一種雙向行駛特種專用車底盤

三江瓦力特特種車輛有限公司專用車研究所 周昌盛 張繼杰 周光新 劉文兵

隨著國民經(jīng)濟水平的提高，我國公路、鐵路隧道長度在不斷增加。據(jù)統(tǒng)計，截止到2009 年底，我國公路隧道總數(shù)已達(dá)1 782座，總長度704公里，而2012年底我國隧道總長度比2009年至少增長5%，成為世界上公路隧道最多的國家。同時，我國的城市軌道交通也發(fā)展迅速，地鐵、輕軌項目越來越多。城市隧道由于其不可替代的優(yōu)越性，正逐步被重視。

隧道的結(jié)構(gòu)比較特殊，它是一個相對封閉的管狀三維空間，建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)境密閉，再加上通風(fēng)條件差，一旦發(fā)生火災(zāi)，可燃物產(chǎn)生的濃煙將從起火部位以一定的速度沿隧道迅速擴散，并呈現(xiàn)聚集不散的狀態(tài)，造成隧道內(nèi)的煙霧及有毒氣體濃度增高，對人員的生命造成極大的威脅，尤其是在隧道的中部發(fā)生火災(zāi)，問題更為突出。

即使在隧道內(nèi)發(fā)生一般的交通事故而不是火災(zāi)，消防車也會由于現(xiàn)場混亂、車多人多、道路狹窄等原因無法實現(xiàn)自由轉(zhuǎn)向，車輛的機動性受到了極大限制，給消防和救援工作帶來較大的困難。

隧道安全問題正逐步引起人們的高度重視，與之相適應(yīng)的雙向行駛路軌兩用隧道救援底盤或?qū)⒊蔀榻窈蟮陌l(fā)展方向。

技術(shù)來源

2008年《亞洲消防》曾報道，法國勃朗峰（Mom-Blanc）隧道引進(jìn)了Man公司專門為其設(shè)計的首尾各有一個駕駛室的“雙頭”消防車。由于該車有兩個車頭，故將其命名為Janus（Janus為羅馬神話中長有兩個頭的門神）。3輛Janus消防車將分別安置在42 km長隧道的入口、中段和出口位置，以保證消防隊員在3分鐘內(nèi)趕到事故現(xiàn)場。這種汽車在行駛過程中由于無須倒車，令救火效率大為提高。

2010年3月東方早報報道：“雙頭消防車”是一輛頭尾都擁有駕駛室的特種車輛，不用倒車便可在狹窄空間內(nèi)快速往返，可針對上海特色的弄堂、隧道火災(zāi)進(jìn)行撲救。該車型消防車在世界上只有4輛，臨沂消防中隊配備的是亞洲第一輛高配置消防用雙頭車（見圖1），是專為世博會配備，造價2 000多萬元。

技術(shù)分析

雙向行駛特種專用車底盤的關(guān)鍵技術(shù)有四點：一是雙向行駛動力傳遞及換向技術(shù)；二是雙向行駛轉(zhuǎn)向互鎖技術(shù)；三是雙向駕駛各操控機構(gòu)一鍵切換技術(shù)；四是獨立的制動互鎖技術(shù)。

而雙向行駛消防車其核心之一就是搭載了功能強大的雙向行駛底盤，在擁擠的城市高樓間、狹長的隧道等普通消防車不易轉(zhuǎn)向的地方，該車能發(fā)揮重要作用。

1 動力傳遞及換向技術(shù)

雙向行駛動力傳遞及換向技術(shù)是以滿足雙向行駛的隧道消防車需求為背景和研究載體，以實現(xiàn)底盤雙向行駛功能為目標(biāo)，以單動力源系統(tǒng)匹配和動力雙向傳遞技術(shù)為研究對象，為采用單動力源系統(tǒng)實現(xiàn)底盤雙向行駛功能提供動力保證。

2 轉(zhuǎn)向互鎖技術(shù)

針對雙向駕駛特殊需要，轉(zhuǎn)向互鎖技術(shù)是研究雙向駕駛室操作CAN總線控制技術(shù)，以雙向行駛功能、性能的協(xié)調(diào)統(tǒng)一為目的，確保雙駕駛室操控系統(tǒng)快速切換和控制，使各方向駕駛的啟動、加速、換擋、轉(zhuǎn)向、制動等操控實現(xiàn)互鎖，以保證主、副駕駛操控相互獨立，避免相互干擾，確保底盤運行安全。

3 操控機構(gòu)一鍵切換技術(shù)

針對雙向駕駛操作功能切換時，采用液壓電控技術(shù)，對雙向駕駛獨立轉(zhuǎn)向機械系統(tǒng)互鎖控制技術(shù)進(jìn)行研究，使車輛無論朝哪個方向行駛，始終保持行駛方向的前輪轉(zhuǎn)向，而相對行駛方向的后輪保持鎖止?fàn)顟B(tài)。轉(zhuǎn)向互鎖控制切換與其它操控切換實現(xiàn)同步。

該項技術(shù)關(guān)鍵就是在系統(tǒng)中合理設(shè)計前后轉(zhuǎn)向橋互鎖機構(gòu)和雙向駕駛一鍵切換控制機構(gòu)。

4 獨立的制動互鎖技術(shù)

安全是車輛最基本的保障，本文介紹的雙向行駛車輛更需要以安全為基礎(chǔ)。該雙向行駛車輛完全打破了對傳統(tǒng)氣制動車輛模式的理解，運用一鍵切換技術(shù)，及電、氣一體化技術(shù)，最終實現(xiàn)了雙向行駛時制動系統(tǒng)的獨立互鎖。

總體設(shè)計

雙向行駛特種專用車底盤以WS系列專用車底盤為基礎(chǔ)，采用兩軸布置，驅(qū)動形式為4×2，車架采用梯形車架（邊梁式），由兩根開口朝內(nèi)的槽形縱梁及槽形橫梁螺接而成，軸距按載荷分布及使用要求確定，車橋采用貫通轉(zhuǎn)向橋和整體式轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，懸掛系統(tǒng)采用鋼板彈簧懸掛，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)匹配設(shè)計。圖2是三江瓦力特特種車輛有限公司為四川森田消防裝備制造有限公司開發(fā)的WS5190T雙向行駛特種專用車底盤工程布置圖，圖3是該底盤實物圖樣。

1 動力系統(tǒng)

WS5190T雙向行駛特種專用車底盤搭載東風(fēng)康明斯ISL375 40高速四沖程直列6缸渦輪增壓中冷水冷柴油機、美國雙環(huán)TWINDISC 15.7T40432液力機械變速器，4個前進(jìn)擋和4個倒擋速比完全一樣，為實現(xiàn)雙向行駛提供了動力基礎(chǔ)，可以完成動力傳動和改變動力方向兩個功能，實現(xiàn)車輛車頭車尾兩個方向均可行車和倒車的功能，即雙向正常行駛功能。

該底盤最高車速可達(dá)75 km/h，選用的重慶大江驅(qū)動橋，正向和反向行駛無任何限制，為雙向行駛特種專用車底盤實現(xiàn)雙向行駛功能提供了強有力的保障。

2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

雙向行駛特種專用車底盤前后采用獨立的機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，通過電液控制實現(xiàn)前后轉(zhuǎn)向互鎖，保證車輛行駛安全。

雙向行駛特種專用車底盤采用整體液壓式動力轉(zhuǎn)向，一、二橋均為轉(zhuǎn)向橋。為實現(xiàn)雙向行駛，本底盤前后各設(shè)置一套獨立的轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)和轉(zhuǎn)向助力互鎖機構(gòu)組成。

轉(zhuǎn)向機構(gòu)由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向傳動裝置、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)等組成。轉(zhuǎn)向助力互鎖機構(gòu)主要包括轉(zhuǎn)向泵、轉(zhuǎn)向油罐、油管、液壓缸、蓄能器和控制機構(gòu)等。轉(zhuǎn)向互鎖采用電液控制技術(shù)實現(xiàn),正反向切換通過電控電磁換向閥實現(xiàn)。

3 制動系統(tǒng)

與通常的制動系統(tǒng)不同的是，該底盤車具有雙向行駛的功能。對于制動系統(tǒng)來說，既要保證兩個駕駛室均可以操作，又要保證操作的安全性和可靠性，這就要求兩個駕駛室要分別建立獨立的雙回路氣路，使兩個控制氣路不僅不相互影響，而且兩個回路最終只有一個執(zhí)行氣路，即迫使前后雙腔氣室動作的氣路是唯一的。

為了實現(xiàn)這種特殊功能，制動系統(tǒng)采用了電磁換向閥、繼動閥、梭閥及其新型組合的集成系統(tǒng)。配置的電磁換向閥實現(xiàn)了控制氣路的絕對切換；增加繼動閥運用有效地保證了制動性能，實現(xiàn)兩個方向行駛時前后車輪制動的同步性；梭閥則將兩個駕駛室的控制氣路實現(xiàn)交匯，保證最終執(zhí)行氣路的唯一性。圖4為制動系統(tǒng)原理圖。

4 一鍵切換控制系統(tǒng)

為了確保雙向行駛的安全性，底盤電路增加了轉(zhuǎn)向、制動電磁換向閥，運用CAN總線控制技術(shù)達(dá)到雙向行駛功能、性能的協(xié)調(diào)統(tǒng)一目的，確保雙駕駛室操控系統(tǒng)快速切換和控制，使各方向駕駛啟動、加速、換擋、轉(zhuǎn)向、制動等操控實現(xiàn)互鎖，保證主、副駕駛操控相互獨立，避免相互干擾，確保底盤運行安全。原理見圖5。

結(jié)語

WS5190T雙向行駛特種專用車底盤突破了傳統(tǒng)底盤的動力傳動結(jié)構(gòu)模式，運用單動力雙向傳動和控制技術(shù)，實現(xiàn)了車輛雙向行駛；運用CAN總線控制技術(shù)，實現(xiàn)了車輛雙向駕駛的快速切換和可靠控制；運用液壓電控技術(shù)，實現(xiàn)了雙向駕駛獨立轉(zhuǎn)向機械系統(tǒng)互鎖控制，確保了雙向安全行駛；運用電控氣動技術(shù)，實現(xiàn)了雙向制動互鎖操控。該底盤的開發(fā)成功，填補了國內(nèi)雙向行駛特種專用車底盤的空白。

2013年5月北京第十五屆國際消防設(shè)備技術(shù)交流展覽會上，四川森田消防裝備制造有限公司運用WS5190T雙向行駛特種專用車底盤改裝的雙向行駛消防車華麗亮相，見圖6。據(jù)悉，WS5190T雙向行駛特種專用車底盤共獲得4項專利：一種雙向行駛特種專用車底盤（201120300836.5）；一種雙向行駛動力傳動總成（201120379750.6）；一種雙向行駛車輛的制動系統(tǒng)（201120300801.1）；雙向行駛轉(zhuǎn)向互鎖結(jié)構(gòu)（201220096013.X）。

WS5190T雙向行駛特種專用車底盤的開發(fā)成功，為隧道、巷道等狹長環(huán)境下的消防、救援等作業(yè)提供了有效的解決方案，其應(yīng)用前景廣闊。

[1] 趙益喬,張秋根,陳子林. 21世紀(jì)的綠色交通工具—電動汽車[J].礦山機械,2006,11:54-55.

[2] 劉文兵,張繼杰,鄒敏等.雙向行駛車輛制動系統(tǒng)的設(shè)計[J].商用汽車,2012,6:72-73.