智能軌道列車綜述

中車長春軌道客車股份有限公司 國家軌道客車系統(tǒng)集成工程技術研究中心 陸海英

西南交通大學 丁鐵成 楊 崗

為了更好地推廣智能軌道列車，文章通過文獻資料整理，綜述了目前智能軌道列車相關研究內(nèi)容。首先，文章整理了智軌列車參數(shù)，并且將智軌列車參數(shù)與地鐵，有軌電車的參數(shù)進行對比；其次，分析智軌列車的優(yōu)缺點；最后從適應性分析、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、自動循跡、智能優(yōu)化四個方面整理了智軌列車的研究進展。

為了促進城市公共交通發(fā)展，緩解城市運輸壓力，中車株洲所自主研發(fā)了智能軌道快運系統(tǒng)ART（Autonomous rail Rapid Transit，以下稱“智軌列車”）。該系統(tǒng)2010年首次提出概念，2011年實現(xiàn)仿真平搭建，2016年底完成了工程樣車的研制，2018年順利通過了三個月的試運行階段，目前在宜賓市，哈爾濱市，韶山市等多個城市投入實際運行。智軌列車是融合了現(xiàn)代有軌列車和公共汽車各自優(yōu)勢的新型交通工具，其不需要傳統(tǒng)軌道交通使用的鐵軌，能夠在既有城市公路上正常運行。

1 智軌列車參數(shù)

智軌列車為100%低地板車輛，車輛物理尺寸：長度31640 mm，寬度2650 mm，車門間距9.06 m。車輛主要性能參數(shù)：設計結(jié)構(gòu)速度為80 km/h，最高運行速度為70 km/h；正線能適應最小平面曲線半徑20 m的路段條件；最大爬坡能力130‰；最大車速直行動態(tài)偏差0.15 m，轉(zhuǎn)彎最大動態(tài)偏差0.35 m，最大載客人數(shù)307人。

為了便于直觀了解智軌列車相關參數(shù)，下面將智軌列車與地鐵，有軌列車進行比較，具體如表1所示。

根據(jù)表1可以看出，智軌列車主要承擔中運量的運輸，在爬坡能力以及最小轉(zhuǎn)彎半徑上更有優(yōu)勢。同時，智軌列車為雙車頭設計，不需要掉頭即可反向運行，運行更為靈活，能夠很好地適應城市路段。

表1 智軌列車、地鐵（B型車）以及有軌列車參數(shù)表

2 智軌列車優(yōu)缺點分析

2.1 優(yōu)點分析

（1）資金投入成本低

無需鋪設鋼軌，對于原本道路建設改變小；整車車輛小，單軸承承載低，無需對既有路面和橋梁進行結(jié)構(gòu)加強；可借助現(xiàn)有的道路交通管理系統(tǒng)，無需大批量改造運輸?shù)缆返男盘栂到y(tǒng)；純電動車，不需要像傳統(tǒng)電車一樣鋪設電網(wǎng)，節(jié)省了供電網(wǎng)絡建設成本。

（2）運行能耗低

智軌列車采用的是株洲所自主研發(fā)的永磁牽引控制技術，該牽引系統(tǒng)的電機額定功率達到98%。同時智軌列車使用超級電容，是純電動車，首末站充電，單次充電只需要10 min，可滿載行駛25 km。

（3）基礎建設周期短

智軌列車的路面建設主要為繪制店面標志線，不需要鋪設鋼軌鋪設；智軌列車路線建設可以借用城市現(xiàn)有道路運營，縮短了道路規(guī)劃，拆遷和建設周期。

（4）運營靈活

智軌列車采用共享路權(quán)方式，運營線路布置靈活；轉(zhuǎn)彎半徑小，雙向行駛無需掉頭，可以適應老城區(qū)相對狹窄的道路；可實現(xiàn)自動駕駛，半自動駕駛。

2.2 缺點分析

（1）運量較低

智軌列車列車的運量為中等水平，實現(xiàn)大運量運輸較為吃力，難以應對突發(fā)性客流。

（2）易引發(fā)突發(fā)事故

智軌列車無獨立路權(quán)，極易受社會車輛干擾，引發(fā)不必要的安全事故；占用大量的道路資源，可能會影響社會車輛交通運輸；同時自動駕駛技術還未完全成熟，穩(wěn)定性有待于提高。

（3）不確定性高

智軌列車作為新型交通方式，管理以及應急方案不夠完善，相應的運行制度規(guī)章還有待完善。

3 智軌列車研究進展

3.1 適應性分析

由于智軌列車是一種新型交通工具，至試行至今不過1年多時間，運營管理，線路規(guī)劃，交通組織沒有案例可供參考，還處于探索階段。因此，智軌列車的適應性分析研究對于其發(fā)展有著重要意義。

趙帥綜合分析智軌列車系統(tǒng)特點，結(jié)合株洲智軌列車實際工程，對智軌列車的關鍵技術方案進行了分析研究。蔣小晴等以宜賓市智軌列車線路為背景，詳細闡述了智軌列車在線路規(guī)劃，設計施工，交通組織，運營方面的探索結(jié)果，為后續(xù)智軌列車提供可參考復制的工程案例。明小松對智軌列車在大城市，中小城市，景區(qū)園區(qū)進行了不同功能定位，提出了智軌列車系統(tǒng)的規(guī)劃思路。冷怡霖基于智軌列車市場經(jīng)營現(xiàn)狀，針對智軌列車市場營銷，通過SWOT分析智軌列車優(yōu)缺點和調(diào)查問卷方式分析運輸需求以及消費者需要，為智軌列車市場推廣提供了建議。黃愛萍等人結(jié)合軌道交通和道路交通相關安全標準，通過事故嚴重度，事故暴露概率和避免傷害3個方面闡述了智軌列車安全完整性等級的判定和定量計算依據(jù)，進而確定了智軌列車安全相關功能的安全完整性等級。

3.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

智軌列車是一種多節(jié)編組、全軸轉(zhuǎn)向的新型交通工具，它有別于由輪軌導向的傳統(tǒng)軌道車輛，其完全依靠自身的全軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實現(xiàn)在常規(guī)道路上轉(zhuǎn)向運行，因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是智軌列車的核心研究內(nèi)容之一。根據(jù)目前的文獻，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)化方法主要有開發(fā)試驗平臺；優(yōu)化關鍵部件；系統(tǒng)仿真分析。

（1）開發(fā)試驗平臺

牛慧峰等人針對智軌列車電液伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動態(tài)特性測試問題，開發(fā)設計出具有針對性的動態(tài)測試試驗臺，模擬智軌列車在pid閉環(huán)控制下轉(zhuǎn)向工況，為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能改進提供了數(shù)據(jù)支撐。張曉基于該平臺，通過Adams和AMEsim的聯(lián)合仿真分析改善了智軌列車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；佟祥偉以該平臺為依托，基于虛擬儀器技術，開發(fā)設計智軌列車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動態(tài)特性的測試控制系統(tǒng)，從而分析得到智軌列車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動態(tài)特性指標。

（2）優(yōu)化關鍵部件

董鳴勇等人設計出一種智軌列車轉(zhuǎn)向架的導向裝置，該裝置通過放置在上支架和下支架用于調(diào)整定位輪和軌道之間間隙的調(diào)整塊，實現(xiàn)導向裝置精準定位，提高智軌列車運行的安全性能。夏云等人設計出具有緩沖功能的智軌列車轉(zhuǎn)向架，緩解了運行過程中的線路不平順產(chǎn)生的振動影響，減少運行時機車各部件的沖擊影響，使得各軸之間載荷均勻，提高了智軌列車運行穩(wěn)定性。李有坤等人設計出一種智軌列車車輪轉(zhuǎn)向角度的測量方法與測量裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的角度測量和角度校準，進而指引改善車輛行駛過程中出現(xiàn)跑偏，甩尾及雙向駕駛性能不一致等問題。

（3）系統(tǒng)仿真分析

黃松等人針對智軌列車全軸轉(zhuǎn)向冗余控制需求，提出一種基于油缸位置的閉環(huán)控制策略，并且通過Matlab建模和ADAMS仿真驗證了所建模型準確性。任曉君等人利用AMESim建立智軌列車的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的仿真模型，通過該模型進行仿真分析得出伺服閥為零重疊，液壓缸無泄漏且蓄能器容積為1.6 L時，液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有較佳的動態(tài)響應特性。

3.3 自動循跡

智軌列車與社會車輛在同一道路上共同運行，如果采用人工駕駛方式，控制精度偏低，而且更容易因操作失誤而導致車輛偏離，引發(fā)交通事故。因此，提高智軌列車自動循跡精度，降低橫向偏差，具有重要的現(xiàn)實意義。

石陽陽等人設計出一種智軌列車的循跡方法，該方法可以獲取智軌列車待行駛區(qū)域的圖像信息和識別所述圖像信息中的目標地面警示裝置的標志信息。彭京等人分析軌跡跟蹤控制原理，建立智軌列車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型，并且通過仿真分析，驗證了該系統(tǒng)能滿足車輛在轉(zhuǎn)向過程中的響應速度及軌跡跟蹤精度要求。袁希文等人提出一種基于深度學習的車道線識別和數(shù)字虛擬軌道生成算法，根據(jù)智軌列車特點，通過PID控制發(fā)和MPC控制法降低了智軌列車高速行駛時橫向偏差，提高了自動循跡控制水平。

3.4 智能優(yōu)化

智軌列車要實現(xiàn)更全面推廣，徹底與城市交通系統(tǒng)融合，離不開智能優(yōu)化的過程，智能優(yōu)化過程也是提高運行自動化，乘坐便捷性的過程，對于智軌列車發(fā)展有著長遠意義。

陳楊等人提出了智軌列車乘客信息系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)融合的PIS系統(tǒng)方案，在人機界面，接口，業(yè)務功能等方面實現(xiàn)深度融合，減少了硬件的投入，降低了運營成本，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)融合，提高系統(tǒng)自動化程度。陳錄超等人對智軌列車低電壓配電和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行研究，采用網(wǎng)絡化，模塊化設計思路，實現(xiàn)了智軌列車對負載電源的智能控制和信息管理，提升了列車智能化。熊凱等人提出一種基于模塊復用技術的乘客信息系統(tǒng)信息生成方法，解決了智軌列車在多線路復雜模式下乘客信息生成問題。

結(jié)語：智軌列車作為新型的軌道交通工具，對于我國不同種類的大城市具有廣泛的適應性，其可以作為解決三四線城市擁堵的一種解決方案，又可以作為作為一二線城市交通出行工具的補充。智軌列車由于其資金投入低、能耗低、建設周期短、運營靈活等優(yōu)點，符合國家公共交通發(fā)展戰(zhàn)略，是一種值得提倡推廣的交通出行方式，但其也存在運量低、易引發(fā)事故、不確定性高等缺點，離技術完全成熟還有一段時間。目前針對智軌列車的相應研究也在不斷進行，包括促進智軌列車與城市融合的適應性分析，提高運行穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究，保障運行安全性的自動循跡功能開發(fā)，提高乘坐便捷性的列車智能優(yōu)化。相信在不久的未來智軌列車會繼續(xù)快速發(fā)展，使中國城市交通系統(tǒng)更加全面完善。