一种双向行驶特种专用车底盘

三江瓦力特特种车辆有限公司专用车研究所 周昌盛 张继杰 周光新 刘文兵

随着国民经济水平的提高，我国公路、铁路隧道长度在不断增加。据统计，截止到2009 年底，我国公路隧道总数已达1 782座，总长度704公里，而2012年底我国隧道总长度比2009年至少增长5%，成为世界上公路隧道最多的国家。同时，我国的城市轨道交通也发展迅速，地铁、轻轨项目越来越多。城市隧道由于其不可替代的优越性，正逐步被重视。

隧道的结构比较特殊，它是一个相对封闭的管状三维空间，建筑结构复杂、环境密闭，再加上通风条件差，一旦发生火灾，可燃物产生的浓烟将从起火部位以一定的速度沿隧道迅速扩散，并呈现聚集不散的状态，造成隧道内的烟雾及有毒气体浓度增高，对人员的生命造成极大的威胁，尤其是在隧道的中部发生火灾，问题更为突出。

即使在隧道内发生一般的交通事故而不是火灾，消防车也会由于现场混乱、车多人多、道路狭窄等原因无法实现自由转向，车辆的机动性受到了极大限制，给消防和救援工作带来较大的困难。

隧道安全问题正逐步引起人们的高度重视，与之相适应的双向行驶路轨两用隧道救援底盘或将成为今后的发展方向。

技术来源

2008年《亚洲消防》曾报道，法国勃朗峰（Mom-Blanc）隧道引进了Man公司专门为其设计的首尾各有一个驾驶室的“双头”消防车。由于该车有两个车头，故将其命名为Janus（Janus为罗马神话中长有两个头的门神）。3辆Janus消防车将分别安置在42 km长隧道的入口、中段和出口位置，以保证消防队员在3分钟内赶到事故现场。这种汽车在行驶过程中由于无须倒车，令救火效率大为提高。

2010年3月东方早报报道：“双头消防车”是一辆头尾都拥有驾驶室的特种车辆，不用倒车便可在狭窄空间内快速往返，可针对上海特色的弄堂、隧道火灾进行扑救。该车型消防车在世界上只有4辆，临沂消防中队配备的是亚洲第一辆高配置消防用双头车（见图1），是专为世博会配备，造价2 000多万元。

技术分析

双向行驶特种专用车底盘的关键技术有四点：一是双向行驶动力传递及换向技术；二是双向行驶转向互锁技术；三是双向驾驶各操控机构一键切换技术；四是独立的制动互锁技术。

而双向行驶消防车其核心之一就是搭载了功能强大的双向行驶底盘，在拥挤的城市高楼间、狭长的隧道等普通消防车不易转向的地方，该车能发挥重要作用。

1 动力传递及换向技术

双向行驶动力传递及换向技术是以满足双向行驶的隧道消防车需求为背景和研究载体，以实现底盘双向行驶功能为目标，以单动力源系统匹配和动力双向传递技术为研究对象，为采用单动力源系统实现底盘双向行驶功能提供动力保证。

2 转向互锁技术

针对双向驾驶特殊需要，转向互锁技术是研究双向驾驶室操作CAN总线控制技术，以双向行驶功能、性能的协调统一为目的，确保双驾驶室操控系统快速切换和控制，使各方向驾驶的启动、加速、换挡、转向、制动等操控实现互锁，以保证主、副驾驶操控相互独立，避免相互干扰，确保底盘运行安全。

3 操控机构一键切换技术

针对双向驾驶操作功能切换时，采用液压电控技术，对双向驾驶独立转向机械系统互锁控制技术进行研究，使车辆无论朝哪个方向行驶，始终保持行驶方向的前轮转向，而相对行驶方向的后轮保持锁止状态。转向互锁控制切换与其它操控切换实现同步。

该项技术关键就是在系统中合理设计前后转向桥互锁机构和双向驾驶一键切换控制机构。

4 独立的制动互锁技术

安全是车辆最基本的保障，本文介绍的双向行驶车辆更需要以安全为基础。该双向行驶车辆完全打破了对传统气制动车辆模式的理解，运用一键切换技术，及电、气一体化技术，最终实现了双向行驶时制动系统的独立互锁。

总体设计

双向行驶特种专用车底盘以WS系列专用车底盘为基础，采用两轴布置，驱动形式为4×2，车架采用梯形车架（边梁式），由两根开口朝内的槽形纵梁及槽形横梁螺接而成，轴距按载荷分布及使用要求确定，车桥采用贯通转向桥和整体式转向驱动桥，悬挂系统采用钢板弹簧悬挂，转向系统、传动系统、制动系统进行相应匹配设计。图2是三江瓦力特特种车辆有限公司为四川森田消防装备制造有限公司开发的WS5190T双向行驶特种专用车底盘工程布置图，图3是该底盘实物图样。

1 动力系统

WS5190T双向行驶特种专用车底盘搭载东风康明斯ISL375 40高速四冲程直列6缸涡轮增压中冷水冷柴油机、美国双环TWINDISC 15.7T40432液力机械变速器，4个前进挡和4个倒挡速比完全一样，为实现双向行驶提供了动力基础，可以完成动力传动和改变动力方向两个功能，实现车辆车头车尾两个方向均可行车和倒车的功能，即双向正常行驶功能。

该底盘最高车速可达75 km/h，选用的重庆大江驱动桥，正向和反向行驶无任何限制，为双向行驶特种专用车底盘实现双向行驶功能提供了强有力的保障。

2 转向系统

双向行驶特种专用车底盘前后采用独立的机械转向系统，通过电液控制实现前后转向互锁，保证车辆行驶安全。

双向行驶特种专用车底盘采用整体液压式动力转向，一、二桥均为转向桥。为实现双向行驶，本底盘前后各设置一套独立的转向操纵机构，转向系统由转向传动机构和转向助力互锁机构组成。

转向机构由转向盘、转向传动装置、转向器、转向梯形机构等组成。转向助力互锁机构主要包括转向泵、转向油罐、油管、液压缸、蓄能器和控制机构等。转向互锁采用电液控制技术实现,正反向切换通过电控电磁换向阀实现。

3 制动系统

与通常的制动系统不同的是，该底盘车具有双向行驶的功能。对于制动系统来说，既要保证两个驾驶室均可以操作，又要保证操作的安全性和可靠性，这就要求两个驾驶室要分别建立独立的双回路气路，使两个控制气路不仅不相互影响，而且两个回路最终只有一个执行气路，即迫使前后双腔气室动作的气路是唯一的。

为了实现这种特殊功能，制动系统采用了电磁换向阀、继动阀、梭阀及其新型组合的集成系统。配置的电磁换向阀实现了控制气路的绝对切换；增加继动阀运用有效地保证了制动性能，实现两个方向行驶时前后车轮制动的同步性；梭阀则将两个驾驶室的控制气路实现交汇，保证最终执行气路的唯一性。图4为制动系统原理图。

4 一键切换控制系统

为了确保双向行驶的安全性，底盘电路增加了转向、制动电磁换向阀，运用CAN总线控制技术达到双向行驶功能、性能的协调统一目的，确保双驾驶室操控系统快速切换和控制，使各方向驾驶启动、加速、换挡、转向、制动等操控实现互锁，保证主、副驾驶操控相互独立，避免相互干扰，确保底盘运行安全。原理见图5。

结语

WS5190T双向行驶特种专用车底盘突破了传统底盘的动力传动结构模式，运用单动力双向传动和控制技术，实现了车辆双向行驶；运用CAN总线控制技术，实现了车辆双向驾驶的快速切换和可靠控制；运用液压电控技术，实现了双向驾驶独立转向机械系统互锁控制，确保了双向安全行驶；运用电控气动技术，实现了双向制动互锁操控。该底盘的开发成功，填补了国内双向行驶特种专用车底盘的空白。

2013年5月北京第十五届国际消防设备技术交流展览会上，四川森田消防装备制造有限公司运用WS5190T双向行驶特种专用车底盘改装的双向行驶消防车华丽亮相，见图6。据悉，WS5190T双向行驶特种专用车底盘共获得4项专利：一种双向行驶特种专用车底盘（201120300836.5）；一种双向行驶动力传动总成（201120379750.6）；一种双向行驶车辆的制动系统（201120300801.1）；双向行驶转向互锁结构（201220096013.X）。

WS5190T双向行驶特种专用车底盘的开发成功，为隧道、巷道等狭长环境下的消防、救援等作业提供了有效的解决方案，其应用前景广阔。

[1] 赵益乔,张秋根,陈子林. 21世纪的绿色交通工具—电动汽车[J].矿山机械,2006,11:54-55.

[2] 刘文兵,张继杰,邹敏等.双向行驶车辆制动系统的设计[J].商用汽车,2012,6:72-73.