向韵巧

摘 要：针对BRT公交车进站停车制动引起的能源浪费、环境污染、制动系统零部件寿命短以及运行效率低等问题，提出一种免停车上下客快速公交系统。基于TRIZ理论对现有公交进站停车上下客存在的物理矛盾进行分析，利用空间分离方法，设计新型公交车和站台，为无人驾驶快速公交系统的实现奠定了基础，具有良好的应用前景。

关键词：免停车；快速公交；TRIZ；物理矛盾

中图分类号：TP271+.4 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.070

成都二环高架路上设立专用通道，开行了K1与K2两条BRT（Bus Rapid Transit）快速公交线路，配备共近150台大容量公交车，设计时速80 km。全线站点数量共计28对，平均站距1 046 m，高峰时段间隔1.5 min发车，平峰间隔3 min发车，低峰间隔4～6 min发车，完成一车乘客上下约需20 s，全程约1 h。虽然成都二环高架BRT系统有效弥补了常规公交准点率低和路权等问题，但是通过调查发现，仍然存在公交车进站制动停车引起能源浪费、运行效率低、管理成本高等问题。因此，设计一种免停车上下客公交系统具有重要的现实意义。

1 基于TRIZ理论的矛盾分析

TRIZ（Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch）是俄文中发明问题解决理论的词头，它是由前苏联发明家根里奇·阿奇舒勒（Genrikh Altshuller）及其带领的研究团队通过对数百万份专利文献加以搜集、研究、整理、归纳、提炼和重组而创建的一整套体系化的、具有广泛通用性和可操作性的发明问题解决理论體系，主要包括了解决相应技术问题和实现创新开发的各种方法、工具以及算法。TRIZ理论认为，技术创新的过程实质上是就是解决创新过程遇到的矛盾问题。

TRIZ理论的问题模型有技术矛盾和物理矛盾两种，本文采用物理矛盾模型来分析问题。一方面，公交车要满足顺利上下客，进站时就需要停车，并且要让乘客能安全地上车与下车，就需要公交车进站停车的时间越长越好；而另一方面，公交车进站停车的时间越长，能源和时间的无效损耗就越多，即为了降低能源和时间的无效损耗，就需要公交车进站停车的时间越短越好。因此，关于公交车进站停车就出现了“时间”这一参数的明显对立，即“停车时间既要长又要短”。这就是TRIZ理论的物理矛盾。

2 方案设计

为了解决物理矛盾，TRIZ理论提出可以采用时间分离、空间分离、条件分离和系统级别上的分离等分离方法。本方案采用空间分离方法，在空间上将相互矛盾的需求分离开，即考虑将传统的公交车从空间上分割为多个部分，某些部分满足“停车时间长”，其他部分满足“停车时间短”。按照这一思路，将传统公交车分割为乘客车、上客中转车和下客中转车三部分，系统结构如图1所示。站台主要由站台扶梯、中转站台、中转车铁轨及中转车供电系统等组成，其结构如图2所示。

图1 免停车上下客系统结构图

图2 站台结构图

免停车上下客系统工作流程如下：

第一步，当BRT公交车进站前（图1中T1时刻），需要上车的乘客通过站台刷卡预先进入上客中转车，车门自动关闭，等候开车。此时，上客中转车位于图1中位置D.与此同时，需要下车的乘客通过车内楼梯或电梯预先进入下客中转车，准备下车。

第二步，当BRT公交车进站时（图1中T2时刻），安装在中转车铁轨进站口方向的到位传感器检测到下客中转车准确进入中转铁轨时，分离装置启动（图1中位置B），下客中转车与乘客车自动分离，乘客车继续没行车道前进，下客中转车通过铁轨供电沿铁轨减速前行；与此同时，上客中转车启动，开始加速前行。

当传感器检测到下客中转车减速运行到图1中位置C时，系统自动控制下客中转车停车，开启车门下车。此时，下客中转车替代上客中转车，供下一批乘客上车中转用，因此站台铁轨上始终只需要一辆中转车。

第三步，当下客中转车停车时（图1中T3时刻），上客中转车已加速到和底层乘客车同步速度，并在图1中F位置与底层乘客车通过锁紧装置固定为一体，上下两层车在底层乘客车的驱动下沿着行车道自动行驶，直到下一站，又重复第一步骤。

通过以上设计，满足了公交车进站不用停车就能顺利进行乘客上下的需求。

3 工作原理

要可靠实现免停车上下客的功能，中转车与乘客车分离和组合时的车速设计至关重要。人处于变速运动状态时，身体会受到速度的影响。如果加速度值超过上限，会造成人们皮肉青肿、骨折、器官破裂、脑震荡等损伤。人在座位上能耐受的加速度极限如表1所示。

为了让乘客在上下时感到舒适，取表2中公共交通车辆正常加速和减速时乘客受到的加速度下限值0.1g，即0.98 m/s2，延续时间取5 s。

人乘坐不同交通工具时受到的加速度值和延续时间见表2.

设进站时车速为v1，下客中转车从进站到停下来的时间t≤5 s，则v1≤0.98×5=4.9 m/s=17.64 km/h。

此时，下客中转车减速行驶的距离为：

（1）

双层公交车一般长为10.5 m，也能满足下客中转车的停放长度。

上客中转车在下客中转车进站分离瞬间即从静止状态启动加速前行，加速度同样取0.98 m/s2，加速时间取5 s，则上客中转车5 s内加速前行了12.25 m。进站后，下层乘客车始终保持4.9 m/s的进站速度前行，在5 s内行驶了24.5 m，正好与上客中转车速度同步，保证同步组合前行。根据上述计算，理论上站台的长度只需要24.5 m即可，所需站台短。因此，在满足乘客舒适度和站台长度限制的同时，系统设计方案可行。

4 结论

为避免乘客在上下中转车中受加速度影响而感到不适，同时考虑系统运行的效率以及可靠性、安全性等因素，经过理论计算，汽车进站速度约17 km/h，中转车与乘客车完成分离与组合时间共计10 s，节约时间50%，站台长度不足30 m。如果汽车驶出站台的平均车速为50 km/h，一辆免停车无人驾驶公交车跑完二环路一圈总共只需37.6 min，节约总时间近40%，平均时速可由现有的25 km/h提高到约45 km/h（目前全程28.3 km，28个站台，每站台上下客时间约20 s，全程约1 h，平均时速25 km/h），具有重要的应用价值和现实意义。

参考文献

[1]张俊智，陆欣，张鹏君，等.混合动力城市客车制动能量回收系统道路试验[J].机械工程学报，2009，45（2）.

[2]詹迅.轻度混合动力汽车再生制动系统建模与仿真[D].重庆：重庆大学，2005.

[3]付敏，李锐，范德林.基于TRIZ的产品设计集成创新方法研究综述[J].中国工程机械学报，2013，11（2）.

[4]〔韩〕金昊宗.实用TRIZ研究与实践[M].北京：中国科学技术出版社，2014.

[5]Harris C M，Crede C E，Trent H M.Shock and Vibration Handbook.New York：McGraw-Hill，1976.

〔编辑：刘晓芳〕