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容。首先，文章整理了智軌列車參數，并且將智軌列車參數與地鐵，有軌電車的參數進行對比；其次，分析智軌列車的優缺點；最后從適應性分析、轉向系統、自動循跡、智能優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展，緩解城市運輸壓力，中車株洲所自主研發了智能軌道快運系統ART（Autonomous rail Rapid Transit，以下稱“智軌列車”）。該系統2010年首次提出概念，2011年實現仿真平搭建，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代有軌列車和公共汽車各自優勢的新型交通工具，其不需要傳統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

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：設計結構速度為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‰；最大車速直行動態偏差0.15 m，轉彎最大動態偏差0.35 m，最大載客人數307人。

為了便于直觀了解智軌列車相關參數，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彎半徑上更有優勢。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）以及有軌列車參數表

2 智軌列車優缺點分析

2.1 優點分析

（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構加強；可借助現有的道路交通管理系統，無需大批量改造運輸道路的信號系統；純電動車，不需要像傳統電車一樣鋪設電網，節省了供電網絡建設成本。

（2）運行能耗低

智軌列車采用的是株洲所自主研發的永磁牽引控制技術，該牽引系統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有道路運營，縮短了道路規劃，拆遷和建設周期。

（4）運營靈活

智軌列車采用共享路權方式，運營線路布置靈活；轉彎半徑小，雙向行駛無需掉頭，可以適應老城區相對狹窄的道路；可實現自動駕駛，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，實現大運量運輸較為吃力，難以應對突發性客流。

（2）易引發突發事故

智軌列車無獨立路權，極易受社會車輛干擾，引發不必要的安全事故；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展有著重要意義。

趙帥綜合分析智軌列車系統特點，結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劃，設計施工，交通組織，運營方面的探索結果，為后續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，景區園區進行了不同功能定位，提出了智軌列車系統的規劃思路。冷怡霖基于智軌列車市場經營現狀，針對智軌列車市場營銷，通過SWOT分析智軌列車優缺點和調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，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 轉向系統

智軌列車是一種多節編組、全軸轉向的新型交通工具，它有別于由輪軌導向的傳統軌道車輛，其完全依靠自身的全軸轉向系統實現在常規道路上轉向運行，因此轉向系統是智軌列車的核心研究內容之一。根據目前的文獻，轉向系統的優化方法主要有開發試驗平臺；優化關鍵部件；系統仿真分析。

（1）開發試驗平臺

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

（2）優化關鍵部件

董鳴勇等人設計出一種智軌列車轉向架的導向裝置，該裝置通過放置在上支架和下支架用于調整定位輪和軌道之間間隙的調整塊，實現導向裝置精準定位，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向架，緩解了運行過程中的線路不平順產生的振動影響，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定性。李有坤等人設計出一種智軌列車車輪轉向角度的測量方法與測量裝置，能夠實現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跑偏，甩尾及雙向駕駛性能不一致等問題。

（3）系統仿真分析

黃松等人針對智軌列車全軸轉向冗余控制需求，提出一種基于油缸位置的閉環控制策略，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向系統的仿真模型，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，液壓轉向系統具有較佳的動態響應特性。

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，建立智軌列車轉向系統模型，并且通過仿真分析，驗證了該系統能滿足車輛在轉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字虛擬軌道生成算法，根據智軌列車特點，通過PID控制發和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 智能優化

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

陳楊等人提出了智軌列車乘客信息系統和廣播系統融合的PIS系統方案，在人機界面，接口，業務功能等方面實現深度融合，減少了硬件的投入，降低了運營成本，實現了數據融合，提高系統自動化程度。陳錄超等人對智軌列車低電壓配電和數據采集系統進行研究，采用網絡化，模塊化設計思路，實現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、運營靈活等優點，符合國家公共交通發展戰略，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，提高運行穩定性的轉向系統研究，保障運行安全性的自動循跡功能開發，提高乘坐便捷性的列車智能優化。相信在不久的未來智軌列車會繼續快速發展，使中國城市交通系統更加全面完善。