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如何減小公交車車緊急剎車時人向前傾的趨勢?

2013-11-27科學

理論上來說透過一套很多公交車上都普及了的系統就可以實作,但僅是理論上可行。

現在很多公交車都采用空氣懸架。車輛的懸架包括兩部份:彈簧和阻尼,由這兩個元件聯結著簧下部件(主要就是車橋和車輪)和底盤(或全承載車的底架)。彈簧用來為車橋和車輪提供和車身之間相對運動可可能,阻尼用來使相對運動逐漸減小振幅直到停止。阻尼公交車一般都是用液壓減震筒,但彈簧就不一樣了。低檔的公交車一般使用板簧,就是一片片鋼板,多則十余片(多簧片),少則三四片(少簧片)。高檔的公交車一般使用空氣彈簧,就是一個內部充滿壓縮空氣的橡膠氣囊。空氣彈簧的好處很多,一個是軟硬可調,裏面充氣壓力大,彈簧就硬,反之則軟;二是可以調節車身高度,多載和空載可以保持車身高度不便,並且可以完成「側跪」或「前跪」功能——給車門一側的車輪的氣囊放氣,車身就會向車門一側傾斜,車門踏步降低,方便乘降。

上圖:德國柏林公交集團的奔馳Citaro客車在車站側跪。來自

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那麽空氣懸架的公交車怎麽做到車身高度的調節呢?主要有機械控制和電子控制兩種形式。當車輪壓到坑窪向下運動的時候,氣囊應該充氣變硬,避免車身跟隨車輪同時向下運動,反之,當車輪壓到凸起向上運動的時候,氣囊應該放氣變軟,避免車身跟隨車輪同時向上運動。所以控制車身高度和保持車身平穩就靠控制氣囊的充氣和排氣。機械控制是相對落後的一種方式,車橋懸掛元件上裝有一個杠桿(控臂),一段連線氣囊的壓力分配閥,當輪下降時候,杠桿運動,開啟分配閥的充氣門,連通充滿更高壓空氣的貯氣瓶和氣囊,高壓空氣流入氣囊,氣囊變硬;反之,當車輪上升,杠桿運動,開啟分配閥的排氣門,連通氣囊和充滿低壓空氣的氣路或大氣,高壓空氣流出氣囊,氣囊變軟。如果想實作側跪,則需要透過一系列控制系統使分配閥排氣門機械開啟,恢復正常車身姿態時再使充氣門機械開啟。

相比之下,更加先進的是電子控制。在車橋懸掛元件上安裝高度傳感器,傳感器將車輪和車身之間的相對位置關系以電訊號的形式傳送給電控懸架控制單元,控制單元透過精確計算,向分配閥的電控氣門的執行機構發送電訊號,是指開啟或關閉相應的氣門。電控空氣懸架的優勢在於更加智慧,控制更加精確。

所以回到題主的問題上。對於配備電控空氣懸架的公交車,如果可以再車輛緊急制軔時,觸發電控空懸控制單元裏的一個指令,使得前橋的氣囊快速充氣立刻變硬,便可以減少車身的前傾。甚至還可以讓車「仰頭」(術語似乎是叫「後坐」),來抵消乘客身體慣性作用之下向前傾倒的趨勢。

但這僅僅是存在於理論可行的範圍。實際操作過程中,遇到的障礙有:第一,氣囊充放氣的速度並沒有想象中的快,雖然側跪和恢復的動作都可以在兩三秒內完成,但這對於緊急制軔來說依然是太慢了,如果想要達到極其快速的修正,電控系統的速度沒有問題,但充氣的速度受到壓縮空氣高壓氣路中氣壓的影響(這個氣壓受空壓機功率、其他用氣部件用氣量、管線和貯氣瓶最大耐受壓力等有關),太高的充氣速度必然需要非常強勁的壓縮空氣系統部件支持,降低經濟性和可靠性,同時由於短時間之內施加大量的負荷,也很有可能損壞分配閥和氣囊;第二,大客車的制軔也使用壓縮空氣,雖然說緊急制軔一般都是正壓實施的行車制軔和彈簧儲能泄壓實施的駐車制軔(手剎)同時實施,但至少對於前橋而言,壓縮空氣為動力的行車制軔依然十分重要。如果大量的壓縮空氣都被用到空氣懸掛裏,可能會降低制軔效能,造成更大的危險;再有,車的動力學和懸架軟硬有很大關系,在制軔時人為過度幹預懸掛硬度的自然改變,有可能會影響設計理想的制軔效能。

所以公交車確實無法保證緊急制軔時車身不點頭,更何況,即使車身不點頭,乘客身體本身由於慣性依然會往前傾。所以解決這個問題的辦法,只有較低的設計時速和駕駛員的前瞻性駕駛意識了。