城市軌道車輛車門技術綜述

孫曉琨

中車長春軌道客車股份有限公司 吉林長春 130000

車門作為城市軌道車輛的重要組成部分，對車輛的運行起著重要的作用。車門形式的設計、開關機構及其加工制造和控制直接影響著城市軌道車輛的安全運行。因此，車門的重要地位是任何其他部件都不能取代的。

1 城市軌道車輛車門關鍵技術

1.1 鎖閉技術

鎖閉機構是車門的關鍵部分，用于保證車門在行駛過程中不會突然打開，直接關系到軌道交通的運行安全。當前，軌道車輛自動門主要鎖閉方式包括電磁閥、機械鎖、電機擺動鎖、單向超越離合器鎖等。

1.2 控制技術

城市軌道車輛自動門除具有正常的開關門功能外，還需具備障礙物檢測、防擠壓、故障檢測、預警等功能。電子門控單元（EDCU）是車門的核心部件之一，它負責接收各種信號、驅動電機開關門、狀態(tài)檢測、報警等功能。

控制軟件是車門系統(tǒng)的核心，對車門系統(tǒng)的機械部分進行控制，實現(xiàn)門功能控制邏輯、現(xiàn)場總線通信、故障診斷等功能。門控軟件的安全完整性關系到整個門系統(tǒng)的安全運行，在列車正常運行期間，與列車通信系統(tǒng)進行信息交流。此外，它還可用于維護和更新軟件，或將電子門控單元的狀態(tài)信息及診斷數(shù)據(jù)傳送給維修設備。

因城市軌道車輛車門運行環(huán)境復雜，當前城市軌道交通行業(yè)對門控制系統(tǒng)的軟硬件制定的安全標準較高，然而從運行反饋的問題來看，電控系統(tǒng)的故障仍占很大的比例[1]。

1.3 制造技術

城市軌道車輛車門是一種復雜的機電一體化產(chǎn)品，當前主要采用模塊化制造技術，以此提高產(chǎn)品質量，從而降低其成本。門的關鍵部件有門頁、絲桿、電機、導軌、玻璃、膠條等。

2 需注意的問題

2.1 門機構動力學研究不夠深入

傳統(tǒng)制造業(yè)主要關注產(chǎn)品的設計及制造，缺乏對機構動力學的研究，發(fā)現(xiàn)問題時，很難從機構原理的角度分析產(chǎn)品問題。

車輛自動門是一種機電復合系統(tǒng)，建立數(shù)學模型需考慮控制、摩擦、剛度、阻尼、裝配間隙、橡膠性能等因素，用測試的方法對實際部件進行綜合測試成本高，所花費時間長。隨著設計與制造的細化，需從力學和機構學的角度對動力系統(tǒng)進行數(shù)學建模，利用機械動力學的思維從設計源頭尋找和解決工程問題。

2.2 基礎制造技術與國外存在差距

經(jīng)不懈努力，國內軌道交通裝備制造技術有了很大提升，但與國外主流軌道設備企業(yè)相比，我國機電產(chǎn)品的質量穩(wěn)定性仍有很大的提升空間，由于質量問題，大部分產(chǎn)品集中在中低端市場，只能依靠低價策略與國外產(chǎn)品競爭，關鍵系統(tǒng)仍依賴于國外制造商的技術支持。

這一問題涉及到大量的基礎工業(yè)，如：加工誤差的有效控制，需解決夾具、刀具、機床等基礎問題，在生產(chǎn)過程中，合理設計工藝路線圖，選擇經(jīng)濟的加工精度，優(yōu)化各工序的制造公差，在裝配過程中，尺寸鏈的設計、零件裝配時配合誤差的選取等，都需在制造過程中不斷解決。

2.3 系統(tǒng)間協(xié)同程度低

城市軌道車輛的開關門需緊密結合列車的?？繝顟B(tài)、車站屏蔽門和前后列車的交通狀況，形成一個復雜的信息系統(tǒng)，否則容易導致交通滯留，甚至碰撞。

客流擁擠、系統(tǒng)磨損、誤觸發(fā)緊急裝置等問題可能導致車門關不上或關不嚴實，致使列車發(fā)車滯后等一系列社會問題。車門作為車輛系統(tǒng)中相對獨立的一個環(huán)節(jié)，必須與其他系統(tǒng)建立高度的協(xié)同，通過相互間的通信來保證交通安全。當前，軌道交通行業(yè)的很多設備都來自國外配套商，從國外設備商獲取數(shù)據(jù)需獲得授權，這不僅增加了成本，也帶來了潛在的安全風險[2]。

2.4 可靠性研究的樣本數(shù)據(jù)不足

近年來，隨著安全要求的逐步提高，系統(tǒng)維護的成本及可靠性成為地鐵企業(yè)關注的重點。因由于我國城市軌道車輛發(fā)展歷史相對較短，現(xiàn)代車門技術大規(guī)模使用時間也不長，早期車輛系統(tǒng)缺乏綜合數(shù)據(jù)收集能力，在役設備數(shù)據(jù)不足以分析。

因此，應通過設計、測試、生產(chǎn)、安裝、質量跟蹤，以保證軌道車輛門系統(tǒng)的全程可靠性。逐步考慮增加在線數(shù)據(jù)采集設備，實時監(jiān)測門系統(tǒng)在實際運行中的電流、轉速、扭矩等數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析，為產(chǎn)品的可靠性提供保障。

2.5 門系統(tǒng)的輕量化研究不深入

門系統(tǒng)的質量主要集中在門扇、驅動承載機構等部分，一般而言，過重的門系統(tǒng)會對車輛的動力性、舒適性、操縱穩(wěn)定性產(chǎn)生負面影響，并且在開關門時，過重的門扇會導致需更多的動力輸入，還會導致運動部件間嚴重磨損，其原因在于因對門系統(tǒng)輕量化的研究不夠和不充分引起的。另外，門系統(tǒng)的輕量化是衡量整個門系統(tǒng)性能的一個重要指標，也是提高競爭力的一個重要因素。

門系統(tǒng)的輕量化主要集中在門扇的輕量化上，輕質鋁型材、鋁蜂窩材料在門扇設計中得到了廣泛的應用，其他方向的門扇輕量化研究并不常見，對承載驅動機構輕量化的研究并不多，也只在現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎上進行修改。當前，在汽車和航空等領域，輕量化產(chǎn)品有三個成熟的方向：一是結構的輕量化形狀設計，可通過“以結構換強度”的結構優(yōu)化設計及有限元分析等來實現(xiàn)；二是輕量化材料的應用；三是采用先進的輕量化制造技術。這些經(jīng)驗對城市軌道車輛門系統(tǒng)的輕量化研究具有一定的借鑒意義[3]。

2.6 缺乏專業(yè)的人才隊伍

我國城市軌道交通發(fā)展時間短，但社會高度重視，發(fā)展速度快，技術更新迅速，致使各領域缺乏新技術的專業(yè)人才，城市軌道車輛車門領域也不例外。自動門是一種與整車相關的機電系統(tǒng)，其研發(fā)、安裝、調試、維護都需具備較強的軌道車輛、機械、電子、控制知識，傳統(tǒng)單一學科的技術人員已難以滿足行業(yè)的需求。