智轨列车,全称智能轨道快运系统(Autonomousrail Rapid Transit,简称:ART),是一种新型公共交通系统,兼具地铁列车、现代有轨电车和公共汽车三者的优点,既有轨道列车载客量大的优势,又不需建造专用轨道,可以与汽车共用道路,有助于解决大中城市出行难的问题。
智轨列车于2010年首次提出概念。2017年6月2日,智轨列车在
株洲市首次亮相。2018年顺利通过了三个月的试运行阶段。2019年2月24日起,
哈尔滨市智轨电车试跑10天,市民可在沿线各站点候车,免费体验。2022年7月4日,智轨列车开始在
成都市正式载客试跑,持续到7月12日结束。2023年7月25日至8月13日在成都快速公交K7线区间内载客试跑,全长12.5公里,全程约行驶30分钟。
智轨列车采用了“虚拟轨道跟随控制”技术。它通过车载各类
传感器识别路面虚拟轨道线路,将运行信息传送至列车中央控制单元,根据中央控制单元的指令,在保证列车实现牵引、制动、转向等正常动作的同时,能够精准控制列车行驶在既定“虚拟轨迹”上,实现智能运行。智轨快运系统主要由列车、车站、导向标线、车辆基地、通信及信号系统、供电系统及其他辅助系统等组成,具有零排放、无污染的特性,充电十分钟即可续航25公里。
2017年11月,智轨列车入围“比兹利年度最佳设计奖”。2021年7月21日,
中车株洲电力机车研究所有限公司自主研发的“虚拟轨道智能快运系统关键技术及应用”项目荣获
湖南省技术发明
一等奖。
历史沿革
智能轨道快运系统于2010年由中车株洲所副总经理、总工程师
冯江华首次提出概念。2011年实现
仿真平搭建。
2013年,中车株洲所闯入“无人区”,启动虚拟轨道列车研发;2014年,一列18米长的“敞篷”验证车下线,最终技术方案定在通过多轴转向协同控制来实现轨迹跟随,利用光学导向确定列车前进轨迹;2015年,35米长的原理样车研发成功,实现可以同物理轨道列车一样向前前进;2016年,32米长的最终定型工程样车亮相。
2017年6月2日,由
中车株洲电力机车研究所有限公司(以下简称“中车株洲所”)研制的智轨列车,一种全新交通产品在株洲首次亮相。同年10月23日,全球首列智轨列车正式上路运行,奔驰在3公里长的体验线上。位于株洲神农大道的智轨体验线车道宽3.75米,布局在城市主干道中央绿化带两侧,站点设置并无特别,列车车厢内装饰与火车相似,电子显示屏及时提示到站位置,最高时速可达70公里。11月智轨列车入围“比兹利年度最佳设计奖”。
2018年5月8日,全球首条智能轨道快运系统示范线——株洲智轨A1线路(首期)在湖南株洲城区开通试运行,试运行阶段为期三个月。2018年有意向即将开通智轨线路的城市超过6个。
2019年初,智轨电车在哈尔滨市经过一个多月的低温性能测试、场地试跑,智轨列车在哈尔滨通过了13项涉及低温环境和冰雪路面等工况下的测试,测试结果表明智轨列车具备在北方严寒地区极端气候下运营的能力。2月22日起在
哈尔滨新区世茂大道沿线试跑,22日、23日两天为空车试跑,2月24日开始载客试跑,持续到3月初结束。
2019年7月10日,智轨列车首次出海试跑,7月10日至7月24日在
卡塔尔首都
多哈接受极热环境测试,测试道路温度高达70度;此次智轨列车的测试道路为卡塔尔既有的交通线路,线路里程长达70公里,超过目前国内测试距离。12月31日,一条贯穿
宜宾市中心城区、全长17.7公里的智轨T1线上,世界上首列智轨列车开始全线试运营。在宜宾首先开通的是3节编组智轨列车,车长30多米,每列最大载客人数307人,最高车速70公里/小时。智轨列车采用高铁柔性编组模式,能够根据客流变化调节运力。比如变3节编组为5节编组时,载客可超过500人。
2021年7月,
哈尔滨新区智轨1号线项目实施试运行,全长18.2公里,设置车辆总段1座,站台建筑7座,配车10列。8月载客试运行,试运行期间免费。2022年6月7日,两列智轨从宜宾发运至成都东山国际停车场,经过近一个月的组装、调试、空载试跑验证后,将于7月4日开始在成都市正式载客试跑,持续到7月12日结束。
2023年7月14日晚,由
中车株洲电力机车研究所有限公司自主研制的氢能源智轨电车在湖南株洲顺利装运发车。这是首批交付东南亚地区的智轨电车。7月25日至8月13日在成都快速公交K7线区间内载客试跑,全长12.5公里,全程约行驶30分钟。线路起讫点为五桂桥站—东安湖站,停站10座。
智轨原理
智能轨道是虚形轨道,并非“虚拟”轨道。智轨列车采用了“虚拟轨道跟随控制”技术。它通过车载各类
传感器识别路面虚拟轨道线路,将运行信息传送至列车中央控制单元,根据中央控制单元的指令,在保证列车实现牵引、制动、转向等正常动作的同时,能够精准控制列车行驶在既定“虚拟轨迹”上,实现智能运行。
组成结构
智轨快运系统主要由列车、车站、导向标线、车辆基地、通信及信号系统、供电系统及其他辅助系统等组成。与现代
有轨电车相比,智轨快运系统取消了
钢轨,其导向标线和导向控制系统代替了传统钢轨的导向作用。与18m长的公交车相比,增加了约50%的载客量,同时利用多轴转向技术实现轨迹跟随,解决了18m公交车转弯时后轮内偏的问题。
组成一。智轨快运列车采用100%低地板胶轮车辆,集成了车载通信信号终端,具有自主导向功能,可沿地面导向标志行进。车辆采用了系统集成、轨迹跟随、牵引-制动-转向协同控制、列车运行多网融合控制、
智能驾驶、车-地-人信息
耦合等六大核心技术。其中,轨迹跟随和牵引-制动-转向协同
数字技术保证了智轨快运系统的无轨化和小半径转弯能力。列车设置了前后2个司机室,可实现折返功能。车体大量使用了
碳纤维及铝合金等低密度材料,有效减轻车体质量。车辆的低地板结构(小于330mm)、全通透玻璃窗、人性化座椅等设计,提升了其美观和舒适性。株洲智轨体验线(一期)工程使用的3节编组列车采用(带司机室的
动车)Mcl+T(拖车)+Mc2编组形式。
组成二。车站是乘客候车区域,设置了相关的通信及信号系统终端设备。如有必要,也可设置安全门、
闸机和自动售检票系统等。
组成三。导向标线为画在路面上的双虚线,无需额外预埋感应设备,可代替轨道对列车进行导向,其材质为反光型道路标志涂料。
组成四。车辆基地是停放、清洗、检修车辆的区域,可结合需求设置辅助车间、变电所、办公用房等辅助生产房屋。城市内第一条智轨线路车辆基地一般可与控制中心合建。
基本参数
关键技术
轨迹跟随控制技术
通过在车辆上安装惯性传感器或角度传感器等
传感器来检测车辆的姿态、坐标等信息,增加前进方向上后车轮与前轮的轨迹重合率,减小转向“内轮差”,降低“视线死角”带来的影响,从而保障其整体通过性和转向性能,精准控制列车在既定“虚拟轨迹”上智能运行。因此,智轨列车以胶轮取代了传统的钢轮钢轨,不需要铺设专有的物理轨道。
车辆的系统集成技术
各子系统模块化和设计的功能都进行了逐一规划,也构建了智能轨道快运系统在路面运行过程中间的逻辑控制和整段功能,列车为了适应城市需要,可以进行模组化的集成,实现从2辆到5辆这样一个全列的组合。
智能驾驶
智轨列车嫁接了人工智能技术,其中就包括高精准定位,通过快速的通讯实现辅助驾驶,从而让驾驶更加安全。
主动安全的技术
列车在运行过程中很可能会出现有其他车辆侵入的情况,列车必须要有相应的安全保障措施。除了列车车体的安全保障外,远运用了图像识别、图像动态拼接和传感器融合等技术,实现了对无物理轨道下车辆自身的约束,同时也能对周边侵入物进行保护。比如:车辆在未授权偏离虚拟轨道,或有外部物体侵入车辆限界,可以采用封锁动力、紧急制动等技术手段避免事故发生。
牵引制动协同控制技术
列车的动力基于永磁驱动,并通过分布式动力协同控制技术实现协同控制,实现13%的爬坡能力,远高于传统
有轨电车6%的爬坡能力。
无网供电技术
列车采用电池方式供电,并支持多种供电方式,每次充电时间为10分钟,续航里程最高可达25公里。
多任务承载TCSN控制技术
这是国际上最先进的用于车载的网络技术,因为运用了宽带技术,通过这一网络平台,能够承载既有控制,又能实现对车辆设备的监测等功能。
车、地、人信号耦合技术
在有限的道路资源情况下,这一技术能够让列车在路口享有优先通行权,达到快捷运输的目的。
智轨特点
优点
资金投入成本低。无需铺设
钢轨,对于原本道路建设改变小;整车车辆小,单轴承承载低,无需对既有路面和桥梁进行结构加强;可借助现有的道路交通管理系统,无需大批量改造运输道路的信号系统;纯电动车,不需要像传统电车一样铺设电网,节省了供电网络建设成本。
运行能耗低。智轨列车采用的是株洲所自主研发的永磁牵引控制技术,该牵引系统的电机
额定功率达到98%。同时智轨列车使用
超级电容,是纯电动车,首末站充电,单次充电只需要10min,可满载行驶25km。
基础建设周期短。智轨列车的路面建设主要为绘制店面标志线,不需要铺设钢轨铺设;智轨列车路线建设可以借用城市现有道路运营,缩短了道路规划,拆迁和建设周期。
运营灵活。智轨列车采用共享
路权方式,运营线路布置灵活;转弯半径小,双向行驶无需掉头,可以适应老城区相对狭窄的道路;可实现自动驾驶,半自动驾驶。
缺点
运量较低。智轨列车列车的运量为中等水平,实现大运量运输较为吃力,难以应对突发性客流。
易引发突发事故。智轨列车无独立路权,极易受社会车辆干扰,引发不必要的安全事故;占用大量的道路资源,可能会影响社会车辆交通运输;同时自动驾驶技术还未完全成熟,稳定性有待于提高。
不确定性高。智轨列车作为新型交通方式,管理以及应急方案不够完善,相应的运行制度规章还有待完善。
区别对比
传统轨道列车由供电、车站、车辆、有型轨道、运行控制中心以及检控中心六大部分组成。智轨列车是融合了现代
有轨电车和公共汽车各自优势的一种新型交通工具,在供电、车站、运行、检修方面与传统轨道列车几乎没有差别,而在车辆方面配备了智能控制系统,且它不需要轨道物理承载以及约束车辆,而是通过虚拟轨道标线来指引列车走向。
智轨列车主要承担的是中运量的运输,在爬坡能力以及最小转弯半径上更有优势。同时,智轨列车采用双车头设计,不需要掉头即可反向运行,解决了车身长带来的困扰,运行更为灵活。相较于地铁,智轨的建设只需在原有道路基础上进行改造,建设周期较短、建设成本较低。相较于有轨电车,智轨列车具有
超级电容,有着强大的续航能力。列车进站后充电10min就可以在满载的情况下运行25km,不需要过多的牵引线网布置,一定程度上节约了建设成本和
电能。此外,其信号系统为减少冲突的发生以及路口的延误,设有路口优先控制系统以及移动
路权系统等,使智轨列车具有道路优先权,保证列车优先安全运行。
适应场景
1.适用于早晚高峰时段客流量大,但其他时段客流量较小的路段。采用分时半独立路权的智轨快运系统,在高峰时段采用
城市轨道交通运营模式,在客流量小时采用混合路权的公交车运营模式,可有效解决客流不均衡导致的车辆空跑或车内拥挤问题。
2.适用于城市轨道交通建设有需求但经济能力相对较弱的城市。智轨快运系统可以适应绝大多数城市道路,一般情况下无需对道路进行大规模改造,可直接在道路上行驶,是目前投资最省的城市轨道交通制式之一,也是支撑中小城市发展城市
轨道交通的福音。
3.适用于旅游城市。智轨快运系统的车辆采用100%低地板设计,车身美观大气,车内设置人性化座椅,车辆外形可结合城市特色定制。适合旅游城市打造特色化旅游线路和城市名片。
场景四。适用于已建设或规划建设BRT线路的城市。智轨快运系统既可看作
有轨电车的“去钢轨版”,又可看做BRT的加强版。BRT线路稍加改造即可运行智轨快运列车,因此,对于已建设运营或规划建设BRT线路的城市,均可直接用智轨快运系统车辆代替BRT车辆,以提高运量。
市场分析
截至2017年,中国已有50个
城市规划了中运量轨道交通项目,总里程6000公里,投资近万亿元。智轨列车发布仅4个月,已吸引70多个国内城市以及
美国、
英国、
德国、
俄罗斯、澳大利亚、新西兰等国前来中国考察和交流。
获得荣誉
关联技术
自导向巴士
自导向巴士已有一定的运营历史。例如有采用光学导向系统进行导向的
无轨电车,该无轨电车借助
图像处理技术,利用车辆前方摄像头扫描地面导向标识线,将采集到的图像数据实时传输至车载
计算机,车载计算机将这些数据与车辆的速度、偏离值、车轮角度等动态参数一并进行分析处理,然后给转向系统传达指令,以控制车辆的行驶方向,使车辆实际运行轨迹与地面导向标识线基本相符。
最早将光学导向系统应用于公共交通领域的是西门子公司,其交通部门研发的光学导向系统(Optiguide)在
法国和德国得到了应用,Optiguide系统不控制车辆启动、停止和速度,仅对车辆进行自动导向,必要时驾驶员也可以手动操控车辆方向。
2001年,法国北部城市
鲁昂采用Optiguide系统建设了其公共交通网络(TEOR),TEOR由T1、T2和T3三条线组成,鲁昂在城市最为拥挤区域建设了一条公交专用走廊,由T1、T2和T3共享,但该Optiguide系统只有在公交专用走廊才发挥作用,在非公交专用走廊依然采用普通公交的手动驾驶方式。
2008年,
西班牙卡斯特利翁省建设了西班牙首条Optiguide系统的
无轨电车,线路全长8公里,车站19座,最高运行速度70公里/时,驾驶员也可以手动控制车辆方向。
电磁导向系统的无轨电车
除了光学导向系统外还有采用电磁导向系统的无轨电车,它通过埋设于路面下的磁性信号标志进行导向,首个电磁导向系统(Phileas系统)由
荷兰SRE运输联盟与
庞巴迪公司等企业合作开发,荷兰一家Frog导航公司也开发了一套类似系统(FROG系统),采用在路表面嵌入小型磁性信标的技术。
Phileas系统能控制车速,并进行自动导向。自2004年开始,荷兰相继建设了两条这样的线路,总长约15公里。但Phileas系统存在问题较多,经常会出现急加速和紧急停车等故障,系统抗
电磁干扰能力弱。2008年,荷兰SRE停止使用该系统,之后车辆制造商APTS也于2014年破产。
路边引导巴士
路边引导巴士 (KGB) 引导机制是早期动力轨道,早于铁路的发展。因此,1809年的格洛斯特和
切尔滕纳姆电车路被认为是最早的引导公交专用道。早期此类通道不载客。
第一个现代引导公交专用道系统于1980年在德国埃森启用。这最初是一条示范跑道,但定期扩建,截至2019年仍在运营。