老司机丨被动安全，让轨道交通出行更安心

老司机

 

在吹IP的作者团队中，有这样一群小伙伴，他们爱汽车、懂高铁，时刻关注技术动态发展，热衷探究技术创新和知识产权的关系，他们是IP圈里专注交通领域的老司机。

在吹IP，他们将会与大家分享交通领域的黑科技，说说地上跑的、天上飞的，新能源汽车、高铁、智能驾驶……他们有数不尽的话题想和大家聊，还会用他们的专长来剖析时下热点问题。

近年来，随着轨道交通运输事业的快速发展及列车运行速度的不断提高，轨道车辆的耐撞性问题已引起国内外轨道车辆研发部门的高度重视。虽然轨道车辆发生意外碰撞事故的概率较小，但由于轨道车辆一般都是成列运行，而高速运行的列车具有较大的初动能，一旦发生碰撞事故且在瞬间无法将巨大的碰撞能量耗散掉，则将会造成严重的人身伤亡和财产损失。因此，从被动安全防护的角度出发研究如何提高轨道车辆的耐撞性，尽可能保护司乘人员的安全及车体结构的完整已成为当今轨道车辆研发的热点问题。

被动安全的主要构成

轨道列车中，与被动安全相关的装置有车钩缓冲装置、防爬吸能装置、车体结构、司机室内装布置等，其中对于吸能缓冲起到直接作用的是防爬吸能装置和车钩缓冲装置；防爬吸能装置是安装在车体端部的一种碰撞安全装置，起到吸能和防止列车攀爬的作用，其能量吸收的稳定性及防止列车爬车的能力直接影响列车的被动安全性能。车钩缓冲装置是车辆最基本也是重要的部件之一，它用来连接列车中各车辆，使车辆间保持一定的距离，并传递和缓和车辆间在运行或调车作业时所产生的纵向力和冲击力。

被动安全主要装置的作用原理

碰撞过程中，司乘人员伤亡的原因主要由两方面造成，一方面由于碰撞过程太强烈，初始碰撞力过大，以致传递到人体身上的加速度值超过了人体的忍受极限而受到损伤；另一方面由于车体主体结构变形太大，司乘人员因缺乏生存空间而伤亡。因此，当列车发生碰撞时，被动安全防护装置应具备以下功能：一方面，在碰撞载荷作用下，其吸能装置能发生稳定有序的塑性变形吸收碰撞动能，同时能产生一定的压溃行程，延长碰撞持续时间，降低碰撞减速度；另一方面，在外载荷及初速度的作用下，两车防爬器组件前端的防爬齿能互相啮合阻止车辆之间互相攀爬。从而有效的保证司乘人员生存空间的完整性和降低传递至人体的加速度值，保护司乘人员的安全。现今的列车在设计时，还会考虑通过车体结构的变形来吸收碰撞能量。

安装被动安全防护装置的动车组列车可通过多级吸能装置吸收碰撞能量，其吸能过程主要分为以下几个阶段：

图 缓冲位移-碰撞力示意图

吸能过程

①车钩缓冲装置吸能

列车碰撞时，首先头车前端车钩的气液缓冲器和压溃管开始先后动作，车钩主体开始吸收碰撞能量，当车钩压溃管动作完毕之后，车钩主体吸能结束。

②剪切装置吸能

当碰撞载荷较大，车钩主体完成设定的吸能任务后，使得连接车钩与车钩安装板的剪切装置破坏吸收碰撞能量。

③防爬装置吸能

剪切装置破坏后，车钩主体整体后退，碰撞列车前端防爬器前面的防爬齿啮合，防爬器中吸能元件开始动作，吸收碰撞能量。

④主吸能器组件吸能

防爬器组件吸能结束后，车钩安装板开始压缩主吸能器组件吸收碰撞能量。

⑤车体结构吸能

前述过程完成后，车体结构开始压缩吸能，至此吸能结束。

被动安全的专利情况

通过对被动安全相关专利做简单的检索分析后，我们发现，在该技术领域中，车钩缓冲装置和防爬吸能装置是布局专利最为集中的技术方向，这与两个技术方向是被动安全的关键影响因素不无关系。

图 被动安全专利技术构成

各轨道交通制造企业均在防爬吸能装置方面布局了专利。防爬吸能的各技术方向中，吸能导向部件的改进是各轨道交通制造企业最为关注的技术方向，这也是发挥缓冲吸能作用最为关键的技术点。

如西门子布局的专利CN101124113B（具有导向装置的可变形元件），一个用于车辆特别是轨道车辆的可变形元件，其包括置于两端板(AC，AP)之间的一成型件部分(CR)，并具有一个管状箱盒特别是具有一多边形横截面的管状箱盒，其可在发生纵向压缩时通过塑性变形消散冲击能量，并包括一个设置成与该成型件部分(CR)的纵向平行的导向元件(FH)，此导向元件固定于远离车辆的端板(AC)上并可通过面向车辆的端板(AP)内的一贯通开口(DL)滑动，其中面向车辆的端板(AP)内的一贯通开口(DL)的形状许可该导向元件(FH)沿纵向不接触地滑动以及该导向元件相对于纵向的横向倾斜。该吸能元件在偏心碰撞情况下，可确保其轴向压缩。

再如庞巴迪布局的专利EP1746007B2（车辆冲击能量吸收装置）,该装置具有沿纵轴(2.1)行进的能量吸收元件(2)。引导元件(4)朝向吸收元件的安装端(2.3)移动。引导元件(4)通过穿过相应的凹槽(2.9)与加强板(2.6)接合。接触元件(3)被安装到能量吸收元件(2)的接触端（2.2）。引导装置(4)在撞击过程中能够配合能量吸收元件(2)，保证该装置的正确引导和弯矩平衡，从而防止整个变形过程中的该装置的整体变形。

车钩缓冲装置方面，也有不少的专利布局。如川崎重工布局的专利JP2005225408A（低噪声的连接装置），支撑架(5)跨过耦合装置延伸并固定在底架(4)的两端。支撑橡胶缓冲器的框架(11)通过金属和橡胶板交替设置的分离式橡胶结构(6)支撑在支撑架上。叠层橡胶结构直接位于上侧板(21)和支撑架之间。该装置车钩的连接部分降噪。

作为对列车乘客安全有直接影响的技术，被动安全越来越受到各方的重视，相信随着被动安全相关技术的不断创新，人们的出行安全也将越来越有所保障。

图片来源丨网络（侵删）

作者简介：王雨，集慧智佳交通事业部咨询师。

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