擺式列車（傾斜式列車，擺錘式列車，搖擺式列車，振子列車）是一種車體轉彎時可以左右傾斜擺動的列車，擺式列車能夠在普通路軌上的彎曲路段高速駛過而無需減速。
基本介紹
- 中文名：擺式列車
- 外文名：Tilt Train
- 別稱：傾斜式列車，振子列車
- 分類：自然擺式，強制擺式
- 構造：塊狀組合
簡介,原理,分類,技術特點,構造,特點,各國發展歷程,歐美,亞洲,世界第一輛,國際套用,國內套用,
簡介
擺式列車（傾斜式列車，擺錘式列車，搖擺式列車，振子列車）是一種車體轉彎時可以左右傾斜擺動的列車，擺式列車能夠在普通路軌上的彎曲路段高速駛過而無需減速。
原理
當任何車輛以高速轉彎，車內的物件和乘客都會受到離心運動的影響。這是因為車內的物件以本來慣性向轉彎路徑切線方向前進，與轉彎中車輛的前進方向不一致，於是需要額外的向心力使其沿軌道行進。在鐵路列車上，這種"向心力"需要車內物體與車底的摩擦力和支持物提供，如果摩擦力不夠就會引致車上的物件和行李傾側滑行，座位上的乘客亦會被壓向一旁，而站著的乘客更可能失去平衡而跌倒。
飛機和腳踏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。但汽車或鐵路列車的車輪必需著地，本身並不能夠傾斜。為了使到它們可以無需減速高速轉彎，高速公路及高速鐵路的路軌在彎曲處都被建成向內傾斜的弧形。這樣車內的乘客需要的向心力便可以由支持力的水平分力提供。
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，向心力過大使輪胎和地面的摩擦力無法提供足夠的向心力而引致汽車打滑。對鐵路來說，鋼軌對輪對沒有摩擦力，靠軌道擋住向外的輪對。過高速度過彎道所需要的向心力在軌道與輪對形成的變形槓桿上超過了阻力，車皮就會翻側。將路軌建成斜的弧形亦是避免這種可能的方法。但是如果速度過低，重力的水平分力遠大於列車需要的向心力，車皮就會向彎道內側翻，這就是為什麼鐵路上的限速不是最大速度而是必須速度的原因。（如標註80即列車行駛速度必須為80左右，不得高於或低於80）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。法國及日本的高速鐵路結果都需要建造專線，儘量減少彎曲的路線。至於其他因為多山，或者沒有空間或金錢投資建設新路線的國家，唯有採用其他方法提高鐵路的營運\速度。例如英國，多數的鐵路都是早年車速甚低的時候建造。這些路線都變成了建築密集的地區，要重建比較困難。義大利則因為多山，路線必然多彎。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，讓重力抵銷向右推的離心力。列車可以是靠慣性自行擺動的被動擺式，亦可以是由電腦控制，動力輔助的主動擺式。
擺式機構只能減少乘客的不舒適，不能減少車輪和軌道的作用力，所以，為了減少車輪和軌道損傷，有的擺式列車採用徑向轉向架以減少通過曲線時的輪軌作用力。
擺式列車原理圖
擺式列車原理圖分類
擺式列車按照車體傾斜方式的不同,可分為自然擺式和強制擺式兩種。
自然擺式又稱為無源擺。車體由滾輪裝置和高位空氣彈簧支承, 當車輛通過曲線時產生離心力, 使車體繞其擺心轉動, 自然地向曲線內側傾斜, 而沒有外加動力。無源擺式車體傾斜角度可達到3°～5°,採用帶控制的無源擺的角度可達3-6度，能提高常規列車曲線運行速度10 %～20 %。
強制擺式又稱為有源擺。就是利用曲線檢測裝置、車載計算機控制裝置和傾擺傳動裝置傾擺, 其傾擺角度最高可達到10°。有源擺式車體能提高常規列車曲線運行速度30 %～35 %。但是採用改變轉向架二次懸掛空氣彈簧充氣高度不同的模式實現的強制擺，最大角度為2度。提速幅度多為10%以內但是造價更低廉。
技術特點
擺式列車可在轉向架高程維持2m/sec2的傾向加速度，並安全行駛與軌道上。如果車身容許傾斜到8度，則乘客所感覺到的傾向加速度只有0.65m/sec2，完全在舒適範圍（0.8到1.2m/sec2）以內。擺式列車在彎道時主動向內傾斜的原理和軌道在彎道時必須設計超高的原理一樣，其目的就是要平衡消除至少一部分因曲線造成的離心加速度。擺式列車可以主動傾斜到8度，抵消大約1.35m/sec2的傾向加速度，減少乘客對傾向加速的感覺。如此的設計可以在不重建或改建軌道及不影響乘客舒適度的情形下，將列車行車速度提升35%。
構造
以最常用的ETR450為例，她是有“塊狀組合”的概念建造。列車的頭尾各具有一個流線型車頭及駕駛室，車廂是用輕合金屬打造，堅固耐用，每節車廂有兩個轉向架及兩組牽引馬達縱向懸掛於車廂底部，使動力均衡分布於整節車廂，平均分配所有重量於車軸（平均每車軸承受13噸）。垂直與水平懸承系統可以減少傾向加速度與車輪與軌道的作用力而增加行車舒適度。車體在彎道的傾斜是由迴轉儀及加速度計控制的.
車身傾斜是由裝在第一節車中的主控制單元處理，由裝在最前方轉向架的迴轉迅號電測轉換器將所獲得彎道的起始與形態，以及由加速度感應器傳來的迅號來決定車身的離心加速度。
主控制單元由上而下控制隨後各輛車中的子系統，隨後各車的子系統再以油壓引動器（每車四台）即時控制各車的傾斜角度。因為高速行車，列車控制的反應時間為0.1秒。但是為了保持乘客的舒適度，車身傾斜是采漸進式。另外，子控制系統也可以依靠應到因車輪磨損或反偏阻尼器的偏差所造成的不穩定性而調整主動側向懸承系統的氣壓裝置。為了安全，所有控制系統及伺服裝置均備用系統。傾斜控制系統對列車中每輛車都可以因路線曲率半徑和每輛的實際車速而做不同角度的傾斜。
擺式列車的轉向架：第三代擺式列車的設計可以減輕火車車軸的負荷（平均每軸14噸）而使得火車的載重平均分配於整節火車。每輛車轉向架的輪距相對較小（2.7米）所以在急彎時減少軌道對車輪受力，使得轉向架受到離心力作用的質量減到最小。雙軸轉向架，加上兩垂直與水平懸承系統均安有反偏駛阻尼器以及一個創意的轉向架安定性量測裝置，以維持最高的安全性。
特點
擺式列車可在極舒適和安全條件下，行駛到每小時250公里。
頂級的旅途舒適度：大幅度削減乘客離心加速度，複雜精密的多向懸乘系統，以及高科技隔音、加壓和空調系統使擺式列車具有環境概念設計的列車有著最高的舒適度。
環境影響最小：擺式列車不但不需要另外新建軌道，對現有的軌道損害也較小。因為沒有額外的施工建設，不僅節省投資，而且擺式列車對環境的影響也最小。
高效能和絕對安全的剎車系統：所有系統都配有電氣、電子以及輔助系統，符合嚴格的國際慣用安全標準。擺式列車有兩種剎車系統：速度在每小時250公里到45公里時用的是電動及氣壓式系統，速度在每小時45公里以下用的是氣壓式圓盤剎車裝置。未了避免不同的車輪與軌道作用力而產生不同的剎車距離，擺式列車有一個裝有感應點的止滑裝置。
各國發展歷程
歐美
1969年，首列擺式列車United Aircraft Turbo(UAC) 在加拿大國家鐵路投入服務，一直在多倫多至蒙特婁之間行駛，直至1984年。UAC 屬被動擺式，行駛舒適程度一般，亦有不少機械毛病。
義大利的 Pendolino 擺式列車最初由飛雅特菲亞特(FIAT)製造，ETR401型最先在1975年投入服務。1980年代Pendolino發展出非常成功的ETR450型，在歐洲其他國都有使用。
英國在1970至80年代曾硏究發展出名為Advanced Passenger Train (APT) 的擺式列車，但由於技術原因沒有投產。最後英國將智慧財產權轉移給義大利的 Pendolino。
加拿大之後亦發展出 LRC (Light, Rapid, Comfortable)擺式列車，由 Bombardier 製造。LRC 的車輛是獨立的，由動力輔助擺動，可以跟普通非擺式的車輛混合行走。1980年首先在美國 Amtrak 行駛，之後在加拿大使用。
早期擺式列車使用傳統的伺服馬達。因為伺服馬達未能對轉彎時產生的轉向力即時作出反應，這些些微差別引起了非常輕度的搖晃。乘客雖然不會意識到這種輕微的晃動，但仍然會感到有暈車的不適感。Pendolino 的ETR401於每輛車使用獨立的陀螺儀，這種構造亦是必然會產生少量的時間延緩。英國的APT 試圖將陀螺儀放在列車的兩端，由它們控制全車的擺動。但當時的控制技術似乎仍未成熟。
歐洲鐵路上賓士著一種快速列車，從義大利的羅馬到米蘭600多公里路程，只需要4個多小時就到了。這就是義大利研究開發的擺式列車（Pendolino）。
亞洲
日本於1972年投入的381系是世界最早投入運營的動力分散擺式列車，最高速度120，曲線600米+25kph。最大傾擺角度5度，不帶受電弓反擺，屬於無源擺。381系仍有不少車次使用。由於無源擺固有的缺點，381系被有暈車電車、跳舞的電車等別稱。
現代的擺式列車能夠透過訊號系統知道前面路軌的弧度，準確改變每一車輛的傾側。乘客已經很少會感到暈車不適。
中國台灣地區鐵路局業已向日本日立公司採購與日本JR九州「885系」列車同型之傾斜式列車，於2007年底於台北－花蓮間服務，命名為太魯閣號(TAROKO)。
日本亦有不少的擺式列車，稱為振子列車，而且都是在窄軌上行走；。澳洲布理斯班至洛鹹頓之間的窄軌擺式列車是最快的窄軌鐵路。
中國大陸（SJ 2000列車，國內定名廣九直通車，運營時期1998年8月28日至2007年4月止）
自1994年中國的廣深鐵路完成160km/h級別準高速改造後，經長時間實際運用證明了廣深鐵路有在既有線運行200km/h高速列車的潛力，但廣深線彎道較多是一個主要限制。而同時中國鐵道部已了解到當時中國缺乏先進的高速鐵路技術，希望引進國外技術。經考察後，廣鐵集團於1996年11月與瑞典ADTranz簽訂租用一列X2000列車，租期兩年，租金每年為180萬美元。用以服務在廣鐵集團運營的廣深線鐵路上，並嘗試以最快速度引進X2000的技術，及測試擺式列車在中國的可行性。當時引進X2000的主要考慮是擺式列車能廣泛套用於既有線的提速，無需建設新線，投資較少，只需在現有鐵路信號系統加裝部分設備即可運行。列車於1998年初運抵中國天津，被命名為“新時速”高速列車，其編組比北歐的增加了一節客車。X2000在中國鐵道科學研究院北京環行鐵路完成試驗後，由1998年8月28日起擔當每天各兩對廣九直通車和廣深城際列車。但瑞典方面並未提供電子維修技術給予中國，當時列車的維修工作需在香港由瑞典工程人員進行。後來廣鐵集團把整組X2000買下，用以取得電子維修技術。此後各級維修都是由中國的維修人員完成，配件主要由國外購入，部分在國內製造，由收購了ADTranz的“龐巴迪瑞典”提供有限的技術支援。
隨著新型動力分散式高速動車組CRH1於2007年投入到廣深線上，廣深線的信號系統也做了更新和升級，原本在X2000列車上的車載信號系統已經不能適應線上的新系統，而且X2000因長期超負荷運行，故障率和維修成本也相應增加。2007年1月15日，X2000途徑深圳筍崗站時車尾突然冒煙。X2000由2007年4月19日起停運。隨後被調往成都鐵路局並於2007年9月27日運抵重慶，當時預計最快會於2007年11月底起運行成都和重慶之間，但後來並沒有投入載客運行，卻在重慶擱置了一年，最終在2008年12月21日運返廣州。據聞有兩個原因，其一是因2008年5月12日發生汶川大地震，成都鐵路局急需修復四川省內的鐵路（因寶成線、成昆線及相關支線線路多處塌方而要急於重修），而且X2000維修費用高昂，以致成都鐵路局無能力替列車進行維修而退還予廣鐵集團。其二是因為有當地司機違章操作造成列車車輛輪對被損壞。2012年5月21日早上，停靠在廣深石牌動車所的X2000列車被牽出準備運回瑞典。列車由東風5D-0008調機先拖往廣州東站，隨後由DF4B-3859機車拖往黃埔港支線，在黃埔塘口更換DF5D-0001機車後，進入黃埔港停放。2012年5月27日早上10點，X2000開始拆解吊裝上香港籍貨輪“大彤雲”號，貨輪在8月上旬到達瑞典。瑞典國鐵表示中國的X2000回到瑞典後將進行更新工程，將於2013年8月重新投入瑞典本土使用。
世界第一輛
1960年義大利國家鐵路局和菲亞特軌道車輛集團合作測試了一套可以傾斜單一座位的特殊系統，並安裝在Aln688車型上。隨後建造了第一台擺式列車YO16，並贏得“小擺鐘-Pendolino”的雅號。到了1974年，義大利國鐵在經過多次路測後，訂購了四車一組的擺式原型列車ETR401。這種全世界第一組擺式列車經過深入的研究與測試，進一步改善加裝了傾斜控制裝置和懸承系統以及反偏駛阻尼器設計，以求最高的安全性、舒適度和行車速度，與1976年順利交車。 根據發展經驗，1985年開始為義大利國鐵製造15組9車一組的ETR450自動擺式電聯車，並於1988年開始行駛於米蘭和羅馬之間，後來延伸到其他鐵路網中，大大縮短了行車時間。雖然已有改進的ETR460和ETR480，但ETR450仍在使用，自1988年來已行駛了2600萬公里，載客量從1988年的每年22萬人次增加到每年220萬人次。
中國首輛擺式客車下線儀式
中國首輛擺式客車下線儀式國際套用
義大利擺式列車為瑞士裝配了24組最高時速200公里的ICN擺式列車，為西班牙裝配了時速220公里的Alaris擺式列車，為英國裝配了時速225公里的Virgin擺式列車，為葡萄牙裝配了時速220公里的CPA4000系列擺式列車。
國內套用
2003年5月我國自主設計研製的首台擺式列車牽引動力車——普天號在大連機車車輛廠問世，並與唐山機車車輛廠製造的擺式車廂組成擺式列車，從而填補了我國這一產品領域的空白。普天號擺式動車組動車裝用12V240ZJD-1型柴油機，機車標稱功率為3250kw，採用微機網路控制以及國際領先的徑向全懸掛轉向架。唐山機車車輛廠和南京浦鎮車輛廠還研製了時速160km的動力分散內燃液力傳動擺式動車組。該擺式列車採用了德國先進的機電主動傾擺技術，曲線通過速度將比普通客車提高20%-30%。列車編組為4到5節車廂，為保證安全性和可靠性，該車運用了大量的先進技術，並可採用兩種編組方式運行。當前中國還將在引進吸收國內外擺式高速列車先進技術的基礎上開發時速250公里的擺式動車組。
