CN108394419A - 单人兼容轨道交通系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单人兼容轨道交通系统，其特征是；由超轻型轨道、无引擎单人卧车、加速器、无轨岔道、立体交叉平台以及分散式车库等六项主要技术措施组成整体交通运载系统或网络，以消除城市现行交通方式普遍存在的拥挤阻塞、能耗偏高、污染严重、事故频发、空间浪费、乘用不便等弊端。其技术逻辑是：以车体车体轻小化为前提，使得轨道轻小化、无轨岔道和立体交叉平台的应用成为可能；从而使得车体转向、换轨以及轨道网络敷设都简便易行，而且空间占用和成本投入显著节约；由此，以相对低廉节约的成本使轨道系统延伸扩展的能力，也即运载服务的空间和时间覆盖能力和便捷性，也即人流物流的质量和效能都得到显著提高。

Description

单人兼容轨道交通系统

一、技术领域

本发明属于道路交通领域，是使特定车辆可以在有轨、无轨两种道路上行驶的新型交通方式，是关于车辆和道路的构造及运行方式改进的整体性技术方案。本方案通 过相关设施的单人化、超轻化、无引擎化、以外部输入能量驱使车辆行驶等措施来实 现这一新的交通方式，达到安全、高效、节能、环保、通畅的目标。

二、背景技术

现行的道路交通中，相对机动灵活的汽车，由于其拥堵、污染和事故频发等弊端而急需改进或替代；电气化的公共轨道交通系统，无论地铁、轻轨还是普通铁路，拥 有许多优于汽车的特点，如平稳、快速、安全、通畅、无尾气污染等。但是，由于后 者基本都由大型的、相对笨重的机车、车厢和轨道等设施组成，系统型制构造巨大、 道路空间占用大、自重与载重比值大、能源消耗大、行驶方向和速度调控不灵活，极 大地限制了其服务时间和空间的覆盖，而且客流低谷时空载浪费较大。

本发明通过一系列关键环节的“轻小化”技术措施和有轨-无轨两用车轮的设计，使其轨道可以与无轨道路衔接连通，使轨道车辆兼具无轨道路的行驶能力，从而提高 了轨道敷设和车辆行驶的灵活性和普及性，既发扬了现有轨道交通设施的优点又克服 了它们因型制庞大而存在的弊端，使之可能在更大程度上替代汽车的功能地位。

三、发明内容

本发明是由互相匹配的超轻型轨道(下称轨道)、单人卧车(下称卧车)、加速器、无轨岔道(下称岔道)、立体交叉平台(下称平台)和分散式车库等六个结构功能单 元组合而成的整体系统，具体内容分述如下。

(一)轨道，以满足单人卧车【图1中1】的行驶为目标而极尽轻小化。其技术 措施是：

1，轨道的外观类似两条平面竖立而平行伸展的带钢，其横截面近似于字母A 形【见图1中3】而偏于瘦高，A形顶部外缘呈半径0.5-1.5厘米左右的圆弧形，与卧 车车轮的有轨轮缘【见图1中2】的槽型表面互相吻合；

2，轨道高度为5-15厘米，间距为40-80厘米，固定于路基上；

3，轨道也可以固定在管道中，此管道可以根据需要敷设在地面、地下、水中和 空中；

4，通过灵活设置轨道的上下坡路段分布，可以调整车辆在不同路段的行驶速度。

(二)卧车【见图2】，通过缩小其横截面，最大限度地减少车辆运行所需空间， 同时降低车体重量，减轻道路负荷。其技术措施是：

1，车舱为适合单人半卧位姿态乘坐的流线型容器，对称安装两对可以进行轨道和无轨道两种方式行驶的车轮，轮缘半径应在20-35厘米范围；

2，接触轨道的沟槽状有轨轮缘【见图2中2】，其横截面呈V形凹陷，凹陷的底 部呈半径0.6-1.6厘米的圆弧形；

3，适应无轨道行驶而可嵌装硬质轮胎的无轨轮缘【见图2中4】附着在有轨轮 缘外侧而外径大于后者3-5厘米，确保无轨行驶时后者不会触地；

4，前轮或后轮可与车舱内的辅助动力结构连接，在特定条件下可做人力或助力驱动行驶；

5，在车体外部接近车尾部位，对称安装向两侧伸展的加速臂【见图2中2】，用 以搭接在加速器的推动结构上接受外力(此接受外源动力的结构可因外部动力的技术 选择和输入模式的不同而不同)；

6，在车体接近前端的两侧适当部位，设置可以活动伸屈的转向臂，当车辆转弯 时向侧方伸出，临时搭接在相应的导轨上，通过侧向约束力，使转向过程准确、顺利 完成。

7，按适当比例配备装有随车引擎的轨道车，以便进行管理、维护和特殊服务时 使用。

(三)加速器，是在轨道的适当部位设置的为轨道车提供行驶动力的设备。其技 术措施是：

1，加速器安装在轨道两侧适当部位，在轨道车经过时推动车体前进；

2，其动力的产生、供给和传递可采用任何适用的现有技术形式；

3，加速器在卧车进入时自行启动运转，离开时自行停止；

4，加速器的简易形式之一为仰角适宜的输送链，在轨道两侧对称设置外缘带有钩突结构的输送链，卧车进入加速器工作区域后，加速臂自然搭接在输送链的钩突之 间的凹陷处，并被沿着坡道(有轨或无轨)提升到平台的高处，获得势能，以供滑行 需用；

5，在上坡路段，输送链承载加速臂的上缘适当加大与轨道的距离，使卧车在爬 坡时后轮抬高悬空脱离轨道，仅前轮仍沿轨道行驶，以避免在爬升时车体和人体后倾 所致的不适；

6，加速器是整个系统或网络的主要动力支持，可以根据需要在轨道的不同路段灵活设置。

(四)岔道【见图3】，是为卧车转换轨道和行驶方向提供便利条件而设置的道路 结构。其技术措施是：

1，岔道通过一段平坦路面【见图3中4】，在通往不同方向，结构形态不同的轨 道与轨道、轨道与普通路面之间发挥衔接过渡功能，构成道路分支或网络，轨道在进 入岔道路段时，轨道的高度逐渐降低最终消失，使车轮可以自由转变方向、进入新的 目标道路；

2，岔道的长度因需要而定，在岔道转弯处的侧方或上方适当部位可设置相应的辅助导轨结构，供车辆的转向臂临时搭接，帮助车辆完成顺畅、规则的转向，进入目 标轨道；

3，卧车在岔道上用硬质轮胎作无轨道行驶，岔道可以用非金属材料构筑。

(五)平台【见图4】，是轨道跨越地面道路、轨道间互相交叉跨越、转向衔接以 及人员乘降、卧车停泊和存放所需要的空中结构。其技术特征是：

1，在道路交叉汇合地点或间隔适当距离设置相应规模的平台；

2，跨越道路处设置的平台必须建在4-5米以上的空中，以免妨碍地面交通；

3，平台提供适度宽阔、延伸和层叠的支承平面，以便设置1)卧车爬升的坡道 【见图4中1】和输送链、2)乘客上下平台通道、3)车辆停泊和等候场地【见图4 中4】、4)互相连通组合的岔道【见图4中2】等设施和结构；

4，轨道通过平台的基本规则是：先爬升到平台最高处交叉跨越自左向右通过平台的轨道【见图4中1】，然后下降道平台平面，被自右向左通过平台的轨道从上方 跨越【见图4中3】；

5，每一对通过平台的轨道在爬升到最高处之后都配置一段离轨岔道【见图4中2】，以供卧车通过时选择直行或是换轨转向，随后，该轨道还须配置一段入轨岔道， 以供新进入该轨道的卧车入轨；

7，在干线井字形交叉的干线轨道【见图5中2、图5中3】和街路【见图5中4】所围成的区块【见图5中5】周边，还可以敷设有方环形的辅助轨道【见图5中6】，此方环形轨道可以通过岔道分别连接到平台【见图5中1】和区块内的庭院、建筑物或车库里面去。

(六)车库，在平台周围实施分散式存放，把散在的狭小空间累积成巨大库容量，有利于避免库存的超容和枯竭，因而也免去了调剂调度车辆的麻烦。其技术措施是：

1，在平台的台面上设置适当容量的一级存放场地，以便最快捷的存取；

2，在平台之外，可利用地面道路旁边的适宜公共空间设置二级存放场地；

3，需要时，也可在庭院和室内空间设置三级存放场地；

4，也可以带入家庭或工作地个别存放。

单人兼容轨道交通系统的运行可以产生下列有益效果：

(一)轻型化、单人化的益处。

1，轨道和车辆的轻型化使得轨道架空和埋地敷设以及立体交叉所需空间和建造成本都

显著降低，为形成网络、扩展服务覆盖面提供了有利条件；

2，座舱单人化为乘坐的随时化、无等候和行驶路线的随意化、可选择提供前提 条件，有效地减少了大车厢公交车辆因行驶路线固定、候车时间长和乘员不足时相对 空驶而导致的运力资源、道路资源和乘客个人资源的浪费，同时，也解决了公用车厢 内空气交叉污染的问题；

3，架空和埋地敷设可节省大量地面资源，减少道路拥堵和碰撞事故，减少噪音 和扬尘。

(二)、无引擎的益处。

1，车辆行驶速度规范，易于管理操控，可以为实现无人驾驶的联网运行提供基 础条件；

2，降低车体重量，减少无用功和相应的能量浪费；

3，节省车辆制造和维修费用；

4，乘车全部过程可以自助完成，无须专业司机值班，原则上可以全天无间歇运 行服务。

(三)轨道网络化(普及轨道交通)的益处。

1，在轨道网络中，对于任何非单一直行的行驶路线都可以在不浪费行驶里程的前提下存在两个以上的可选行驶方案，便于回避拥挤、堵塞，顺畅通行；

2，任意两点之间的行程都可以无须换乘、无须绕远地的完成，具有明显的经济、快捷和便利特性；

3，普及轨道建设可以缓解国内钢铁产能过剩的困境，及时、主动、有计划地储 备和利用钢铁资源，具有解决现实困难和获取长远利益的战略意义。

4，可以提高小街路的交通价值，

综合前述，本发明兼具安全、快捷、简便、易行、节能、环保、经济、适用等特 性，它的普及应用和对现有公路铁路的替代，将会颠覆以往的道路观念习惯和状态， 形成“路联网”(即互相充分联通、构成无死角、无阻塞的道路网络)状态。推广新 的道路修筑和使用的模式，会使大量道路重回可持续的土路或土地状态，可以增加植 被、改善生态。

四、附图说明

(一)图1为卧车、车轮和轨道的横断面示意图。图中的数字标记：1为卧车车 舱的横断面；2为车轮横断面的有轨轮缘部位；3为轨道横断面的顶部；4为车轮横 断面的有轨轮缘部位。

(二)图2为单人卧车的侧面轮廓示意图。图中的数字标记：1为卧车的前轮；2 为卧车车舱；3为加速臂所在部位。

(三)图3为无轨岔道的平面和断面示意图。图中的数字标记：1为驶入岔道的 直行轨道；2为通过岔道左转驶离岔道的轨道；3为通过岔道右转驶离岔道的轨道；4 为无轨岔道路面的中心；5为直行通过岔道后驶离岔道的轨道；6为无轨岔道断面示 意图，其中两段粗黑线段为轨道与岔道融合的过渡路段，两段粗黑线段之间的细线是 岔道的无轨路面，其与轨道融合部路面逐渐降低，表示为粗黑线段下面的细线。

(四)图4为立体交叉平台上轨道、岔道摆布示意图。图中数字标记：1为由东 向西驶上平台的轨道，其下是由南向北交叉驶离平台的轨道；2为驶上平台后后可供 选择行驶方向的岔道；3为由东向西驶离平台的轨道，其上是由北向南驶上平台的轨 道；4为平台中心路面；5为平台边缘。其它各方向行驶的轨道，驶上平台的轨道、 岔道和驶离平台的轨道摆布情形和规则与标记1、2、3描述相同。

(五)图5为干线轨道与所环绕区块及区块内辅助轨道平面关系示意图。图中数 字标记：1为区块西北部的立体交叉平台部位；2为以平行线表示的区块北部街路北 侧的西行干线轨道；3为区块北部街路南侧的东行干线轨道；4为区块北部街路；5 为各向干线轨道所环绕的区块；6为区块内敷设的辅助轨道。图中省略了区块东部街 路和干线轨道，区块西部和南部干线轨道和街路及西南部立体交叉平台均未加标记。

五、具体实施方式

本方案的产品制造和建设安装的实施类同于现有相应技术，无须赘述。兹将能 够体现本方案实施应用所产生的积极效果的主要状态和情形叙述如下。

(一)用于消灭城市道路交通的“死角”

由于构筑体量的轻小，本系统的轨道可以见缝插针地敷设在胡同和小巷的地上空间或 浅表地下，深入到公交线路原来难以到达的地段；在建筑物林立的区域，轨道也可以穿行其间或穿透其中。这样，网格式的道路布局便容易实现。而且，在必要的情况下， 轨道的终端可以延伸到庭院和住宅内，形成通达、顺畅、布局合理的轨道网络。

(二)利用地形特殊的区域

在许多修路不便、成本过高或存在需要架空跨越的地形，如公园、风景区、山地、森林、草原、河道、滩涂、海湾、沙漠的环境条件下，因循常规的修建公路或铁路的 工程方式，由于成本和技术的限制实施难度很大。采取本方案则可以高效率、低成本、 安全快捷地实施、奏效，而对于环境和生态的破坏极小。在江河、湖泊、草原、沙漠 等区域敷设轨道，还有可能适当地就地直接利用水力、风力或太阳能来为加速器提供 动力能源。

(三)平台建设和运转

1，关于轨道立体交叉。平台一般架设于地面道路的交叉路口，同时也是轨道交 叉处，可供互成经纬交织关系的不同轨道依照规则进行立体交叉跨越，实现直行轨道 车的无红灯、无等候通过。在同一个平台上，经、纬两向轨道依照编织技术的经纬交 织规则即民间所谓“马莲垛”的形式来互相穿越。在十字交叉和遵循右侧通行规则的 状态下，每一对轨道都按照先从上方越过在其下方向右侧方向通行的轨道，完成第一 次交叉而驶入平台；之后，再从下方穿过在其上方向左侧方向通行的轨道，完成第二 次交叉而驶离平台。遵循这一规则，相应地形成每一对轨道进出平台的入口和出口。 入口处轨道为上坡道，出口处轨道为下坡道。

2，关于车辆的转向或换轨也是在平台上借助立体交叉的结构得以实现的。车转向的一般规则是：a，转弯车辆进入平台到达最高位置后即进入道岔并在此处进行选 择：直行，或是左转下滑，进入平台中心区域外缘的环形轨道，并沿着该轨道逆时针 向前行驶。b，行驶到要进入的目标轨道的左侧经道岔转入与目标轨道平行的预备轨 道，在此待机再经道岔进入目标轨道完成转换轨道和方向的过程。c，完成转换轨道 和方向的先后顺序是：首先，选择沿环形轨道逆时针行驶90度后可以完成左转换轨 动作；其次，沿环形轨道逆时针行驶180度后可以完成调头后转的换轨动作；再次， 沿环形轨道逆时针行驶270度后可以完成左转换轨动作；最后，沿环形轨道逆时针行 驶360度后进入原来的轨道继续行驶。d，环形轨道所围绕的平台中心区域是空闲车辆 停泊和人员进出车舱的场地，该场地可以敷设有相应的轨道并通过道岔衔接环形道， 也可以不敷设轨道。e，环形轨道每相隔90度分别设置有与各向轨道交接供转轨车辆 驶离原来轨道的岔道和与各向预备轨道交接供转轨车辆驶入目标轨道的岔道，前者及 其衔接的轨道所在的平面高于后者及其衔接的轨道所在的平面，两种也形成立体交叉 的关系。

3，平台设置上下阶梯通道供乘客使用，也可以在主干线之外增加设置与干线环绕区块内的附加支线轨道或道路相衔接的供车辆上下平台使用的输送链和轨道，它们 的互相衔接也通过无轨岔道来实现。

(四)行驶速度的调节。

行驶速度的不随意性或固定性是保证本系统有秩序和高效安全运行的基本条件。根据不同路段的需要，可以通过加速器的功率、效率和轨道的坡度来预设车辆在不同 路段和位置的行驶速度。在正常情况下，主干轨道线路上任何通行的车辆都必然地以 相同的速度先后通过同一路段和位置，这样，由于前后鱼贯而行的车辆之间没有明显 的速度(向量)差异，前后车辆追尾碰撞、阻碍行驶的事件很难发生，系统运行秩序 稳定，既安全又快捷。

(五)车辆的存放和取用。

1，由于车辆的购置和存放成本几乎是人人承受得起的，经常规律出行者可以自备轨道车，自行存放、使用，实现随时随意入轨行驶；

2，在平台的中心区的一级存放场地和平台附近的二级存放场地机动可以存放适当数量的共用车辆，供随机取用和存放；

3，采用互联网、GPS定位和乘车IC卡等管理方法控制车辆使用的时间、里程、 费用等事项。

Claims (10)

1.一种单人兼容轨道交通系统，本系统利用轨道交通方式的快速、安全、平稳、有序、通畅、节能的优越性来运送人员和适宜的物品，却同时具有现行轨道运输系统所缺乏的轻小灵便的性能。

其特征在于：由超轻轨道、单人卧车、加速器、无轨岔道、立体交叉平台和分散式车库等六项结构功能单元有机组合，构成可以兼容有轨和无轨两种行驶方式的整体运载系统。

2.根据权利要求1所述的单人兼容轨道交通系统，其特征是：轨道的横截面呈瘦高A形，高度为5-15厘米，A形的顶部为半径0.5-1.5厘米的圆弧形。

3.按照权利要求1所述的单人兼容轨道交通系统，其特征是：A形轨道为双轨，两轨的间距为50-80厘米，轨道的基础结构可以根据需要扩展为封闭或半封闭的管道，并且可以敷设在空中、水上、水下、地表或地下。

4.根据权利要求1所述的单人兼容轨道交通系统，其特征是：单人卧车车舱为类梭形容器，其横截面半径控制在30-40厘米之间，车体长度控制在2米以下，自重控制在70公斤以下；轨道车的车轮半径为20-30厘米；车轮的有轨行驶轮缘横截面为V形凹陷，凹陷的底部为半径0.6-1.6厘米的圆弧形；车轮同时具有无轨行驶的轮缘，该轮缘位于有轨轮缘外侧，其半径大于有轨轮缘3-5厘米并且也具有与有轨轮缘类似的V形横截面，只是其V形凹槽内可以嵌入供普通道路行驶用的轮胎。

5.根据权利要求1所述的单人兼容轨道交通系统，其特征是：在车体外部相当于重心和车尾中间部位，对称安装向两侧伸展的加速臂，用以搭接在加速器的推动结构上接受外力。

6.根据权利要求1所述的单人兼容轨道交通系统，其特征是：加速器为在轨道两侧对称设置的、仰角适宜的、外缘带有钩突结构的输送链，此输送链钩突之间的凹陷可供卧车加速臂自然搭接，以便将卧车提升到道坡道的高端；加速器在卧车进入时自行启动运转，离开时自行停止。

7.根据权利要求1所述的单人兼容轨道交通系统，其特征是：岔道通过一段平坦路面将不同路段的轨道、或轨道与普通道路衔接起来，构成道路分枝或网络；轨道在进入岔道路段时，轨道的结构逐步融合消失在岔道的平面上，以便车轮进入岔道和转入新的目标道路。

8.根据权利要求1所述的单人兼容轨道交通系统，其特征是：在轨道通过地面道路交叉口处或其它需要的位置，在高于下方路面5米以上的空中设置立体交叉平台；平台提供适度宽阔、延伸和层叠的支承平面，以便设置1)卧车爬升的坡道和输送链、2)乘客上下平台通道、3)轨道互相交叉跨越的空间结构、4)车辆停泊和等候场地、5)互相连通组合的岔道等设施和结构。

9.根据权利要求1所述的单人兼容轨道交通系统，其特征是：轨道通过平台的基本规则是，先爬升到平台最高处交叉跨越自左向右通过平台的轨道，然后下降，到平台次高平面，被自右向左通过平台的轨道从上方跨越；每一对通过平台的轨道在爬升到最高处之后都配置一段离轨岔道，以供卧车通过时选择直行或是换轨转向；随后，该轨道还须配置一段入轨岔道，以供新进入该轨道的卧车入轨；卧车通行的基本规则是，直行者无须等候、随到随过，新入轨者须先在岔道上等待时机、乘隙而入。

10.根据权利要求1所述的单人兼容轨道交通系统，其特征是：除纵横交叉的干线轨道外，在干线井字形交叉所围成的区块周边还可以敷设环绕该区块的辅助轨道，此辅助轨道可以通过岔道分别连接到平台和区块内的庭院、建筑物或车库里面去，实现本交通系统的最大延伸。