新型公交车乘客自救逃生装置的研究与设计

文/陈科润 张曦文

1 研究背景

通过文献调查发现我国每年发生的公交事故数量较多，对人们的生命安全影响较大，单从2007年到2016年的十年期间，全国就有226.11万起交通事故，受伤252.82万人，死亡64.87万人。并且通过事故原因分析得知事故发生与驾驶员的操作关系密切。上述数据不难看出，公共交通事故的人身及财产损害是非常大的，而公共交通事故的发生率是较高的；其次，将所有乘客的安全都掌握在驾驶员的手里，是不够科学和完善的；再次，目前的所有应急设备都是在发生事故后进行逃生的，而没有办法有效防止事故的发生；最后，目前的逃生装置的逃生路径及逃生效率较低，并不能保证乘客安全快速的进行紧急逃生。为此我想到设计出一款可以有效减少公共交通事故伤害的新型的乘客自救逃生置，让乘客的生命安全不再仅仅是掌握在司机手中。

2 设计思路

2.1 分析已有逃生装置的弊端

目前常见的公交车应急逃生装置主要包括应急阀门、安全锤、自动破窗器、天窗紧急通道、平推窗等。此类应急逃生装置安装成本较低，操作相对简单，在各类客运大型车辆中已经得到了大量普及。但是，此类装置也有一定的弊端。例如，安全锤、破窗器在使用后会产生大量的玻璃残余，反而不利于乘客逃生；天窗紧急通道和平推窗在使用时，乘客必须从车窗或车顶跳下，这对儿童和老人会产生相当大的风险，很有可能造成二次伤害。与此同时，如果在高速运行中的公交车辆上，乘客若通过此类传统的逃生装置逃生，很大可能会产生其他危险，或者造成二次伤害。

图1

2.2 提出针对性的解决方案

针对上述公交车上传统主流逃生装置的弊端，此款新型应急逃生装置设置成可以使车辆紧急制动并打开车门的形式，装置由乘客自己操作，同时，为了避免部分素质较低乘客或危险分子使用这个设备，此装置加入了安全锁，即需要多名（具体人数视载客人数而定）乘客同时按住逃生按键才会启动，并同时向相应系统报警和发送位置。一方面，公交车紧急制动并打开车门的功能，能够有效减少安全逃生可能带来的二次伤害，使全体乘客可以安全迅速逃生；另一方面，同时多人操作可以有效避免因个别乘客恶意操作而造成的风险，同时报警装置和定位装置可以高效处理管理和救援工作，这样不仅可以使乘客更安全地逃生，甚至还可以避免事故的发生。但此装置也存在一定弊端，如成本相对较高，且操作难度相对较大，装置普及需要一定的时间等。

3 设计内容

3.1 新型乘客自救逃生装置功能介绍

3.1.1 乘客端手动制动

此款新型乘客自救逃生装置的设计灵感主要来源于2018年10月28日的“10·28重庆公交坠江事故”，此事件再次提醒了将所有乘客安全寄托在司机一人身上的不合理性，因此，此装置的核心功能就是可以通过多名乘客同时按住制动按键实现紧急制动。

3.1.2 自动开车门

上文分析过传统逃生工具的逃生出路不够合理，无论是车窗还是车顶对于逃生的顺畅度及安全系数都是较低的，因此在设计此款逃生装置时加入了自动打开车门的操作，为乘客开启最安全高效的逃生路径。

3.1.3 自动报警及发送位置信息

为了避免乘客的恶意操作，除了需要多人共同操作解锁外还加入了自动报警及位置发送的功能，这样既能有效避免恶意操作又可以加快警方及相关部门的处理速度，最大程度地保障人民的生命和财产安全。

3.1.4 太阳能供电装置

该装置的实现是需要电能的，为了使该装置更加环保和安全设计了太阳能供电装置，一方面体现了绿色环保的理念，另一方面也是对于装置的正常使用加入了双层电力来源的保护锁。

3.1.5 手机充电装置

该装置还加入了人性化便民设计理念，可以将太阳能电池板的发电量用于供乘客在车上进行移动设备的充电，环保又方便，太阳能电池板可为车内座椅上的USB插口提供合适的电源，乘客可在乘坐过程中为手机等设备充电。

3.2 新型乘客自救逃生装置模型设计及制作

3.2.1 确认合理性

初步完成设想后，笔者在中国知网、万方数据库进行了相关检索。在中国知网中输入“司乘”“安全”、“公交车”“逃生”主题，分别得到检索结果243条和82条；在万方数据库中输入“司乘”“安全装置”、“客车”“逃生”主题，分别得到检索结果53条和340条。经阅读比对，发现现有相关文献的研究成果和笔者的设想没有较大的差异和区别，设想具有创新性和较强的现实意义，通过文献确定理论的合理性。

3.2.2 设计研究过程

结合设想的功能，绘制出设计草图如图1。标注好功能区，划分好设计模型展示功能区域，机械区的齿轮与轴承和车轮等的大小以及电机的动力大小选择，智能控制区主板的选择，传感器模块的选择连线方式及电源位置等的设计与布局。根据草图绘制出实物模型示意图如图2，预估实物模型尺寸，计算所需材料数量及大小，列出材料清单，然后确定实物模型尺寸和制作先后顺序，细化模型结构制作方法，设计实物模型制作步骤。

3.3 制作实物模型

3.3.1 模型框架搭建

为了保证模型在结构坚实的基础上不要过重，防止电机无法带动车身行进，设计选择0.3mm的亚克力板作为车身搭建材料，为了方便展示车身内部功能及运行方式，选择了半敞开式的车身结构设计。内部为了模拟座椅便民充电装置，制作了三排座椅，在车身的相应位置预留出车轮及轴承位置搭建整体框架。

3.3.2 自动化核心

模型设计以DP801单片机为控制主机，通过编程，实现对整个装置电路的控制，以电源拓展板为桥梁，连接输入与输出装置。通过单片机的通转指令检测不同按键，单个接通无反应，同时接通后关闭一号电机打开二号电机用以模拟公交车紧急制动及自动打开车门的操作，同时加入扬声器来模拟报警系统。

3.3.3 程序编辑

首先利用08断转指令保证单独按任意按键都不会导致电机停转，只有当所有按键接通后才会实现电机停转即公交车紧急制动，并且用03奏乐指令控制蜂鸣器奏乐模拟报警装置，由于主板功能有限，只能模拟三个按键的情况，实际设计中可根据车载人数确定具体按键数量的设定。如图3所示。

3.3.4 制动功能模块选择与线路连接

为了合理安排线路连接并且可以使模型实现行进和制动，设计选择了两个电机驱动模块和四个12V减速马达，线路连接上将电机两两接于电机驱动模块并分别放置在前轮和后轮轴承中部，由电源拓展板集中供电，选择8节电池盒给主板及电源拓展板供电。

3.3.5 环保功能模块选择与线路连接为了模拟太阳能供电以及便民充电功能，装置设计选择了太阳能电池板以及USB模块，来模拟环保功能及便民充电装置功能。线路连接方面，将太阳能电池板直接连接在电源拓展板，USB模块放置在座椅背部，同样由电源拓展板供电。

4 结论与分析

针对论文上述提到的公交车事故发生率较高，乘客安全过分依靠司机操作的不科学性，传统逃生装置无法防止事故发生及逃生效率较低等问题，此装置提出了对应的解决方案，并提出了更环保便民的新功能。

首先，装置可以在多名乘客同时操作的情况下紧急制动，这样在事故发生前乘客可以进行有效干预，可以避免事故的发生从而降低交通事故的发生率，减少人身及财产损害；其次，这种乘客端的操作装置有效避免了传统公共交通工具过分依靠司机操作的不科学性，给与乘客及时纠正的机会可以提高公共交通工具驾驶的安全系数；再次，新型的逃生装置以车门为逃生路径，简化了破窗爬顶的繁琐程序，既提高了逃生效率又增强了安全系数，此外装置还提出了太阳能供电及便民充电等概念，进一步完善了公共交通工具的功能，且体现了节能环保的理念。对于实施性的验证，一方面通过文献检索获取了理论支撑，另一方面通过模型制作实现了程序的可操作性验证，这说明此装置具有一定的创新性，实践意义及可实施性。

5 设计局限及未来发展设想

5.1 设计局限

首先，此装置目前停留在理论及模型制作阶段缺乏实践证明，对于公交车的制动及自动开门装置的电量电流及机械结构缺乏细节的了解；其次，设计的装置过于笼统，对于不同车型的装置应有所差别，保证装置合理高效应用；最后，此装置目前只针对公交车，应用范围较窄，后续可将此装置用于更多的交通工具上。

5.2 未来发展设想

功能上，一方面，可以加入自检模式保证设备在长期未使用情况下状态良好且无需太多人力监督；另一方面，后期可加入危险提醒等装置让乘客更加了解路面情况等可以做出更准确的处理方式；应用空间上，除了用于公交车外，后续可以适当调整并拓展到其他交通工具，如长途大巴甚至是私人汽车，对于现在很普及的顺风车等，该装置也会有较强的安全保障功能。

图2

图3