一种空中公交车的车体及其设计方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种空中公交车的车体，还涉及一种空中公交车车体的设计方法，在车体自重尽可能小的同时使车体具有足够的刚度和强度，从而实现安全、平稳、舒适的空中公交车，并且造价远低于地铁、悬挂式空中列车。
[0002]术语“空中公交车”在网络上也称空中巴士、高架公交车、高架巴士、立体快巴、巴铁、陆地空客、超级有轨电车等等。
技术背景
[0003]悬挂式空中列车已经探讨了百年，虽然技术上没有太大障碍，但由于造价高昂、运营成本高、遮挡城市视线等原因，一直都缺乏投资吸引力。于是，发明家们又开始另辟蹊径。
[0004]2010年，美国高架高速巴士集团准备打造在拥堵道路上空行进的巨型立体快巴，但着手实施后，设计师们遇到了一系列无法克服的技术困难，至今还没有公布可商用的技术方案。
[0005]与双层巴士(底层中设有许多支柱)不同，立体快巴的横截面为开口的矩形，其下部通道内要通畅过车，在两侧壁与上顶板之间难于设置横向加强筋(梁)或垂直支柱，因此，其强度、刚度和结构的横向稳定性要比横截面为闭合矩形的地铁车厢、城市轻轨车厢和巴士车厢弱许多。为了达到足够的强度、刚度和结构的横向稳定性，确保其上部乘客以及其周围其他的交通参与者的安全，立体快巴必须采用厚重的金属材料，使得立体快巴的自重会大幅超过目前的公交车自重(10吨左右，大型公交车15吨左右)。
[0006]如果立体快巴像龙门吊车，运行噪音会非常大，乘客的感受是天车司机，乘坐舒适度会比较差，而且轨道基础的造价将高得难以接受，车辆运营就不再节能，车辆制动距离就会过长，在两个红绿灯之间(一般600-800米的距离)可能还没有达到运营速度就必须减速了，从而会使得项目失去竞争力和投资吸引力。
[0007]2015年7月22日，类似的发明专利申请CN104786852A和CN104786853A被公开。
[0008]然而，同样存在一些明显的技术难题:
[0009]I)车轮上方的两侧支架头重脚轻，难以具有足够的刚度，侧墙受到风力作用容易发生车体横向失稳。如果在这样的结构下具有足够的刚度，车体的重量就会很大，如上所述，会使得项目失去竞争力和投资吸引力。
[0010]2)车厢的结构难以具有足够的强度。如果在这样的结构下具有足够的强度，如上所述，同样会使得项目失去竞争力和投资吸引力。
[0011 ] 3)车辆的重心在高空，难以保证车辆的平稳性。
[0012]4)车轮悬挂系统难以保证减振性能，舒适性难以保证，乘客会很不舒服。在这样的结构下，如果使得车辆具有足够的稳定性、舒适性，那么车轮的悬挂系统就只能变软，而这又使得车辆没有足够的安全性。
[0013]5)如果采用钢轮，既不能达到正常运营速度，也难以避免脱轨事故的经常发生。
[0014]6)如果采用橡胶轮，既不能达到正常运营速度，也难保证转弯时的安全性。
[0015]在治理交通拥堵的努力中，如果把发明家的奇思妙想变成现实，至少车体本身必须做到投资效益好、运行平稳舒适、安全可靠。
【发明内容】
[0016]本发明的目的提供一种空中公交车的车体及其设计方法，其在车体自重尽可能小的同时使车体具有足够的刚度和强度;运行安全、平稳、舒适;造价低于地铁、悬挂式空中列车;和/或，动态稳定性好、安全性强、乘客舒适性高。
[0017]为此，根据本发明的一个方面，提供了一种空中公交车的车体，其特征在于，包括至少一个车体构架和车厢，车厢部件是独立于车体构架的部件;该车厢悬挂和/或坐落在所述至少一个车体构架上，车厢部件的重心低于车体构架的吊轴或支座;在车厢与车体构架之间设有垂向、横向、纵向的阻尼器。
[0018]优选地，车体构架横向的两侧设有从下至上内倾的侧柱，该侧柱包括支腿部和车厢保护部;车体构架的顶部包括从外侧至纵向中心线逐渐升高的倾斜梁或弧形拱梁，两段倾斜梁的连接点或弧形拱梁的顶点处设有位于车体纵向中心线的吊轴或支座;在支腿部上部和车厢支撑横梁端部之间，设置加强板或加强杆;在两侧支腿部的顶部之间设有车厢支撑横梁;两段倾斜梁的低端或弧形拱梁的两端点之间设有车体构架顶部横梁;和/或，车体构架的至少一个横截面内被设有用于提高横向稳定性的加强杆。
[0019]优选地，一个车厢同时悬挂和/或坐落两个或多个车体构架上，相邻的车体构架相互通过车钩和柔性铰链联接;和/或，车体的至少一部分采用高强度的复合材料、碳纤维材料、铝合金材料或航空材料制成。
[0020]优选地，车厢顶部横梁的中部设有挂钩，该挂钩挂在吊轴上或坐落在支座上;车厢底部设有贯穿各车厢支撑横梁中点的牵引梁，车钩连接在牵引梁上;车厢底部横梁通过阻尼器坐落在车厢支撑横梁上;车厢侧柱通过阻尼器抵靠在侧柱的车厢保护部上;车厢角部的侧柱通过阻尼器抵靠在车体角部的车厢保护部上;和/或，阻尼器由弹簧和阻尼组成。
[0021]优选地，侧柱的支腿部采用工字钢、槽钢或其组合，和/或，侧柱的支腿部全长补强;或者，侧柱的支腿部为桁架结构。
[0022]优选地，在空中公交车的车体的两侧，设有一系列沿纵向排列的侧柱;纵向最前方和最后方的侧柱从下至上纵向内倾和/或横向内倾;和/或相邻的两根侧柱的支腿部之间，设有用于提高结构纵向稳定性的加强杆，例如相互交叉的加强杆。
[0023]优选地，每根车厢顶部横梁的中部都设有挂钩;每根车体顶部的顶点都设有吊轴或支座;车厢在车体轮廓的内侧或外侧;一个车厢同时悬挂和/或坐落两个或多个车体构架上;和/或，车厢自重偏离牵弓I梁对称地作用在车厢支撑横梁上。
[0024]优选地，支腿部是由工字钢及其两侧的槽钢组成的具有矩形横截面的方柱，该方柱的两侧设有补强板，工字钢、槽钢、补强板的底端部设有方柱及其两侧补强板的端板，补强板的外侧设有轮座板，轮座板的底部设有倒U形的轮轴座。
[0025]根据本发明的另外一个方面，提供了一种空中公交车车体的设计方法，其特征在于，将车体分成一个车厢和至少一个车体构架;使车厢部件成为独立于车体构架的部件;一个车厢悬挂和/或坐落在至少一个车体构架上，车厢部件的重心低于车体构架的吊轴或支座，使得车厢自重的一部分由吊轴承担，另外一部分由车厢支撑横梁承担；吊轴或支座设置在车体构架顶部由两段倾斜梁组成的三角形的顶点或弧形拱梁的顶点，整个车厢的自重分散至车体构架上；在车厢与每个车体构架之间设有垂向、横向、纵向的弹性约束和阻尼约束，相邻的车体构架相互通过车钩和柔性铰链联接。
[0026]优选地，在车厢与车体之间的空隙内填充保温材料，从而便于车厢内设置空调系统;车厢在车体轮廓的内侧或外侧;一个车厢同时悬挂和/或坐落两个或多个车体构架上；和/或，车厢自重偏离牵弓I梁对称地作用在车厢支撑横梁上。
[0027]根据本发明，车厢的重量可均匀地通过车体构架传递至地面，每根梁或柱都不需要特别笨重，因此，可在确保刚度和强度的基础上使得车体重量最小化。
[0028]根据本发明，车厢不再是车体的一个局部，而是车体构架下的独立垂吊箱体，这样，车辆的重心不再是刚性结构的高悬位置，而是变为相对于控制点的低沉位置，为控制车厢的平稳性和舒适性打下了重要基础。
[0029]根据本发明，车厢与车体构架之间设有垂向、横向、纵向的弹性约束和阻尼约束，使得任何来自风力、地面或轨道的激扰都会在传递至车厢之前几乎完全衰减，这样，车辆的平稳性和舒适性得到了保证，运行噪音大幅度减小；另外，任何来自风力、地面或轨道的激扰都不会形成共振，使得车辆的安全性得到了提高。
[0030]根据本发明，一个车厢可以同时配置两个或多个相互串联的车体构架，每个车体构架的纵向长度缩短，两个相邻的车体构架之间允许相对的横向摆动，从而可以减小转弯半径，提高车体的转弯性能，即曲线通过性能。
【附图说明】
[0031]图1是根据本发明的空中公交车车体一个实施例的横向结构示意图。
[0032]图2是如图1所示的空中公交车车体的纵向结构示意图。
[0033]图3是根据本发明的空中公交车车体另外一个实施例的横向结构示意图。
[0034]图4是根据本发明的空中公交车车体的支腿部下部的结构示意图。
[0035]图5是根据本发明的空中公交车车体的进一步实施例的总体结构示意图。
[0036]图6是根据本发明的空中