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(shù)研究中心 陸海英

西南交通大學(xué) 丁鐵成 楊 崗

為了更好地推廣智能軌道列車，文章通過文獻(xiàn)資料整理，綜述了目前智能軌道列車相關(guān)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(jìn)行對比；其次，分析智軌列車的優(yōu)缺點；最后從適應(yīng)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(jìn)展。

為了促進(jìn)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(shè)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(yīng)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(guān)參數(shù)，下面將智軌列車與地鐵，有軌列車進(jìn)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(dān)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(shè)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(yīng)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(shè)鋼軌，對于原本道路建設(shè)改變??；整車車輛小，單軸承承載低，無需對既有路面和橋梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)；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(shè)電網(wǎng)，節(jié)省了供電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)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(shù)，該牽引系統(tǒng)的電機(jī)額定功率達(dá)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(chǔ)建設(shè)周期短

智軌列車的路面建設(shè)主要為繪制店面標(biāo)志線，不需要鋪設(shè)鋼軌鋪設(shè)；智軌列車路線建設(shè)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(shè)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(yīng)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(yīng)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(shù)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(yīng)急方案不夠完善，相應(yīng)的運行制度規(guī)章還有待完善。

3 智軌列車研究進(jìn)展

3.1 適應(yīng)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(yīng)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(guān)鍵技術(shù)方案進(jìn)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(xì)闡述了智軌列車在線路規(guī)劃，設(shè)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(fù)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(jìn)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(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)，通過事故嚴(yán)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(jìn)而確定了智軌列車安全相關(guān)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(dǎo)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(xiàn)，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(guān)鍵部件；系統(tǒng)仿真分析。

（1）開發(fā)試驗平臺

?；鄯宓热酸槍χ擒壛熊囯娨核欧D(zhuǎn)向系統(tǒng)的動態(tài)特性測試問題，開發(fā)設(shè)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(jìn)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(shù)，開發(fā)設(shè)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(biāo)。

（2）優(yōu)化關(guān)鍵部件

董鳴勇等人設(shè)計出一種智軌列車轉(zhuǎn)向架的導(dǎo)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(dǎo)向裝置精準(zhǔn)定位，提高智軌列車運行的安全性能。夏云等人設(shè)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(jī)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(shè)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(zhǔn)，進(jìn)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(zhǔn)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(jìn)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(yīng)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(dǎo)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(shè)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(biāo)地面警示裝置的標(biāo)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(yīng)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(xué)習(xí)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(yuǎn)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(jī)界面，接口，業(yè)務(wù)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(jìn)行研究，采用網(wǎng)絡(luò)化，模塊化設(shè)計思路，實現(xiàn)了智軌列車對負(fù)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(fù)用技術(shù)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(fù)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(yīng)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(bǔ)充。智軌列車由于其資金投入低、能耗低、建設(shè)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(shù)完全成熟還有一段時間。目前針對智軌列車的相應(yīng)研究也在不斷進(jìn)行，包括促進(jìn)智軌列車與城市融合的適應(yīng)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。