突发情况下公交车智能程控安全挡板模型设计

马国翔

（山东省临沂市第三中学，山东临沂，276000）

0 引言

现如今出行方式中乘坐公交车仍然占很大一部分比例，与此同时人们也越来越关注乘公交车的安全问题。公交车的事故发生原因中，座椅的设计不合理是很重要的一点，尤其是最后一排座椅的中间位置及老弱病残孕专座。这两个位置的事故发生率是极高的，一方面是因为无任何扶手或者挡板，空间相对狭小，久坐后容易引起疲劳，降低乘客的机动性和反应力；另一方面在突发情况出现、司机踩刹车及快速转向时，乘客会因惯性产生身体倾斜，没有有效的防护措施及容易产生摔伤事件，更严重的还会因乘客摔倒造成踩踏事件等。

目前存在的解决方法中，安全带是最普遍的，但安全带的使用不适宜所有人群，在乘客携带行李的情况下使用更加困难，另外，安全带虽然能起到防护作用，但同时极易造成勒伤或其他损伤；老弱病残孕专座目前在公交车上只是进行了作为颜色改变，进行标识，与其他普通座椅并没有区别，安全防护的级别仍然有待提高；

本文针对上述问题，研究设计一种突发情况下公交智能程控安全挡板。设计一种在后排中间座椅及老弱病残孕专座旁的挡板，运用程序智能控制挡板移动，确保挡板只能在停车状态下由司机授权后进行使用，增强公交车乘坐的安全系数，保证乘客的生命财产安全。

1 公交车座椅安全问题描述

对公交车座椅安全问题的描述分为两部分：公交车末尾排中间座椅；老弱病残孕座椅。

公交车末尾排中间座椅，位置如图1、图2 所示。

图1

图2

公交车末尾排座椅一般为奇数，中间有一个座椅正对乘客站立通道，此位置易发生事故，问题来源如下：

（1）此座椅因末尾排两侧乘客入座需求，未安装任何防护装置如护栏、护杆、手握吊环等；

（2）因公交车设计问题，末尾排座椅正下方为后轮胎位置，需要的底盘高度大于车体前身，所以一般此排座椅为加高座椅，有一到二阶台阶，高度较高；

（3）末尾排座椅的靠背相对直立，久坐后容易引起疲劳，降低乘客的机动性和反应力，不易于在突发情况发生时及时做出反应；

（4）该座位正对乘客站立通道，在司机刹车或其他突发情况发生时，易因为惯性将乘客在座椅上向前抛出，造成摔伤甚至踩踏伤人事件；

（5）现有的安全防护措施只有安全带甚至没有安全措施，安全带只能保证乘客不会从座椅上被甩出去，但当刹车比较紧急时极易对乘客造成勒伤或其他伤害。

老弱病残孕座椅，位置如图3、图4 所示。

老弱病残孕座椅也是事故多发位置，原因如下：

（1）只有颜色标识，功能性上与其他普通座椅没有区别；

（2）一些车辆上的老弱病残孕专座是单座，向无车壁方向进行车辆转向时容易使乘客侧向摔伤；

（3）老弱病残孕专座的乘客多数为身体状况较低的人群，对突发情况的反应力、处理能力低下，事故发生概率高；

（4）老弱病残孕座椅的位置一般处于公交车的上下车门口处，该座位周围空旷，事故发生概率高且极容易产生二次伤害。

图3

图4

2 智能程控安全挡板模型设计

2.1 设计思路

针对上述问题，分别针对末尾排座椅和老弱病残孕座椅设计两种智能程控的安全挡板。

（1）末尾排座椅智能程控安全挡板设计

防护形式：选取挡板的形式来进行防护，排除吊环拉手、防护栏、护杆等设计。

吊环拉手在末尾排座椅的实用性太低，坐姿状态下，吊环拉手不易使用且安全系数受使用者的身体素质影响，臂力较弱的乘客使用吊环拉手仍然不能起到良好的防护作用。

防护栏在该座位的设计很有难度，需要在能够起到防护作用的同时具有灵活性，不能阻碍末尾排两侧乘客的入座，所以一般为具有开合功能的活扣护栏，但此种护栏可以很容易地被人为操控，更容易产生操作失误，安全防护的功能仍然不足。

防护杆的设计一般为竖直杆体，同样受使用者的身体素质影响，并且竖直杆体容易在乘客脱手时造成二次伤害。

本设计选用挡板设计，且为智能程控的挡板，主要分为两部分：倒数第二排座椅的靠背改造和程控移动挡板设计。

①倒数第二排座椅靠背改造：将倒数第二排座椅的位置向车头方向做略微调整，并将靠背改造，将靠背后侧设计为两层形式，即呈“n”形，n 形内部为挡板放置槽。

②移动挡板设计：在放置槽的底板与末尾排座椅前过道车底板上有移动挡板的滑槽，以用来控制活动挡板的移动位置。

挡板位于滑槽内，竖直放置，利用齿条、齿轮组合与电机相连，实现程控移动。

（2）老弱病残孕座椅设计

选取挡板的形式来进行防护，挡板方向改变，利用公交车车体中间部位的空地进行设计，挡板位置为老弱病残孕座椅面向车门的一侧位置。同样设计滑槽，控制电机组挡板进行移动，防护部位为相邻两个老弱病残孕座椅的侧部。

智能程控形式：采用DP-801 单片机编程进行智能控制，利用宏指令控制电机进行运转，在末尾排座椅及老弱病残孕座椅的一侧车壁上分别设计按钮，并利用DP-801 单片机主板自身的开关+1 按键进行整体控制，接通+1 按键模拟司机授权使用安全挡板，然后乘客可以通过各自座椅的按键来控制安全挡板的移动，从而下车或入座。

2.2 材料选取

①模型主要采用复合材料PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯），此种材料的特性非常符合安全挡板设计的要求，韧性及刚性都能满足要求，起到防护作用的同时也能保证不易破损造成伤害。

②采用GA12-N20 减速马达作为智能程控安全挡板的动力装置，此种马达为全金属结构，减速箱为铜质，内置微型齿轮为钢材，需求电压为3-6V，能够很好地利用DP-801单片机配合L9110 步进电机驱动模块进行搭载使用，提供稳定的动力来源控制安全挡板的运转。

图5 整体电路图

3 智能程控安全挡板模型结构设计

3.1 整体结构

该模型装置的整体外观为车型，但为了方便机械操作及观察将车体设计为只有四个平面的长方体形状，即长方体舍弃顶板及一面侧板。

利用60×60cm，厚度为5mm 的黑色亚克力板作为底板，底板上利用四个5×5×10cm的木方柱将整个车体架高，方便设计、观察及固定。

3.2 局部设计

车厢底板：取一块60×60cm，厚度5mm 的黑色亚克力板，量出30×40cm 的方块，做标画线，用电锯裁割后作为公交车的底面，裁割完成后利用砂纸进行打磨，将四边接触面打磨光滑以方便固定；打磨完成后撕下亚克力板外层包装纸备用。

前后车壁板：另取一块60×60cm，厚度5mm 的黑色亚克力板，量出两块20×30cm 的方块，做标画线，用电锯裁裁割，作为公交车的前车壁及后车壁，裁割完成后同样利用砂纸进行打磨；打磨完成后，撕下亚克力板外层包装纸备用。

车厢侧壁：同样方法裁取另外一块20×40cm 的黑色5mm 厚亚克力板进行打磨，作为车厢的侧壁，撕下外包装膜备用。

车厢组装：利用亚克力胶水按照底板-前后车壁-侧壁的顺序进行粘合，亚克力板衔接处分别利用直角角铁进行加固，等待胶水干燥即完成车厢外壳组装。

车内座椅制作：取一块60×60cm，5mm 厚的白色亚克力板，做标画线，裁割出15 块5×5cm 以及8 块5×12cm 的亚克力板；5×5cm 的亚克力板两两一组作为座椅的椅面及前侧面，利用亚克力胶水按照直角进行粘合；5×12cm 的亚克力板作为座椅的后腿及靠背，与做好的直角粘合成“h”状，即为座椅模型；以上材料共可制作出7个座椅分别作为末尾排座椅及老弱病残孕座椅；多余出的1块5×5cm 的亚克力板及1 块5×12cm 的亚克力板作为倒数第二排座椅靠背的改造材料，做出挡板放置槽。

按键模块：按键模块共有两个，分别为末尾排座椅按钮及老弱病残孕座椅按钮，末尾排座椅按键模块固定在改造后的倒数第二排座椅上侧，如图6 所示。

老弱病残孕座椅的按键模块固定在车厢侧壁上，如图7所示。

挡板及滑槽：裁出4 块1.5×15cm，厚度3mm 的黑色亚克力作为两个安全挡板的滑槽，两两平行固定在底板上，一组固定在末尾排座椅前的挡板放置槽处，一组固定在老弱病残孕座椅的一侧，齿条固定在挡板的下侧，安放在滑槽内，安装效果如图8 所示。

图6

图7

图8

GA12-N20 减速马达固定：裁割6 块2×3cm，5mm厚的亚克力板，每3 块利用亚克力胶粘合在一起，作为马达的底座，固定在滑槽的一侧，使马达的齿轮轴正好处于滑槽上方，保证齿轮能够咬合齿条并正常转动。

DP-801 单片机主板及电池盒固定：将DP-801 单片机的主板与电池盒并排固定在左后侧车厢底板上，方便利用杜邦线进行连接及控制，位置如图9 所示。

图9

L9110 步进电机驱动模块固定：将电机驱动模块固定在单片机主板的右侧，即两个减速马达的下方，保证能够正常接线进行电机驱动。

图10

连接杜邦线进行模块测试、电机驱动测试，并将杜邦线利用尼龙扎带进行固定以增强美观性，完成车厢内部设计，设计完成图如图10、图11 所示。

图11

4 智能程控安全挡板模型工作状况及结果分析

工作状况如表1 所示。智能程控的运行程序为司机授权-末尾排座椅挡板按键后运转-老弱病残孕座椅挡板按键后运转。

表1

①经过试验表明，本智能程控安全挡板模型的设计使用基本能够满足功能设定需求。

②司机授权运转，试验过程中存在授权失败现象，查明原因为DP-801 单片机主板操作问题，+1 按键的按钮按下时并未触发程序运转，但此种现象的概率极小且能够通过规范操作进行避免，不影响整体试验数据的准确性。

③末尾排座椅挡板及老弱病残孕座椅挡板在试验过程中都有脱出现象，试验后查明原因为电压不稳定，GA12-N20 减速马达的额定电压为3-6V，在实际操作中因电机驱动模块本身存在电压波动的问题，造成电压不稳，使马达的运转时间产生偏差造成逆时针或顺时针旋转的时间不符合程序设定导致挡板脱出，此问题可以依靠更换电机驱动模块或重启程序进行解决，不影响整体试验数据的准确性。

综合以上试验数据分析，该智能程控安全挡板模型的设计试验能够满足需求，针对末尾排座椅及老弱病残孕座椅的防护问题都能够进行有效解决，证明本模型设计是具有功能性及实用性的。

5 智能程控安全挡板模型设计总结

该突发情况下公交车智能程控安全挡板设计，经过查阅相关文献资料，并未发现有相关性、相似性极高的相关设计，证明本研究具有很强的创新性，总结该设计的创新点如下：

（1）本设计针对公交车的防护系统进行改造，针对易发生事故的末尾排座椅和老弱病残孕座椅设计了两种智能程控的安全挡板，功能性上是创新的。

（2）设计改装了普通公交车的座椅结构，将倒数第二排座椅的靠背进行改造，起到挡板放置槽功能的同时又不影响公交车的载客量，合理利用了空间。

（3）加装了智能程控挡板，针对两种事故易发生座椅进行专项设计，增强了公交车的乘坐安全系数。