本发明属于城市轨道列车和城市客车技术领域，特别涉及一种无轨公路列车结构及其双向行驶方法。
背景技术：
随着城市化的飞速发展，城市人口的急速增加，城市交通拥堵问题日益严重。尤其在经济发展水平高、城市人口数量大的城市，交通压力巨大。目前，主要的城市公共交通方式有轨道列车和公共汽车这两大类。轨道列车的单次乘载量大、运行速度快、效率高，但需要开挖隧道、铺设轨道，建造成本高、耗时长，运行线路固定、不易更改；公共汽车无需铺设轨道，成本低，灵活性好，但乘载量小，运行环境复杂，易发生拥堵，运行速度低。
中国专利申请201510209393.1“一种新型动车式纯电动brt公路列车结构”公开了一种动车式纯电动brt公路列车结构，该列车结构由导向车头和一组或多组动力车厢对组构成，每组动力车厢对组均由两段单体车厢构成；导向车头为双桥结构，每组动力车厢对组有两个车桥，分别布置在两段单体车厢的正中位置，导向车头前桥为转向桥，导向车头后桥为驱动桥，每组动力车厢对组的两个车桥中，至少有一个为驱动桥。该列车结构无需铺设轨道，可实现双向行驶。但该列车结构的导向车头位于列车行驶方向的前端，当列车需要换向行驶时，需要将导向车头与其后的动力车厢对组分离，分离后导向车头需要调头并行驶至原车尾处，再与原车尾处的动力车厢对组相连接，从而实现换向，在此换向过程中，需要导向车头完成分离、调头、连接的动作；换向过程较为复杂。且列车的导向车头为单体车厢结构，其长度小于后侧的动力车厢对组(由两个车厢组成)的长度，导致车头的转弯行驶轨迹与动力车厢对组的转弯行驶轨迹差异较大，驾驶难度较大。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种无轨公路列车结构，其两端均设有由头车车厢与中间车车厢组成的端车对组，头车车厢与中间车车厢在连接处设有正向锁止机构，头车车厢的车桥为转向桥并且设有正向锁止机构；克服了现有公路列车结构换向过程复杂，驾驶难度大的缺陷。
本发明还有一个目的是提供一种无轨公路列车结构的双向行驶方法，在列车换向时，头车车厢的位置无需变动，列车整体结构亦无需变动，只需要同时解除或锁紧相应位置处的正向锁止机构即可，换向简便，无需调头。
本发明提供的技术方案为：
一种无轨公路列车结构，包括：
两个端车对组，其对称设置于列车的两端；所述端车对组由一节头车车厢和一节中间车车厢组成，所述头车车厢与所述中间车车厢之间采用上铰盘和下铰盘铰接并且在连接处设有正向锁止机构；
若干中间车对组，每个中间车对组由两节所述中间车车厢组成，两节所述中间车车厢之间采用上铰盘和下铰盘铰接，所述中间车对组位于两个所述端车对组之间；
其中，所述头车车厢与所述中间车车厢均为单桥结构，所述头车车厢的车桥为转向桥并且设有正向锁止机构，端车对组中的中间车车厢的车桥为驱动桥，中间车对组中的两个车桥中至少有一个为驱动桥；所述端车对组与中间车对组之间以及相邻的两个中间车对组之间采用单铰盘连接。
优选的是，所述中间车车厢的车桥布置在中间车车厢的正中位置。
优选的是，所述的头车车厢的后围上以及所述中间车车厢的前围和后围上均设有车门，从而实现各个车厢的相互贯通，使各节车厢的乘载量相对均匀。
优选的是，所述头车车厢的上客门开设在所述头车车厢的右侧围后方；所述中间车车厢设有两个上客门，分别位于左侧围前方和右侧围后方，使列车整体结构成中心对称。
优选的是，相邻车厢的连接处覆盖有可伸缩的软篷。
优选的是，所述头车车厢的车桥到相邻铰盘中心的距离与所述中间车车厢的车桥到相邻铰盘中心的距离相同。
优选的是，所述头车车厢前围到其车桥的距离小于该车桥到相邻铰盘中心的距离。
优选的是，所述头车车厢前围到其车桥的距离比该车桥到相邻铰盘中心的距离小1米。
一种无轨公路列车结构的双向行驶方法，包括：
当列车向某一方向行驶时，将位于列车行驶方向前部的头车车厢的转向桥的正向锁止机构解除，并且将所述头车车厢与中间车车厢连接处的正向锁止机构锁止；将位于列车行驶方向后部的头车车厢的转向桥的正向锁止机构锁止，并将其与中间车车厢连接处的正向锁止机构解除，分别成为独立的车厢；
当列车换向行驶时，原来位于行驶方向后部的头车车厢现位于列车行驶方向前部，将其转向桥的正向锁止机构解除，并且将现位于列车行驶方向前部的头车车厢与中间车车厢连接处的正向锁止机构锁止；将此时位于列车行驶方向后部的头车车厢的转向桥的正向锁止机构锁止，并且将其与中间车车厢连接处的正向锁止机构解除，分别成为独立的车厢，从而实现列车的换向行驶。
本发明的有益效果是：
1.本发明提供的公路列车与轨道列车相比，无需铺设轨道，大幅度降低了成本与前期工程耗时，且列车行驶灵活性好。
2.本发明提供的公路列车与公共汽车相比，总体长度大大增加，乘载量显著提高，且可以根据不同时段的客流量通过增减中间车对组的数目对列车长度进行调节，改变乘载量，在有效缓解交通压力的同时避免空车运行的能源浪费。
3.本发明提供的公路列车可以通过头车车厢转向桥处的正向锁止机构和头车车厢与中间车车厢连接处的正向锁止机构的相互配合工作实现列车的双向行驶，在列车换向时，头车车厢的位置无需变动，列车整体结构亦无需变动，只需要同时解除或锁紧相应位置处的正向锁止机构即可，换向简便，无需调头，成功规避了现有公路列车结构换向困难的问题，运行效率大大提高。
4.本发明提供的公路列车结构，所有中间车车厢的结构均相同，且所有车桥到相邻铰盘中心的距离均相同，因此各个车厢具有相同的转弯行驶轨迹，转弯时驾驶员只需要驾驶端车对组通过弯道，其余车厢便可按照端车对组的转弯行驶轨迹依次顺利通过弯道，因此，驾驶员只需要具备驾驶端车对组的能力即可驾驶整部列车，极大地提高了公路列车的易驾驶性。
5.本发明提供的公路列车的头车车厢的车桥为转向桥，其余中间车车厢的车桥为驱动桥或支撑桥，端车对组主要起导向作用，牵引负担大大减轻，同时减轻了车厢与车厢之间连接处的推拉运作，延长了连接构件的使用寿命。
6.本发明提供的公路列车的转弯通道宽度相较于传统的铰接客车较小，转弯时占用的道路面积小，有效节约了道路资源。
7、本发明提供的无轨公路列车结构的双向行驶方法，在列车换向时，只需要同时解除或锁紧相应位置处的正向锁止机构即可，换向简便，无需调头。
附图说明
图1为本发明所述的无轨公路列车总体结构示意图。
图2为本发明所述的无轨公路列车端车对组结构示意图。
图3为本发明所述的无轨公路列车中间车对组结构示意图。
图4本发明所述的无轨公路列车主要尺寸参数示意图。
图5本发明所述的无轨公路列车转弯通道圆(r＝12.50米)示意图。
图6本发明所述的无轨公路列车转弯通道圆(r＝20.00米)示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1-3所示，本发明提供了一种无轨公路列车结构。由两个分别位于列车两端的端车对组100和若干个中间车对组200构成(根据客流量也可以没有中间车对组)，其中端车对组100由一节头车车厢110和一节中间车车厢120构成，而中间车对组200由两个中间车车厢210构成。中间车车厢120和中间车车厢210外形结构相同，且中间车车厢120及中间车车厢210结构成中心对称，整个列车的结构也成中心对称。公路列车的长度可以通过增加或者减少中间车车厢对组200的数目来进行调节，以适应不同时段的客流量，在提高运行效率的同时避免了能源浪费。在头车车厢110的后围上以及中间车车厢120和中间车车厢210的前围和后围上均设有车门，以实现各个车厢的相互贯通，有利于使各节车厢的乘载量相对均匀。头车车厢110的侧围只有一个上客门111，开设在头车车厢110的右侧围后方；中间车车厢120及中间车车厢210是中心对称结构，中间车车厢120的侧围设有两个上客门121，分别位于左侧围前方和右侧围后方；中间车车厢210的侧围设有两个上客门211，分别位于左侧围前方和右侧围后方；因此列车整体结构也成中心对称。
头车车厢110以及中间车车厢120和中间车车厢210均为单桥结构，头车车厢110的车桥到相邻铰盘中心的距离以及中间车车厢120和中间车车厢210的车桥到相邻铰盘中心的距离相同，即所有车桥到相邻铰盘中心的距离均相同。头车车厢110前围到其车桥的距离小于该车桥到相邻铰盘中心的距离，在本实施例中，头车车厢110前围到其车桥的距离比该车桥到相邻铰接中心的距离中小1米。中间车车厢120和中间车车厢210的车桥则布置在车厢的正中位置。
头车车厢110的车桥为转向桥并且设有正向锁止机构，端车对组中的中间车车厢120的车桥为驱动桥，中间车对组中的中间车车厢210的车桥为驱动桥或支撑桥，但必须保证在中间车对组的两个车桥中至少有一个驱动桥，端车对组100主要起导向作用，牵引负担大大减轻，同时减轻了车厢与车厢之间连接处的推拉运作，延长了连接构件的使用寿命。
端车对组100中的头车车厢110与中间车车厢120之间采用带有正向锁止机构的上铰盘130和带有正向锁止机构的下铰盘140两个铰盘连接；中间车对组200中的两个中间车车厢210之间也采用上铰盘220和下铰盘230两个铰盘连接，上铰盘220和下铰盘230不设有正向锁止机构；而端车对组100与中间车对组200之间以及相邻的两个中间车对组200之间则采用单铰盘240连接；并且在各个连接处都覆盖有可以伸缩的软篷300，以防止水和灰尘等杂物对连接装置造成腐蚀伤害。
当列车向某一方向行驶时，位于列车行驶方向前部的头车车厢110的转向桥的正向锁止机构解除，且位于列车行驶方向前部的头车车厢110与中间车车厢120连接处的正向锁止机构锁止，使得位于列车行驶方向前部头车车厢110与中间车车厢120锁止成为一个刚性整体，从而起到导向的作用。而此时，位于列车行驶方向后部的头车车厢110的转向桥的正向锁止机构锁止，成为普通的支撑桥，且位于列车行驶方向后部的头车车厢110与中间车车厢120连接处的正向锁止机构解除，分别成为独立的车厢。当列车换向行驶时，原行驶方向的后部成为现行驶方向的前部。只需重复上述步骤，将此时位于列车行驶方向前部的头车车厢110的转向桥的正向锁止机构解除，且将位于列车行驶方向前部的头车车厢110与中间车车厢120连接处的正向锁止机构锁止，使得位于列车行驶方向前部头车车厢110与中间车车厢120锁止成为一个刚性整体，将位于列车行驶方向后部的头车车厢110的转向桥的正向锁止机构锁止，成为普通的支撑桥，且将位于列车行驶方向后部的头车车厢110与中间车车厢120连接处的正向锁止机构解除，分别成为独立的车厢。
由于所有中间车车厢120和中间车车厢210的外形结构相同，且所有车桥到相邻铰盘中心的距离均相等，因此各个车厢具有相同的转弯行驶轨迹，转弯时驾驶员只需要驾驶端车对组100通过弯道，其余车厢便可按照端车对组100的转弯行驶轨迹顺利通过弯道，且列车的转弯通道宽度小，转弯时占用的道路面积小。
本发明提供的无轨公路列车转弯通道宽度的具体计算过程如下：
无轨公路列车的主要尺寸参数如图4所示，l1为头车车厢前围到转向桥的距离，l2为头车车厢转向桥到相邻铰盘中心的距离，l3为中间车车厢车桥到相邻铰盘中心的距离，w为整车宽度。参考现有铰接客车的尺寸参数，确定本发明提供的无轨公路列车的各项尺寸参数如下(单位：米)：头车车厢前围到转向桥的距离l1＝2.00，头车车厢转向桥到相邻铰盘中心的距离l2＝3.00，中间车车厢车桥到相邻铰盘中心的距离l3＝3.00，整车宽度w＝2.50。
无轨公路列车转弯情况如图5所示，因为所有中间车车厢的结构完全相同，且所有车桥到相邻铰盘中心的距离均相等，所以各个车厢能够沿着端车对组的转弯行驶轨迹通过弯道。
根据gb1589-2004《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》中针对车辆通道圆的相关要求，车身最外侧部位在地面上的投影所形成的圆周轨迹即为车辆通道圆的外圆，最内侧部位在地面上的投影所形成的圆周轨迹即为车辆通道圆的内圆，外圆半径r与内圆半径r的差值即为所求的转弯通道宽度a，即a＝r-r，并要求外圆半径r取12.50米。
根据附图5中所示的几何关系，列出有关转弯通道圆内圆半径r的方程式：
r2＝(l1+l2+l3)2+(r+w)2
根据方程求得r＝7.10米。
从而得到转弯通道宽度a＝12.50-7.10＝5.40米。
同时，根据附图5中所示的几何关系，列出有关转向轮转角α的方程式：
根据方程求得转向轮的转角α≈36°。
可以看出，相较于传统的铰接客车，本发明提供的无轨公路列车的转弯通道宽度有所减小，有效节约了道路资源。
同时，在公路列车转弯时，前、后车厢之间还存在一个水平转角β，即在列车转弯时，后车厢的中心线要绕铰接点相对于前车厢的中心线转过一个角度β，本发明提供的无轨公路列车的所有中间车车厢的结构均相同且所有车桥到铰盘中心的距离均相同，因此各个连接处的水平转角均相等。计算出该水平转角即可求出连接处伸缩软篷的长度和对铰盘的要求。
根据附图5中所示的几何关系，可以列出有关水平转角β的方程式：
根据方程求得水平转角β≈40°。
列车转弯时，连接处出现水平转角，因此连接处所覆盖的伸缩软篷不可避免地发生变形，一侧压缩变短，一侧拉伸增长，为了保证软篷的变形在合理的范围内，不会被压坏或者拉坏，且保证相邻的车厢不能发生干涉，规定在转弯过程中伸缩软篷受压一侧最短为0.20米。根据连接处的几何关系以及水平转角β的值可以计算出伸缩软篷的最小长度为1.12米，从而得出，本发明提供的无轨公路列车的头车车厢长度为4.44米，中间车车厢的长度为4.88米，头车车厢前围到相邻铰盘中心的距离为5.00米，相邻两个铰盘中心的距离为6.00米，整车长度为(22+12n)米，其中n为中间车对组的数目。
上述计算结果是在公路列车极限转弯即调头的情况下得到的，此时取车辆通道圆的外圆半径r为12.5米，而本发明提供的无轨公路列车可以双向行驶，无需调头，因此只需要在正常的城市道路上完成转弯即可，而正常的城市道路弯道，其转弯半径可达到国家标准的二倍，因此，在实际的运行过程中，公路列车转弯时，其连接处的水平转角会有所降低,连接处所覆盖的伸缩软篷的长度也会随之缩短,从而使车厢的长度增长,车内空间增大。
计算本发明提供的无轨公路列车实际在城市道路上转弯时的转弯通道宽度，取转弯通道圆外圆半径rˊ＝20.00米，根据图6中所示的几何关系，按照上述计算方法，可得到转弯通道圆内圆半径rˊ＝15.83米，转弯通道宽度aˊ＝4.17米，转向轮转角αˊ≈19°，水平转角βˊ≈20°，伸缩软篷的最小长度为0.64米，头车车厢的长度增长为4.68米，中间车车厢的长度增长为5.36米，既增大了车内空间，又降低了伸缩软篷的制作成本。
本发明所述的公路列车可以通过头车车厢转向桥处的正向锁止机构和头车车厢与中间车车厢连接处的正向锁止机构的相互配合工作实现列车的双向行驶，在列车换向时，头车车厢的位置无需变动，列车整体结构亦无需变动，只需要同时解除或锁紧相应位置处的正向锁止机构即可，换向简便，无需调头，成功规避了现有公路列车结构换向困难的问题，运行效率大大提高。
本发明所述的公路列车结构，所有中间车车厢的结构均相同，且所有车桥到相邻铰盘中心的距离均相同，因此各个车厢具有相同的转弯行驶轨迹，转弯时驾驶员只需要驾驶端车对组通过弯道，其余车厢便可按照端车对组的转弯行驶轨迹依次顺利通过弯道，因此，驾驶员只需要具备驾驶端车对组的能力即可驾驶整部列车，极大地提高了公路列车的易驾驶性。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。