基于高鐵運(yùn)行形態(tài)的智能無人驅(qū)動(dòng)座椅控制系統(tǒng)及裝置研究

楊旭東，劉夢婷，張婉婷

（1.西南科技大學(xué)城市學(xué)院；2.西南科技大學(xué)，四川 綿陽 621000）

隨著我國百萬人口城市高達(dá)130個(gè)的增長趨勢，人口規(guī)模及出行需求顯著增多，在城市基礎(chǔ)建設(shè)中，作為我國首要建設(shè)的高速鐵路，豐富了人們的出行方式，原則上帶來了便利與快捷。然而，因?yàn)榱熊囎味啵斯ばD(zhuǎn)座椅逐個(gè)調(diào)節(jié)過程既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力,嚴(yán)重影響了高鐵班次的輪換。因此，本文提出了一套座椅智能驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。

1 高鐵運(yùn)行形態(tài)分析

據(jù)國家鐵路局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2011～2020年我國新增高鐵運(yùn)營里程與動(dòng)車保有增長率趨于正太增長的態(tài)勢，截至2020年7月月底，動(dòng)車組列車運(yùn)營規(guī)模已建成3.6萬公里，仍穩(wěn)居世界第一。隨著我國高鐵營運(yùn)里程的數(shù)量不斷增加，客運(yùn)量加大，中國鐵路動(dòng)車組的數(shù)量也顯著上升，如圖1所示，2025年動(dòng)車組列車需求量可達(dá)2920輛。根據(jù)座椅業(yè)內(nèi)專家測算，與動(dòng)車組配套的座椅需求也會(huì)大大增加，未來我國的高鐵座椅行業(yè)將總體保持相對穩(wěn)定的增長態(tài)勢。

圖1 中國高鐵動(dòng)車近10年保有量及里程數(shù)據(jù)分析

表1 高鐵運(yùn)營里程數(shù)與動(dòng)車數(shù)量關(guān)系測算(動(dòng)車使用密度)

由上表可得，動(dòng)車組列車保有量密度與高鐵運(yùn)營里程數(shù)及動(dòng)車保有數(shù)量有直接關(guān)系，且2013～2020年基本保持在0.889825輛/每公里，即：

目前，國內(nèi)高鐵座椅運(yùn)行常出現(xiàn)座椅轉(zhuǎn)向困難、座椅套滑移、食物殘?jiān)淙胱慰p隙難以清理、安裝拆卸困難、座椅及座套受損等形態(tài)。由于高鐵座椅均是聯(lián)排座椅的旋轉(zhuǎn)，因受制于車內(nèi)前后排座椅及車體之間的距離，旋轉(zhuǎn)時(shí)必須將聯(lián)排座椅整體向過道一側(cè)拉出以提供座椅的旋轉(zhuǎn)空間，旋轉(zhuǎn)完成后再將座椅調(diào)節(jié)至最佳位置，調(diào)節(jié)過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，嚴(yán)重影響了高鐵班次的輪換，加大了乘務(wù)人員的工作量，且人工操作安全隱患大。因此，智能高鐵高鐵座椅研究重點(diǎn)在于：（1）需要實(shí)現(xiàn)可自動(dòng)化旋轉(zhuǎn)；（2）自動(dòng)化高效清理座椅縫隙和灰塵；（3）自動(dòng)防顛簸設(shè)計(jì)。

2 智能高鐵座椅控制系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 智能無人驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)探討

目前，國內(nèi)外在此方面尚未解決，本文提出智能無人驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由智能可控部件、聯(lián)動(dòng)裝置組成，包括安裝槽、多個(gè)并排設(shè)置，除位于安裝槽閉口端的一個(gè)座椅底座外，其余座椅底座的一端均設(shè)置有連接縱板，座椅底座靠近安裝槽開口端連接縱板相匹配的插槽，連接縱板可滑動(dòng)的插接在插槽內(nèi)。可實(shí)現(xiàn)座椅自動(dòng)轉(zhuǎn)向、自動(dòng)清理，縮短列車輪換班次時(shí)間，形成核心多功能閉環(huán)，可實(shí)現(xiàn)以下先進(jìn)功能：（1）智能自動(dòng)化旋轉(zhuǎn)。通過控制多個(gè)智能裝置及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟停，座椅自動(dòng)分離，為每個(gè)座椅的旋轉(zhuǎn)提高足夠的空間，完成各個(gè)座椅的旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化功能。（2）智能自動(dòng)化減震。通過連接盤和自動(dòng)安裝盤的有效連接，能夠增大座椅的受力面積，提高座椅的穩(wěn)定性和乘坐舒適性。（3）智能自動(dòng)化清理。當(dāng)通過控制多個(gè)智能裝置的啟停將多個(gè)座椅分開時(shí)，座椅底部配有兩個(gè)自動(dòng)清掃裝置，可快速吸附座椅縫隙的灰塵及食物殘?jiān)咝鍧崳瑢?shí)現(xiàn)無死角打掃。

2.2 提升高鐵座椅運(yùn)行形態(tài)對策

現(xiàn)有動(dòng)車組列車常需要乘務(wù)員階段性巡視，并不能滿足不同乘客需求及突發(fā)狀況的發(fā)生。為滿足人性化設(shè)計(jì)需求，在座椅扶手設(shè)有呼叫按鈕。通過在扶手上設(shè)置呼叫按鈕，乘客可以通過呼叫按鈕呼叫乘務(wù)人員，以避免高鐵行駛時(shí)乘客隨意行走存在的安全隱患，同時(shí)能及時(shí)解決乘客需求，提高高鐵服務(wù)水平。

依據(jù)現(xiàn)有高鐵座椅不同等級劃分的原則，根據(jù)智能無人驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)提出以下對策：（1）二等座在現(xiàn)有折疊前桌、放書網(wǎng)格等少量輔助設(shè)備的基礎(chǔ)上，底部自動(dòng)智能化轉(zhuǎn)向及呼叫裝置裝置，可滿足不同乘客的使用需求，實(shí)現(xiàn)高鐵自動(dòng)化輪班工作。（2）一等座在現(xiàn)有腳踏等輔助設(shè)備的基礎(chǔ)上，底部加設(shè)自動(dòng)轉(zhuǎn)向、清潔以及減震裝置設(shè)計(jì)，符合一等座服務(wù)水平需求。與此同時(shí)，配以可抱緊防松的新型高鐵座椅套，可有效改善高鐵座椅套在乘客乘坐過程中從座椅上滑移脫落問題，具有座椅套耐磨、耐臟、耐撕裂等多重功能。此外，為實(shí)現(xiàn)座椅高效運(yùn)行及使用，在檢修口外側(cè)設(shè)置封蓋，起到防塵、防碰撞的作用。同時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)檢測機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)，提前提醒檢修人員定期進(jìn)行預(yù)檢測。通過設(shè)置的檢修口及維護(hù)卡槽，可對智能裝置及驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行便捷式維護(hù)、檢修。

2.3 構(gòu)建智能高鐵座椅系統(tǒng)框架

根據(jù)《2020～2026年中國高鐵座椅行業(yè)全面調(diào)研與發(fā)展趨勢預(yù)測報(bào)告》及“十四五“規(guī)劃，未來我國的高鐵座椅行業(yè)將總體保持相對穩(wěn)定的增長態(tài)勢。預(yù)計(jì)2025年，高鐵網(wǎng)規(guī)模實(shí)現(xiàn)3.8萬公里，2020～2025年動(dòng)車組列車需求量逐年上漲。相配套的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)發(fā)展也需隨之提升。加之目前高鐵已逐步成為人口首選的出現(xiàn)交通方式，構(gòu)建座椅座套一體化、智能化設(shè)計(jì)框架，是提高城市交通運(yùn)營效率和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。

因此，可結(jié)合現(xiàn)有智能高鐵基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)，結(jié)合可抱緊防松的高鐵座椅套、智能無人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)座椅以及由智能飲水、照明等系統(tǒng)，構(gòu)建智能高鐵基礎(chǔ)設(shè)施模型框架，形成高鐵設(shè)施智能建設(shè)一體化。如圖2所示。

圖2 智能高鐵基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基本綜合式框架

3 結(jié)語

在《推動(dòng)共建絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶和21世紀(jì)海上絲綢之路的愿景與行動(dòng)》建設(shè)及“十四五”《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》政策背景下大力推進(jìn)高鐵智能化發(fā)展建設(shè)，仍是當(dāng)前交通建設(shè)的重要途經(jīng)。智能無人驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有效解決了高鐵座椅朝向問題，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)、自動(dòng)式清潔、高效式防顛簸等多重功能，達(dá)到了節(jié)約人工成本和高鐵輪換時(shí)間及減少安全隱患的目的，提高了座椅的穩(wěn)定性和乘坐舒適性。