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擺式列車(或稱傾斜式列車、擺錘式列車、搖擺式列車、振子式列車;英文譯名:Tilting Train)是一種車體轉彎時可以側向擺動的列車。相較於普通列車,擺式列車通過一般彎道時會以較快速度行駛,可以節省行駛時間[1]

原理

當任何車輛以高速轉彎,車內的物件和乘客都會受到慣性的影響。因為車內的物件以本來慣性直線前進,與車輛轉彎後的前進方向不一致,於是產生了相對的速度變化。在鐵路列車上,引致車廂內的物件和行李傾側滑行,座位上的乘客亦會被壓向一旁,而站着的乘客更可能失去平衡跌倒。

飛機自行車能夠以較高速轉彎,因為它們在轉彎的時候都會向側面傾斜。但汽車鐵路列車的車輪必需着地,本身並不能夠傾斜。為了使到它們可以無需減速高速轉彎,高速公路高速鐵路路軌在彎曲處都被建成向內傾斜的弧形。這樣交通載具及車內乘客所需要的向心力便可以由重力的分量來提供。

對汽車使用的道路來說,這種傾斜非常重要。如果汽車轉彎時的速度過高,輪胎和地面的摩擦力會不足以提供夠大的向心力,導致轉彎曲率不夠大, 而偏離車道。對鐵路來說,重心高的車輛以太過高的速度駛過急彎,亦存在着翻側的可能性。將路軌建成斜的弧形亦是避免這種可能的方法。但是一般來說,當列車還未接近足以翻側的速度和急彎,乘客所感受到的不適已非常嚴重。故此大多數的鐵路設計時所考慮到的,並非避免車輛翻側,而是乘客所感的不適。

弧形路軌所需要的傾斜角是根據預計車輛經過行駛時的速度來決定。如果車速高,傾斜便要較多。部分在1960至1970年代所建成的高速線路卻出現了一個問題,適合高速客運列車行駛的傾斜角度,並不適合普通速度的客車和貨車。法國日本的高速鐵路結果都需要建造專線,儘量減少彎曲的線路。至於其他因為多山,或者沒有空間或金錢投資建設新線路的國家,唯有採用其他方法提高鐵路的運營速度。例如英國,多數的鐵路都是早年車速甚低的時候建造。這些線路現在都變成了建築密集的地區,要重建比較困難。意大利則因為多山,線路必然多彎。這些國家於是投資發展了擺式列車。

擺式列車供乘客乘座的車體在轉彎時可以側向擺動。當車輛向左轉時,車體向左傾擺,讓重力提供足夠的向心力讓車產生向左之加速度。列車可以是靠慣性自行擺動的被動擺式,亦可以是由計算機控制,動力輔助的主動擺式。

早期的車體傾斜裝置可區分為:利用慣性把向心力透過連杆等機械裝置使車體自然傾斜的「自然擺式」(被動擺式)與利用感測器檢測向心力大小再透過電動或油壓等方式強制使車體主動傾斜的「控制形擺式」(主動擺式) ;前者主要是由日本於國鐵時代所研發並加以實用化,而後者主要是由歐洲方面所主導,其中又以意大利所開發的擺式列車最為成功與普及。

在日本,自然擺式的列車開始運營以後,便有許多乘客出現類似暈車或暈的不適應感。經追查後發現其最大原因在於:自然傾斜裝置在使列車傾斜地通過曲線軌道後,恢復正位時會產生如鐘擺效應般的左右來回晃動。在了解原因後,開發者為此增加了抑制來回晃動的機構。之後又為了加強自然擺式列車的性能,增加了利用列車上的ATS檢知系統,預先得知前方彎曲線路的材料;使列車在進入曲線軌道前先緩緩地傾斜車體,並在通過曲線後迅速地恢復正常位的控制形自然擺式。此種傾斜方式於1990年代開始進入實用化,並受到民營化之後的各家JR旅客鐵道公司青睞而紛紛加以採用。

除了上述的車體傾斜控制系統,另外還有一種利用轉向架空氣彈簧氣壓控制列車微幅傾斜的裝置。 相對於傳統的傾斜裝置,這種利用空氣彈簧內的氣體壓力改變而伸縮,使列車能微幅左右傾斜的裝置。此裝置有着低成本與輕量化的好處,故也被稱為簡易型傾斜裝置。不過此種傾斜裝置除了因為空氣彈簧機械特性而使反應較不靈敏外,也因為其頻繁伸縮亦會加速相關組件的耗損速率。在日本,最新型的N700系新幹線也採用了這套簡易系統來提升其過彎的速度[2]

視頻

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意大利高鐵擺式列車,擺起來真拉風

參考文獻

  1. 擺式列車技術是如何出現的,在國際上發展如何 ,皮卡中國, 2016-10-1
  2. N700系列新幹線 ,JR KYUSHU RAILWAY COMPANY