復(fù)興號(hào)智能型動(dòng)車組總體研發(fā)設(shè)想

馬 凱

(中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司工程研究中心，130062，長(zhǎng)春//高級(jí)工程師)

復(fù)興號(hào)智能型動(dòng)車組作為2022年北京冬季奧運(yùn)會(huì)的重大交通設(shè)施，建設(shè)好、運(yùn)營(yíng)好的意義十分重大。中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司在綠色、共享、開(kāi)放、廉潔的辦奧精神指導(dǎo)下，擬在時(shí)速350 km 的8輛編組中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組平臺(tái)基礎(chǔ)上，研發(fā)展現(xiàn)奧運(yùn)會(huì)人文關(guān)懷和中國(guó)高速鐵路創(chuàng)新成就的精品動(dòng)車組——復(fù)興號(hào)智能型動(dòng)車組。

1 總體研發(fā)思路

1.1 動(dòng)車組內(nèi)飾及涂裝

開(kāi)展動(dòng)車組車內(nèi)裝飾研究，通過(guò)車內(nèi)布置、材料選擇、燈光布局、色彩搭配、設(shè)備造型、多媒體設(shè)置等，營(yíng)造溫馨舒適的乘坐環(huán)境，體現(xiàn)中華元素和奧運(yùn)主題。運(yùn)用現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)，通過(guò)色彩、造型等組合搭配，展現(xiàn)奧運(yùn)特色和中國(guó)時(shí)代特色。

1.2 定制化車內(nèi)設(shè)施

研究既能滿足我國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)要求，同時(shí)兼顧奧運(yùn)會(huì)期間特殊運(yùn)營(yíng)需求的設(shè)計(jì)方案。車內(nèi)布置及服務(wù)設(shè)施根據(jù)奧運(yùn)會(huì)需求進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)，綜合考慮旅客、冬奧會(huì)注冊(cè)人群、殘障人士等多樣性乘坐需求，對(duì)設(shè)施布置、車門、行李存放、殘疾人設(shè)備設(shè)施、注冊(cè)媒體專用車廂設(shè)置等進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。研究冬奧會(huì)結(jié)束后，動(dòng)車組可較方便地恢復(fù)至?xí)r速350 km中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組的基本配置。

1.3 智能型動(dòng)車組

研究與智慧鐵路相匹配的動(dòng)車組自動(dòng)駕駛技術(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組狀態(tài)全面實(shí)時(shí)監(jiān)控、工作狀態(tài)自感知、運(yùn)行故障自診斷、導(dǎo)向安全自決策等智能化技術(shù) ,保障列車持久安全運(yùn)行。應(yīng)用大數(shù)據(jù)融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車-車、車-地、地-地信息實(shí)時(shí)傳輸，為司乘和維保人員的作業(yè)提供智能化指導(dǎo)信息，全面提高動(dòng)車組使用效率。

1.4 智能化服務(wù)

研究實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組車載Wi-Fi信號(hào)全覆蓋；通過(guò)車載終端或旅客APP等方式為旅客提供多樣化信息服務(wù)，如車內(nèi)娛樂(lè)、奧運(yùn)咨詢、旅行信息服務(wù)等；實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)旅客提供個(gè)性化及無(wú)障礙服務(wù)。

1.5 綠色環(huán)保與安全舒適性

針對(duì)運(yùn)營(yíng)線路特點(diǎn),根據(jù)環(huán)境和運(yùn)營(yíng)需求，開(kāi)展動(dòng)車組適應(yīng)性、減振降噪和節(jié)能環(huán)保研究，提高旅客乘坐舒適性和環(huán)境適應(yīng)性。

2 總體技術(shù)方案

2.1 列車組成

列車采用4動(dòng)4拖的8輛動(dòng)力分散式單層電動(dòng)車編組，軸重不大于17 t。列車具體編組方式為Tc+M+Tp+M+M+Tp+M+Tc，其中：Tc(1、8號(hào)車)為帶司機(jī)室的拖車；M(2、4、5、7號(hào)車)為動(dòng)車、Tp(3、6號(hào)車)為帶受電弓的拖車。列車總體布置如圖1所示。

圖1 復(fù)興號(hào)智能型動(dòng)車組總體布置

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

復(fù)興號(hào)智能型動(dòng)車組的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 復(fù)興號(hào)智能型動(dòng)車組主要技術(shù)參數(shù)

2.3 奧運(yùn)定制化內(nèi)飾

車廂內(nèi)飾方案充分考慮我國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)的要求，同時(shí)兼顧考慮奧運(yùn)期間的特殊運(yùn)營(yíng)需求，展示奧運(yùn)主體和中國(guó)元素，提供冬奧運(yùn)的定制化設(shè)施,體現(xiàn)綠色環(huán)保及安全舒適等主題，為旅客提供人性化、多樣化、自主化旅行服務(wù)。車上布置及服務(wù)設(shè)施可根據(jù)奧運(yùn)需求進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)，奧運(yùn)結(jié)束后，可較方便地恢復(fù)至?xí)r速350 km 8輛編組中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組基本配置。內(nèi)飾主要效果見(jiàn)圖2。

3 技術(shù)創(chuàng)新

國(guó)家已決定將新一代人工智能(AI)技術(shù)納入科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目之中，而復(fù)興號(hào)智能型動(dòng)車組的智能技術(shù)研究與應(yīng)用已成為科技攻關(guān)的核心目標(biāo)之一。復(fù)興號(hào)智能型動(dòng)車組的技術(shù)創(chuàng)新一方面需要突破現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸，形成在國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，構(gòu)建起全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)支撐體系；另一方面需要突破前沿領(lǐng)域和國(guó)家戰(zhàn)略需求的關(guān)鍵技術(shù)，為培育我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)提供引領(lǐng)。技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

a) 座席

b) 餐飲服務(wù)區(qū)

3.1 駕駛自動(dòng)化

為提高運(yùn)輸效率、降低司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度、保障旅客上下車的人身安全，在現(xiàn)行高速鐵路列控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加列車自動(dòng)駕駛(ATO)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)車站自動(dòng)發(fā)車、區(qū)間自動(dòng)運(yùn)行、車站自動(dòng)停車、車門開(kāi)閉防護(hù)、ATO自動(dòng)開(kāi)關(guān)門及車門/站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制。ATO自動(dòng)駕駛技術(shù)系統(tǒng)原理見(jiàn)圖3。

圖3 ATO自動(dòng)駕駛技術(shù)系統(tǒng)原理框圖

3.2 運(yùn)維智能化

(1) 智能檢測(cè)和診斷技術(shù)。通過(guò)復(fù)合傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組多維度工作狀態(tài)的主動(dòng)感知，為智能診斷、安全監(jiān)控和動(dòng)車組智能運(yùn)維提供數(shù)據(jù)支持。

根據(jù)動(dòng)車組的運(yùn)用和維護(hù)需求，進(jìn)一步優(yōu)化動(dòng)車組智能診斷系統(tǒng)，完善故障自診斷功能，采用列車通信網(wǎng)+以太網(wǎng)的總線構(gòu)架，通過(guò)設(shè)備定點(diǎn)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組狀態(tài)的全面實(shí)時(shí)監(jiān)控、工作狀態(tài)自感知、運(yùn)行故障自診斷、導(dǎo)向安全自決策，以保證列車持久安全運(yùn)行。

(2) 車地信息實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)車地信息實(shí)時(shí)傳輸，提升遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸能力，采用第4代(4G)移動(dòng)通信技術(shù)并具備擴(kuò)展為下一代(5G)移動(dòng)通信技術(shù)的技術(shù)平臺(tái)，增加數(shù)據(jù)傳輸帶寬，提升數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸效率，為地面大數(shù)據(jù)分析提供支持。

(3) 故障預(yù)測(cè)與健康管理(PHM)技術(shù)。在車載安全監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研發(fā)地面PHM系統(tǒng)，通過(guò)動(dòng)車組狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)處理和與歷史數(shù)據(jù)的對(duì)比分析處理，基于大數(shù)據(jù)分析與處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)高速列車運(yùn)行狀態(tài)安全評(píng)估和服役性能預(yù)測(cè)，提前發(fā)現(xiàn)和處理動(dòng)車組潛在故障，最大程度地降低因故障導(dǎo)致的停運(yùn)維修，提供并優(yōu)化維修決策和維修保障手段，提升動(dòng)車組的運(yùn)行安全性和運(yùn)維經(jīng)濟(jì)性。PHM組織架構(gòu)如圖4所示。

圖4 故障預(yù)測(cè)與健康管理(PHM)組織架構(gòu)

3.3 旅客服務(wù)智能化

(1) 無(wú)線Wi-Fi系統(tǒng)采用衛(wèi)星通信和3G/4G技術(shù)相結(jié)合的方式，通過(guò)單車服務(wù)器搭載高性能Wi-Fi天線實(shí)現(xiàn)車載無(wú)線Wi-Fi全列車覆蓋，為旅客提供多樣化咨詢服務(wù)，包括點(diǎn)餐、旅游資訊查詢、影音娛樂(lè)、外網(wǎng)資源訪問(wèn)、電視直播等功能。

(2) 利用LCD顯示技術(shù)實(shí)現(xiàn)列車內(nèi)、外顯示屏功能和電視分屏顯示功能，利用智能信息顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能交互終端功能，實(shí)現(xiàn)提供中、英文列車運(yùn)行、環(huán)境和開(kāi)門提醒等服務(wù)信息的目的。車外信息顯示屏如圖5所示，車內(nèi)電視分屏顯示如圖6所示。

3.4 綠色環(huán)保技術(shù)

(1) 車外噪聲控制，包括：優(yōu)化車頭形狀及車身表面凸凹結(jié)構(gòu)，降低氣動(dòng)噪聲；優(yōu)化轉(zhuǎn)向架裙板結(jié)構(gòu)，降低轉(zhuǎn)向架區(qū)域?qū)ν廨椛湓肼?；?yōu)化受電弓導(dǎo)流罩結(jié)構(gòu)，降低受電弓氣動(dòng)輻射噪聲。車外噪聲重點(diǎn)控制區(qū)域如圖7所示。

圖5 車外信息顯示屏

圖6 車內(nèi)電視分屏顯示界面

圖7 車外噪聲重點(diǎn)控制區(qū)域

(2) 設(shè)置廢水再利用裝置，如將洗手盆廢水收集處理后用于便器沖洗。此舉使凈水節(jié)水率可達(dá)10%以上，每個(gè)水箱可延長(zhǎng)持續(xù)使用時(shí)間約1.2 h。

3.5 安全舒適性

(1) 以故障導(dǎo)向安全為原則，設(shè)置集成化安全車載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。基于復(fù)興號(hào)CR400BF型動(dòng)車組成熟技術(shù)，提高零部件的可靠性，并對(duì)整車安全性設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化提升。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)走行部軸承振動(dòng)狀態(tài)，結(jié)合軸承溫度信息，提前預(yù)防軸承故障，確保行車安全。完成由單部件、單車級(jí)安全監(jiān)測(cè)到多系統(tǒng)、整車級(jí)、交互監(jiān)測(cè)的提升。

(2) 視頻監(jiān)控系統(tǒng)接入列車級(jí)千兆以太網(wǎng)系統(tǒng)，使地面指揮中心可通過(guò)5G通信技術(shù)實(shí)時(shí)調(diào)取車內(nèi)監(jiān)控畫(huà)面。

(3) 車內(nèi)壓力波動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)控制，并可通過(guò)ATP信號(hào)提前獲取隧道信息，提高車內(nèi)壓力控制精準(zhǔn)度，提升乘客舒適性。

(4) 座椅從外觀造型、人機(jī)工程、墊材等方面進(jìn)行優(yōu)化，綜合提升一等、二等和商務(wù)座椅舒適性；增加小桌板滑動(dòng)功能，減小前排座椅靠背后傾對(duì)后排乘客使用小桌板的影響。

(5) 為提高接觸網(wǎng)斷電情況下的應(yīng)急處置能力，增加列車應(yīng)急自走行工作模式，新增滿足低溫運(yùn)行環(huán)境要求的動(dòng)力電池系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急牽引和空調(diào)應(yīng)急供電。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，中國(guó)高速鐵路在掌握世界先進(jìn)技術(shù)裝備的基礎(chǔ)上，正在向智能化方向發(fā)展，全力推進(jìn)智能鐵路藍(lán)圖。智能型動(dòng)車組將實(shí)現(xiàn)鐵路客運(yùn)更加安全可靠、更加經(jīng)濟(jì)高效、更加溫馨便捷的目標(biāo)。

結(jié)合京張高速鐵路智能型動(dòng)車組項(xiàng)目的實(shí)施，通過(guò)研制引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展方向、展現(xiàn)創(chuàng)新能力的復(fù)興號(hào)智能型高速動(dòng)車組，通過(guò)自主創(chuàng)新、正向設(shè)計(jì)及自主核心技術(shù)的掌握，使得我國(guó)在自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面形成核心及外圍技術(shù)專利群，進(jìn)一步夯實(shí)中國(guó)高速鐵路“走出去”的技術(shù)基礎(chǔ)。