新型公交車乘客自救逃生裝置的研究與設計

文/陳科潤 張曦文

1 研究背景

通過文獻調查發現我國每年發生的公交事故數量較多，對人們的生命安全影響較大，單從2007年到2016年的十年期間，全國就有226.11萬起交通事故，受傷252.82萬人，死亡64.87萬人。并且通過事故原因分析得知事故發生與駕駛員的操作關系密切。上述數據不難看出，公共交通事故的人身及財產損害是非常大的，而公共交通事故的發生率是較高的；其次，將所有乘客的安全都掌握在駕駛員的手里，是不夠科學和完善的；再次，目前的所有應急設備都是在發生事故后進行逃生的，而沒有辦法有效防止事故的發生；最后，目前的逃生裝置的逃生路徑及逃生效率較低，并不能保證乘客安全快速的進行緊急逃生。為此我想到設計出一款可以有效減少公共交通事故傷害的新型的乘客自救逃生置，讓乘客的生命安全不再僅僅是掌握在司機手中。

2 設計思路

2.1 分析已有逃生裝置的弊端

目前常見的公交車應急逃生裝置主要包括應急閥門、安全錘、自動破窗器、天窗緊急通道、平推窗等。此類應急逃生裝置安裝成本較低，操作相對簡單，在各類客運大型車輛中已經得到了大量普及。但是，此類裝置也有一定的弊端。例如，安全錘、破窗器在使用后會產生大量的玻璃殘余，反而不利于乘客逃生；天窗緊急通道和平推窗在使用時，乘客必須從車窗或車頂跳下，這對兒童和老人會產生相當大的風險，很有可能造成二次傷害。與此同時，如果在高速運行中的公交車輛上，乘客若通過此類傳統的逃生裝置逃生，很大可能會產生其他危險，或者造成二次傷害。

圖1

2.2 提出針對性的解決方案

針對上述公交車上傳統主流逃生裝置的弊端，此款新型應急逃生裝置設置成可以使車輛緊急制動并打開車門的形式，裝置由乘客自己操作，同時，為了避免部分素質較低乘客或危險分子使用這個設備，此裝置加入了安全鎖，即需要多名（具體人數視載客人數而定）乘客同時按住逃生按鍵才會啟動，并同時向相應系統報警和發送位置。一方面，公交車緊急制動并打開車門的功能，能夠有效減少安全逃生可能帶來的二次傷害，使全體乘客可以安全迅速逃生；另一方面，同時多人操作可以有效避免因個別乘客惡意操作而造成的風險，同時報警裝置和定位裝置可以高效處理管理和救援工作，這樣不僅可以使乘客更安全地逃生，甚至還可以避免事故的發生。但此裝置也存在一定弊端，如成本相對較高，且操作難度相對較大，裝置普及需要一定的時間等。

3 設計內容

3.1 新型乘客自救逃生裝置功能介紹

3.1.1 乘客端手動制動

此款新型乘客自救逃生裝置的設計靈感主要來源于2018年10月28日的“10·28重慶公交墜江事故”，此事件再次提醒了將所有乘客安全寄托在司機一人身上的不合理性，因此，此裝置的核心功能就是可以通過多名乘客同時按住制動按鍵實現緊急制動。

3.1.2 自動開車門

上文分析過傳統逃生工具的逃生出路不夠合理，無論是車窗還是車頂對于逃生的順暢度及安全系數都是較低的，因此在設計此款逃生裝置時加入了自動打開車門的操作，為乘客開啟最安全高效的逃生路徑。

3.1.3 自動報警及發送位置信息

為了避免乘客的惡意操作，除了需要多人共同操作解鎖外還加入了自動報警及位置發送的功能，這樣既能有效避免惡意操作又可以加快警方及相關部門的處理速度，最大程度地保障人民的生命和財產安全。

3.1.4 太陽能供電裝置

該裝置的實現是需要電能的，為了使該裝置更加環保和安全設計了太陽能供電裝置，一方面體現了綠色環保的理念，另一方面也是對于裝置的正常使用加入了雙層電力來源的保護鎖。

3.1.5 手機充電裝置

該裝置還加入了人性化便民設計理念，可以將太陽能電池板的發電量用于供乘客在車上進行移動設備的充電，環保又方便，太陽能電池板可為車內座椅上的USB插口提供合適的電源，乘客可在乘坐過程中為手機等設備充電。

3.2 新型乘客自救逃生裝置模型設計及制作

3.2.1 確認合理性

初步完成設想后，筆者在中國知網、萬方數據庫進行了相關檢索。在中國知網中輸入“司乘”“安全”、“公交車”“逃生”主題，分別得到檢索結果243條和82條；在萬方數據庫中輸入“司乘”“安全裝置”、“客車”“逃生”主題，分別得到檢索結果53條和340條。經閱讀比對，發現現有相關文獻的研究成果和筆者的設想沒有較大的差異和區別，設想具有創新性和較強的現實意義，通過文獻確定理論的合理性。

3.2.2 設計研究過程

結合設想的功能，繪制出設計草圖如圖1。標注好功能區，劃分好設計模型展示功能區域，機械區的齒輪與軸承和車輪等的大小以及電機的動力大小選擇，智能控制區主板的選擇，傳感器模塊的選擇連線方式及電源位置等的設計與布局。根據草圖繪制出實物模型示意圖如圖2，預估實物模型尺寸，計算所需材料數量及大小，列出材料清單，然后確定實物模型尺寸和制作先后順序，細化模型結構制作方法，設計實物模型制作步驟。

3.3 制作實物模型

3.3.1 模型框架搭建

為了保證模型在結構堅實的基礎上不要過重，防止電機無法帶動車身行進，設計選擇0.3mm的亞克力板作為車身搭建材料，為了方便展示車身內部功能及運行方式，選擇了半敞開式的車身結構設計。內部為了模擬座椅便民充電裝置，制作了三排座椅，在車身的相應位置預留出車輪及軸承位置搭建整體框架。

3.3.2 自動化核心

模型設計以DP801單片機為控制主機，通過編程，實現對整個裝置電路的控制，以電源拓展板為橋梁，連接輸入與輸出裝置。通過單片機的通轉指令檢測不同按鍵，單個接通無反應，同時接通后關閉一號電機打開二號電機用以模擬公交車緊急制動及自動打開車門的操作，同時加入揚聲器來模擬報警系統。

3.3.3 程序編輯

首先利用08斷轉指令保證單獨按任意按鍵都不會導致電機停轉，只有當所有按鍵接通后才會實現電機停轉即公交車緊急制動，并且用03奏樂指令控制蜂鳴器奏樂模擬報警裝置，由于主板功能有限，只能模擬三個按鍵的情況，實際設計中可根據車載人數確定具體按鍵數量的設定。如圖3所示。

3.3.4 制動功能模塊選擇與線路連接

為了合理安排線路連接并且可以使模型實現行進和制動，設計選擇了兩個電機驅動模塊和四個12V減速馬達，線路連接上將電機兩兩接于電機驅動模塊并分別放置在前輪和后輪軸承中部，由電源拓展板集中供電，選擇8節電池盒給主板及電源拓展板供電。

3.3.5 環保功能模塊選擇與線路連接為了模擬太陽能供電以及便民充電功能，裝置設計選擇了太陽能電池板以及USB模塊，來模擬環保功能及便民充電裝置功能。線路連接方面，將太陽能電池板直接連接在電源拓展板，USB模塊放置在座椅背部，同樣由電源拓展板供電。

4 結論與分析

針對論文上述提到的公交車事故發生率較高，乘客安全過分依靠司機操作的不科學性，傳統逃生裝置無法防止事故發生及逃生效率較低等問題，此裝置提出了對應的解決方案，并提出了更環保便民的新功能。

首先，裝置可以在多名乘客同時操作的情況下緊急制動，這樣在事故發生前乘客可以進行有效干預，可以避免事故的發生從而降低交通事故的發生率，減少人身及財產損害；其次，這種乘客端的操作裝置有效避免了傳統公共交通工具過分依靠司機操作的不科學性，給與乘客及時糾正的機會可以提高公共交通工具駕駛的安全系數；再次，新型的逃生裝置以車門為逃生路徑，簡化了破窗爬頂的繁瑣程序，既提高了逃生效率又增強了安全系數，此外裝置還提出了太陽能供電及便民充電等概念，進一步完善了公共交通工具的功能，且體現了節能環保的理念。對于實施性的驗證，一方面通過文獻檢索獲取了理論支撐，另一方面通過模型制作實現了程序的可操作性驗證，這說明此裝置具有一定的創新性，實踐意義及可實施性。

5 設計局限及未來發展設想

5.1 設計局限

首先，此裝置目前停留在理論及模型制作階段缺乏實踐證明，對于公交車的制動及自動開門裝置的電量電流及機械結構缺乏細節的了解；其次，設計的裝置過于籠統，對于不同車型的裝置應有所差別，保證裝置合理高效應用；最后，此裝置目前只針對公交車，應用范圍較窄，后續可將此裝置用于更多的交通工具上。

5.2 未來發展設想

功能上，一方面，可以加入自檢模式保證設備在長期未使用情況下狀態良好且無需太多人力監督；另一方面，后期可加入危險提醒等裝置讓乘客更加了解路面情況等可以做出更準確的處理方式；應用空間上，除了用于公交車外，后續可以適當調整并拓展到其他交通工具，如長途大巴甚至是私人汽車，對于現在很普及的順風車等，該裝置也會有較強的安全保障功能。

圖2

圖3