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如何减小公交车车紧急刹车时人向前倾的趋势?

2013-11-27科学

理论上来说通过一套很多公交车上都普及了的系统就可以实现,但仅是理论上可行。

现在很多公交车都采用空气悬架。车辆的悬架包括两部分:弹簧和阻尼,由这两个组件联结着簧下部件(主要就是车桥和车轮)和底盘(或全承载车的底架)。弹簧用来为车桥和车轮提供和车身之间相对运动可可能,阻尼用来使相对运动逐渐减小幅度直到停止。阻尼公交车一般都是用液压减震筒,但弹簧就不一样了。低档的公交车一般使用板簧,就是一片片钢板,多则十余片(多簧片),少则三四片(少簧片)。高档的公交车一般使用空气弹簧,就是一个内部充满压缩空气的橡胶气囊。空气弹簧的好处很多,一个是软硬可调,里面充气压力大,弹簧就硬,反之则软;二是可以调节车身高度,重载和空载可以保持车身高度不便,并且可以完成「侧跪」或「前跪」功能——给车门一侧的车轮的气囊放气,车身就会向车门一侧倾斜,车门踏步降低,方便乘降。

上图:德国柏林公交集团的奔驰Citaro客车在车站侧跪。来自

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那么空气悬架的公交车怎么做到车身高度的调节呢?主要有机械控制和电子控制两种形式。当车轮压到坑洼向下运动的时候,气囊应该充气变硬,避免车身跟随车轮同时向下运动,反之,当车轮压到凸起向上运动的时候,气囊应该放气变软,避免车身跟随车轮同时向上运动。所以控制车身高度和保持车身平稳就靠控制气囊的充气和排气。机械控制是相对落后的一种方式,车桥悬挂组件上装有一个杠杆(控臂),一段连接气囊的压力分配阀,当轮下降时候,杠杆运动,打开分配阀的充气门,连通充满更高压空气的贮气瓶和气囊,高压空气流入气囊,气囊变硬;反之,当车轮上升,杠杆运动,打开分配阀的排气门,连通气囊和充满低压空气的气路或大气,高压空气流出气囊,气囊变软。如果想实现侧跪,则需要通过一系列控制系统使分配阀排气门机械开启,恢复正常车身姿态时再使充气门机械开启。

相比之下,更加先进的是电子控制。在车桥悬挂组件上安装高度传感器,传感器将车轮和车身之间的相对位置关系以电信号的形式传送给电控悬架控制单元,控制单元通过精确计算,向分配阀的电控气门的执行机构发送电信号,是指开启或关闭相应的气门。电控空气悬架的优势在于更加智能,控制更加精确。

所以回到题主的问题上。对于配备电控空气悬架的公交车,如果可以再车辆紧急制动时,触发电控空悬控制单元里的一个指令,使得前桥的气囊快速充气立刻变硬,便可以减少车身的前倾。甚至还可以让车「仰头」(术语似乎是叫「后坐」),来抵消乘客身体惯性作用之下向前倾倒的趋势。

但这仅仅是存在于理论可行的范围。实际操作过程中,遇到的障碍有:第一,气囊充放气的速度并没有想象中的快,虽然侧跪和恢复的动作都可以在两三秒内完成,但这对于紧急制动来说依然是太慢了,如果想要达到极其快速的修正,电控系统的速度没有问题,但充气的速度受到压缩空气高压气路中气压的影响(这个气压受空压机功率、其他用气部件用气量、管线和贮气瓶最大耐受压强等有关),太高的充气速度必然需要非常强劲的压缩空气系统部件支持,降低经济性和可靠性,同时由于短时间之内施加大量的负荷,也很有可能损坏分配阀和气囊;第二,大客车的制动也使用压缩空气,虽然说紧急制动一般都是正压实施的行车制动和弹簧储能泄压实施的驻车制动(手刹)同时实施,但至少对于前桥而言,压缩空气为动力的行车制动依然十分重要。如果大量的压缩空气都被用到空气悬挂里,可能会降低制动效能,造成更大的危险;再有,车的动力学和悬架软硬有很大关系,在制动时人为过度干预悬挂硬度的自然改变,有可能会影响设计理想的制动性能。

所以公交车确实无法保证紧急制动时车身不点头,更何况,即使车身不点头,乘客身体本身由于惯性依然会往前倾。所以解决这个问题的办法,只有较低的设计时速和驾驶员的前瞻性驾驶意识了。