《中國經(jīng)濟(jì)周刊》 記者 李永華 | 株洲報(bào)道

(本文刊發(fā)于《中國經(jīng)濟(jì)周刊》2017年第24期)

中車株洲所研發(fā)的全球首列虛擬軌道列車。《中國經(jīng)濟(jì)周刊》記者 李永華I 攝

6月2日，全球首列虛擬軌道列車在中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司(下稱“中車株洲所”)首次亮相,。

中國工程院院士、中車株洲所董事長丁榮軍介紹，這種正式名稱為智能軌道快運(yùn)系統(tǒng)(ART 系統(tǒng),，下稱“智軌列車”)的全新產(chǎn)品，集成了虛擬軌際跟隨,、永磁驅(qū)動等尖端技術(shù),，是全球首創(chuàng)的一款新型城市交通工具。

這輛虛擬軌道列車長達(dá)30多米,，最多可乘坐300多人,，雖然路面沒有實(shí)體軌道，整列車卻沿著一條虛擬的軌道前行,，就像是一列開在路面的地鐵,，現(xiàn)場體驗(yàn)頗為震撼。

一個(gè)項(xiàng)目申請30多個(gè)專利

中車株洲所副總經(jīng)理,、總工程師馮江華告訴《中國經(jīng)濟(jì)周刊》記者,，軌道交通是解決城市擁堵非常重要的一種交通方式，“我們逐漸發(fā)現(xiàn),，要破解現(xiàn)在公共交通難題,，傳統(tǒng)軌道交通裝備制式面臨不少難以跨越的障礙?！?/p>

目前,，城市公共交通系統(tǒng)主要構(gòu)成為地鐵,、輕軌、有軌電車,、公交車,、BRT(快速公交系統(tǒng))等。地鐵和輕軌雖然運(yùn)力強(qiáng),，但建設(shè)成本巨大,。公開資料顯示，北京地鐵16號線,，每公里成本已經(jīng)超過10億元,。如此高昂的成本，給地方政府帶來極大的財(cái)政壓力,，中小城市更是望而卻步,。

有軌電車也不便宜，綜合建設(shè)成本約為每公里1.5億～2億元,。同時(shí),，有軌電車需要專門的電力系統(tǒng)和軌道配合設(shè)計(jì)，維護(hù)成本高,，而且必須建設(shè)專線,，限制較多。當(dāng)前,，我國有軌電車總規(guī)劃線路長達(dá)6000公里,，實(shí)際運(yùn)行線路卻只有200余公里。

馮江華介紹,，從2013年開始,，株洲所意識到，亟須探索一種經(jīng)濟(jì),、綠色的新型公共交通工具,，來解決中小城市公共交通方式中存在的運(yùn)輸力差、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)營成本高,、線路調(diào)配不便三個(gè)“老大難”問題,，化解我國快速發(fā)展的城市化帶來的公共交通壓力。

其設(shè)想的創(chuàng)新思路是：能否擺脫軌道的約束,，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)物理軌道的主要優(yōu)勢,？一種沒有軌道卻能像軌道交通車輛運(yùn)行的虛擬軌道車輛概念在馮江華的腦海中浮現(xiàn)。

2013年5月,，虛擬軌道車輛項(xiàng)目正式啟動,。時(shí)代電氣副總經(jīng)理兼總工程師尚敬表示，這是一種全新的方案,，全球從基礎(chǔ)理論到關(guān)鍵技術(shù)都是一片空白,。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),，株洲所只能單打獨(dú)斗，從最基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)算法開始探索,，一步步攻克所遇到的各種難題,。“可以說,，這是一場挑戰(zhàn)科技尖峰的大會戰(zhàn),。”

2015年底,，從最初的車體輕量化設(shè)計(jì),，到后來融入了雙向行駛,、多軸轉(zhuǎn)向與軌跡跟隨技術(shù),，中車株洲所完成車輛的整車制造及軌跡跟隨系統(tǒng)相關(guān)調(diào)試工作，實(shí)現(xiàn)了35米軌跡跟隨列車直線跟隨誤差小于10cm,，圓周跟隨誤差小于50cm的目標(biāo),。

2016年底，株洲所一鼓作氣完成了32米智能軌道快運(yùn)列車工程樣車的研制,。樣車采用復(fù)合材料和鋁合金車身結(jié)構(gòu),，液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)，減重30%,，體積縮小30%,，實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)。

“我們搶占了多個(gè)前沿技術(shù)高地,?！敝熊囍曛匏芯吭夯A(chǔ)與平臺研發(fā)中心主任許峻峰表示，中車株洲所研發(fā)了國內(nèi)第一個(gè)多網(wǎng)融合實(shí)時(shí)以太網(wǎng)控制系統(tǒng),，有效實(shí)現(xiàn)工程樣車傳動控制與網(wǎng)絡(luò)控制功能融合,，并且還突破無軌導(dǎo)向控制、無人駕駛,、雙源雙充高可靠儲能系統(tǒng),、低地板全鋁車身系統(tǒng)集成等5項(xiàng)核心技術(shù)。

基于該項(xiàng)目,，中車株洲所申請了軌跡跟隨控制策略,、整車設(shè)計(jì)制造和系統(tǒng)集成技術(shù)等30余項(xiàng)專利。

充電10分鐘可行駛25公里

一列天上沒有電線,、地上沒有軌道,、集合了現(xiàn)代有軌電車運(yùn)載能力和公交車靈活性的跨界智能軌道列車究竟是什么樣子？

最為引人注目的技術(shù),，無疑是“虛擬軌道跟隨控制”技術(shù),。資料顯示,，它通過車載各類傳感器識別路面虛擬軌道線路，將運(yùn)行信息傳送至列車“大腦”(中央控制單元),，根據(jù)“大腦”的指令,，保證列車完成牽引、制動,、轉(zhuǎn)向等正常動作,，精準(zhǔn)控制列車行駛在既定“虛擬軌跡”上，實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)行,。

馮江華解釋,，相對于有軌道的列車，“虛擬軌道跟隨控制”是一種柔性控制技術(shù),，“就像甩動一根柔軟的面條,，要讓面條的每一段都在同一軌跡上，很難,。我們能做到的是,，所有的輪子都沿著一條軌道前行，誤差不超過10厘米,，這就能夠降低因車身變長造成的事故率,，既確保整體通過性能，又提升整體運(yùn)輸能力,?！?/p>

在對比試驗(yàn)中，依靠虛擬軌道跟隨技術(shù),，虛擬軌道列車比傳統(tǒng)的12米公交車拐彎還要靈活,，且不需要減速。研發(fā)數(shù)據(jù)稱,，在轉(zhuǎn)彎半徑15米的彎道上運(yùn)行時(shí),，12米大巴的通道寬度為5.8米，而虛擬軌道列車為3.83米,。在彎道遇到需要倒車的情況時(shí),，公交車司機(jī)只能小心翼翼地倒車。虛擬軌道列車卻采用與高鐵列車一樣的雙車頭設(shè)計(jì),，司機(jī)直接走到反方向的車頭就可將列車開出去,。這意味著，凡是公交車可以通過的地方,，虛擬軌道列車都可以運(yùn)行,。

無人駕駛技術(shù)是虛擬軌道列車的又一亮點(diǎn)。在虛擬軌道列車運(yùn)行時(shí)，《中國經(jīng)濟(jì)周刊》記者看到,，司機(jī)放開雙手后車輛依舊沿著既定路線照常行駛,。不過，馮江華也表示,，盡管可以做到無人駕駛,，但現(xiàn)在受制于技術(shù)之外的多種限制，無人駕駛技術(shù)更多地的提高虛擬軌道列車的安全性能,，“它可以智能地感知環(huán)境,，自動分析車輛行駛狀態(tài)，替代人工操作,，有效減輕駕駛員疲勞,，提高行車安全性?！?/p>

牽引傳動系統(tǒng)在業(yè)內(nèi)被稱為“列車之心”,，其性能在某種程度上決定了列車的動力品質(zhì)、能耗和控制特性,。2015年6月,，中車株洲所研發(fā)成功永磁同步牽引系統(tǒng),，使我國成為世界上少數(shù)幾個(gè)掌握高鐵永磁牽引系統(tǒng)技術(shù)的國家之一,。中國工程院院士劉友梅告訴《中國經(jīng)濟(jì)周刊》記者，該永磁同步牽引系統(tǒng)的電機(jī)額定效率達(dá)到98%以上,，將電機(jī)損耗降低至原來的1/3,，顯著降低了高速列車的牽引能耗。

這一次,，株洲所將其自主研發(fā)的永磁牽引控制技術(shù)用在了虛擬軌道列車上,。同時(shí)，馮江華還介紹,，虛擬軌道列車還采用了分布式動力協(xié)同控制技術(shù),，能夠?qū)崿F(xiàn)13%的爬坡能力。

虛擬軌道列車還用上了超級電容,，是純電動車,，首末站充電，單次充電只需要10分鐘,，可滿載行駛25公里,。車輛頭頂上不再有電網(wǎng)“大辮子”，這也就節(jié)省了供電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本,。

市場空間或高達(dá)萬億元級別

中國工程院院士,、中車株洲所董事長丁榮軍表示，虛擬軌道列車綜合了有軌電車和公交客車的特點(diǎn)，既可以作為立體化交通解決方案的補(bǔ)充,，也能夠擔(dān)當(dāng)區(qū)域交通線路的骨干,。在公共出行需求與城市交通運(yùn)力不足的矛盾日益突出的今天，虛擬軌道列車提供了較為理想的出行選擇,。

除了黑科技云集所帶來的技術(shù)優(yōu)勢,，低成本是虛擬軌道列車的殺手锏。中車株洲所研究院基礎(chǔ)與平臺研發(fā)中心主任許峻峰告訴《中國經(jīng)濟(jì)周刊》,，一輛有軌電車的價(jià)格約為2500萬元,，中車株洲所的虛擬軌道列車售價(jià)可能也將超過2000萬元。不過,，馮江華稱,，與有軌電車運(yùn)力相同的情況下，虛擬軌道列車只需簡單的道路改造就能投入使用,，整體線路的投資約為現(xiàn)代有軌電車的1/5,，建設(shè)一條10公里的線路，成本至少能節(jié)省10億元以上,。按現(xiàn)有的6000公里有軌電車規(guī)劃線路計(jì)算,，這將是一個(gè)超萬億元的市場。

建設(shè)時(shí)間短是虛擬軌道列車的另一大優(yōu)勢,。許俊峰介紹,，與現(xiàn)代有軌電車相比，因?yàn)椴恍枰佋O(shè)鋼軌,，也不用架設(shè)電網(wǎng),，一條虛擬軌道列車運(yùn)行線路從啟動規(guī)劃至開通運(yùn)營，只需一年時(shí)間,?！皩?shí)際上，大部分時(shí)間是花在各種程序上,，路網(wǎng)改造時(shí)間非常短,。”

6月2日,，株洲市市長陽衛(wèi)國宣布,，株洲為虛擬軌道列車量身定做的全國首條智軌列車示范線路正式進(jìn)入實(shí)質(zhì)規(guī)劃階段， 線路規(guī)劃全長約6.5公里,，建成以后將與已經(jīng)規(guī)劃的中低速磁懸浮線路對接,。根據(jù)規(guī)劃目標(biāo)，該條示范線有望在2018年投入商業(yè)運(yùn)營,。

專家點(diǎn)評

中國工程院院士劉友梅：ART系統(tǒng)是中運(yùn)量城市軌道交通新解決方案

傳統(tǒng)軌道交通的基本特征是鋼輪車輛在鋼軌上通過人工或自動控制導(dǎo)向運(yùn)行,，鋼輪鋼軌承擔(dān)著承載,、導(dǎo)向及約束的功能。隨著智能控制,、圖像識別,、衛(wèi)星定位等新技術(shù)的成熟，車輛行進(jìn)中的導(dǎo)向技術(shù)趨勢朝著柔性化,、智能化及多樣化方向發(fā)展,。其主要的技術(shù)形式有：軌跡跟隨技術(shù)、磁導(dǎo)向技術(shù),、光學(xué)導(dǎo)向技術(shù),、衛(wèi)星導(dǎo)向技術(shù)等。采用這些導(dǎo)向技術(shù)的運(yùn)輸車輛可以脫離鋼軌的導(dǎo)向約束,，并采用膠輪承載,。

中車株洲所在總結(jié)國外城市軌道交通技術(shù)方案后，提出了更為先進(jìn)的導(dǎo)向系統(tǒng)和運(yùn)營理念,，即智能軌道快運(yùn)系統(tǒng)(ART系統(tǒng)),，它是以虛擬軌道列車為運(yùn)載工具，融合智能綜合管理系統(tǒng)的新型交通制式,。

ART系統(tǒng)具有建設(shè)周期短,、基礎(chǔ)設(shè)施投資低、城市適應(yīng)性高,、綜合能力強(qiáng)等優(yōu)越性,，是中運(yùn)量城市軌道交通新的解決方案，同時(shí)也是中車城市軌道跨界創(chuàng)新的典范,。