电磁单元的性能和EDCU电子控制器内部程序的关系，所以原技术要求对我们在设计控制器时中具有参考价值。
2．2 当前方法一：
如图1为通用电动车门的原始电路，当车门EDCU得到来自司机室的“关门”高脉冲（110VDC）信号指令后，车门蜂鸣器便开始延时工作（约5秒），然后EDCU输出PWM信号，驱动直流电机开始旋转，由机械式的同步皮带（齿轮式）带动二门页朝门框中心移动，最后逐步使二门页朝车厢内推进，完成车门的整个动作。在正常情况下，二门页能顺利关闭，如果二门页有阻力存在（人或物），在电流传感器的检测下，门页会自动停止运动，并向相反方向分别略开20 mm的间隙，确保障碍物能迅速离开，停时片刻然后再关门（延时约1秒），这样可以连续进行3到5次，如果障碍物还不能离开，那么门页就停止运动，门页可能处在原地或完全打开状态，只有等待司机的再开、关门。如果仍然不能使车门迅速关闭，司机就必须到故障的车门处进行车门的隔离或重新进行车门的EDCU复位（确认车门控制是故障），最后再回到司机室或开关门一次。整个周期结束需要一定的时间，而在这些操作时间内有时处理不当必将影响列车的发车时间。
2．3 当前方法二：
如图2显示,车门正常关闭后,由电机带动的转轴在齿型制动器的弹簧作用下，锁紧转轴以防止车门被打开，并将”S1”的正常关门信号传输给DDU，列车得到所有的“S1”信号后便能启动列车。否则，车门就显示故障。
往往在列车正常运营过程中,经常出现上述故障现象，并且是瞬间的、随机的，导致列车无法启动或突然停止。经有关车门制造单位、维护单位等共同讨论和分析，作者认为：主要是制动器的应用在推拉式车门上有些问题，导致“S1”的瞬间动作，而并不是乘客多的问题造成车门故障，只有在上述事件共同作用下，车门发生这故障是必然的，并且是经常性的，所以，必须引起我们的重视。
2. 4设计过程：
针对上述问题，无论列车总体设计者还是列车的使用者，双方都进行过反复的交流，目前仍然没有得到解决问题的方法，或者正在进行中。要解决的方法有软件和硬件二种，前者需要车门制造商对EDCU的改进，可能性不大，或列车总承包商对列车网络管理软件修改同样比较难。也许后者才能彻底解决它们。
为此，尝试增加硬件的方法，来解决EDCU的“死机”和S1接触不良和故障开关功能的缺陷。如果有了硬件“看门狗”，能够自动“喂狗”功能。司机可以减少工作量，缩短操作时间；同时地铁列车在运动时，能够监控、自锁车门的微动开关S1的位移或接触不良，同时使得车门一定关闭后，才能启动列车。以便确保、得到良好稳定性及保证性。
采用延时(或计时)等待方式，蜂鸣器工作结束后（约5秒），车门和电机工作有二种可能：
A：电机和车门都正常旋转并移动，并有可能产生上述的车门原设计的自动障碍物检测功能，“看门狗”在得到关门信号、电机信号和门关闭信号，经内部自动识别处理，认为属于正常状态，它内部就失去所有电源和信号源（以防止干扰），“看门狗”是不起任何作用。
B：电机和车门都不能正常工作时，比如：EDCU在得到关门信号后，没有输出电压或PWM去控制电机，那么“看门狗”中除了得到关门脉冲信号外，继续对电机进行采集信号，如果不能满足A的条件，“看门狗”会在一定时间内（T：可调），输出一个脉冲信号（约1秒），去控制EDCU的工作电源，自动对EDCU进行复位，等待EDCU初始化后，车门的EDCU功能便恢复正常，在司机的DDU上可以看到该车门EDCU原故障被排除。司机就不便外出，奔向“死机”的车门。
2．5 其它
本监控功能还可以监控所有开关型的继电器触点状态，监控电压范围：从24VDC/AC到220VDC/AC，没有导线的极性、检测电压可以微调。具有通用性的“看门狗”。
“看门狗”控制器可以使用MC3379等单元，采用非接触采集电信号，工作原理如图3所示。当电流发生变化时，相应的电容值发生改变，测得的电压与1/C成比例，图中的检波器和低通滤波器均在MC3379片内，使用时只需接10nF电容。（可以参考其公司的产品）
MC33794的特点如下：
1。可接9个应用电极，2个参考电极；
2。用屏蔽同轴电缆可远距离测量；
3。+5V调节器为外部电路供电
4。ISO-9141物理层接口
5。灯驱动输出
6。看门狗和电源复位定时器
7。测量时临界内部接点比例缩放和选择
8。由外部电阻产生无谐波的正弦波
3．安装和使用
“看门狗”的功能体现在无任何型车门控制电路故障或“看门狗”故障，双方丝毫不影响对方。新的网络型的“看门狗”可以采集到每个车门的微型开关S1或S2及其他信息，相当每节车有“黑盒子”，记录器10个车门的所有I/O。
地铁车辆的车门设计需要创新，即要满足使用环境和周围的工况，又要有比较高的性价比。特别注意安全性和防止乘客的易接近性，目前的气动车门采用传统的汽缸，其安装尺寸比较大，空间长度的二倍。建议使用磁驱动汽缸，空间尺寸相同电动车门驱动系统，在一定程度上可以互换，满足大客流（挤压功能）。而电动车门结构复杂、维护成本高和可使用性有待研究和发展（不能满足大的客流，频繁的3/6次自动挤压功能，影响列车运营时间）。
2009-07
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