永磁磁浮空軌系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

楊 杰，高 濤，鄧永芳,3,楊 斌,3

(1.江西理工大學(xué) 永磁磁浮技術(shù)與軌道交通研究院，江西 贛州 341000；2.江西省磁懸浮技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000；3.離子型稀土資源綠色開發(fā)與高值利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000)

磁懸浮系統(tǒng)是現(xiàn)代科技的集大成者，其概念最早于一百年前由德國工程師赫爾曼·肯佩爾提出，于20世紀(jì)70年代開始研制電磁懸浮列車。日本緊隨其后，并借助超導(dǎo)材料的突破，成功建成時(shí)速達(dá)603 km的山梨試驗(yàn)線。近年來，隨著永磁材料、電子信息、精密機(jī)械加工等學(xué)科領(lǐng)域的快速發(fā)展，使得永磁磁懸浮軌道交通系統(tǒng)成為了可能。

江西理工大學(xué)基于我國稀土資源優(yōu)勢，針對贛南稀土永磁材料產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能過剩、附加值低的問題，積極探索永磁材料的重大工程應(yīng)用領(lǐng)域，于2014年提出一種新型永磁磁浮軌道交通系統(tǒng)——“虹軌”，并于2019年建成試驗(yàn)線，系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 “虹軌”交通系統(tǒng)

該系統(tǒng)具有節(jié)能環(huán)保、成本低、工期短、選線靈活、占地少等優(yōu)勢，特別適用于中小城市、景區(qū)、機(jī)場接駁、商務(wù)中心、特色小鎮(zhèn)等人與自然和諧發(fā)展的生態(tài)型交通需求，對于沿江、環(huán)湖、海邊、高寒、荒漠等常規(guī)軌道交通制式難以適用的場合也能很好地適用。同時(shí)，也可以作為地鐵等大運(yùn)量交通方式的末端接入，是大型城市最后一公里問題的理想解決方案。該系統(tǒng)不僅拓展了軌道交通運(yùn)輸新模式，成為觀光旅游、區(qū)域接駁、城鄉(xiāng)連接的新制式、新載體、新平臺，也將成為“新基建”的有效投資載體。同時(shí)解決了稀土永磁材料產(chǎn)業(yè)面臨的產(chǎn)能過剩、附加值低的問題，具有重要意義。

1 空軌列車發(fā)展現(xiàn)狀

城市化進(jìn)程的不斷深入是人類文明不斷向前的一個(gè)重要標(biāo)志。隨著城市規(guī)模的不斷刷新，對交通運(yùn)輸?shù)男枨蟪掷m(xù)攀升。城市交通系統(tǒng)承載力與通勤需求的交互式增長是我國過去幾十年城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的主旋律，而下一代公共交通運(yùn)輸系統(tǒng)逐步向綠色、智能、安全等可持續(xù)化發(fā)展方向邁進(jìn)，這也為以“虹軌”為代表的一類空軌交通系統(tǒng)提供了新的發(fā)展高潮與時(shí)代機(jī)遇。

自1900年德國烏帕塔爾的膠輪式空中軌道列車開通至今，全球各地相繼提出了多種懸掛式軌道交通制式(圖2)，如國內(nèi)中車機(jī)車公司的新能源懸掛式單軌列車[1]、比亞迪跨坐式云軌[2]以及中鐵工業(yè)推出的“新時(shí)代號”空軌列車[3]。國外有以色列的SkyTran[4-6]、俄羅斯SkyWay軌道纜車[7]、德國多特蒙德的空軌專列[8]等。在眾多空軌系列中，輪軌式懸掛和旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動模式依然為主流方案，而SkyTran列車致力于發(fā)展個(gè)人快速公交系統(tǒng)(Personal Rapid Transit，PRT)，引入了較為前沿的磁懸浮技術(shù)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)、加工、實(shí)現(xiàn)難度較大，至今尚未在工程應(yīng)用上取得實(shí)質(zhì)性突破。

在永磁材料應(yīng)用方面國內(nèi)外先后提出多種制式。首先，將永磁體引入到電磁懸浮和超導(dǎo)懸浮結(jié)構(gòu)中，形成永磁電磁混合懸浮技術(shù)(PEMS)[9-10]和具備釘扎效應(yīng)的超導(dǎo)永磁懸浮技術(shù)(HTS-PM)[11-12]；催生了中國“世紀(jì)號”[13]、巴西MagLev-Cobra[14]、德國Supra Trans Ⅱ[15]等新制式相繼登場亮相。其次，單純憑借永磁磁場實(shí)現(xiàn)懸浮的永磁懸浮制式，例如MAS磁懸浮列車[16]、中華06號輕型吊軌磁浮列車[17]、美國Magtube[18]以及意大利Urban Maglev system[19]等；值得注意的是美國Magplane[20]也提出發(fā)展純永磁懸浮方案。

圖2 現(xiàn)有空軌列車系統(tǒng)

2 虹軌系統(tǒng)組成

“虹軌”系統(tǒng)采用懸掛式永磁懸浮結(jié)構(gòu)，通過永磁體之間的斥力承載靜態(tài)載荷，依靠永磁直線電機(jī)實(shí)現(xiàn)非接觸式驅(qū)動。

懸掛式新型稀土永磁磁浮軌道交通系統(tǒng)主要圍繞多領(lǐng)域創(chuàng)新集成工藝的車輛承載系統(tǒng)優(yōu)化與性能評估和走行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；系統(tǒng)供電與牽引控制的長定子牽引直線電機(jī)驅(qū)動技術(shù)和測速定位技術(shù)研究；系統(tǒng)通信與控制的車輛自動節(jié)能駕駛與多任務(wù)智能調(diào)度平臺建設(shè)與優(yōu)化；高性能材料的低磁偏角、高穩(wěn)定性、高服役性永磁材料研發(fā)和輕量化鋁合金材料結(jié)構(gòu)與性能研究。系統(tǒng)斷面結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1-限高輪；2-受電軌；3-導(dǎo)向系統(tǒng)；4-懸浮系統(tǒng)；5-車廂吊桿；6-直線驅(qū)動系統(tǒng)；7-測速定位系統(tǒng)；8-天梁托臂。圖3 “虹軌”截面結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 懸浮導(dǎo)向控制系統(tǒng)2.1.1 永磁懸浮系統(tǒng)

永磁懸浮最大的特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)零功率懸浮，但懸浮磁場不可控；而電磁懸浮可控性較好，但能耗高?！昂畿墶毕到y(tǒng)將永磁懸浮與電磁懸浮的優(yōu)勢進(jìn)行融合互補(bǔ)，采用“永磁Halbach陣列車載，電磁懸浮為穩(wěn)態(tài)調(diào)控”的新型混合懸浮模式?？捎行п槍I廂來自乘客、風(fēng)阻、陡坡等不穩(wěn)定擾動狀態(tài)抑制與懸浮姿態(tài)調(diào)整。在文獻(xiàn)[21]證實(shí)了永磁體結(jié)構(gòu)磁場能力受磁體屬性影響的同時(shí)，與磁體間位置關(guān)系保持嚴(yán)格的非線性關(guān)系，為本項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)選型提供了一定的借鑒價(jià)值。綜合考量工程軌道寬度、磁體性能、軌道制作成本、懸浮高度及重量等因素，最終選用簡版Halbach陣列作為本項(xiàng)目的懸浮磁軌與車載懸浮塊，如圖4所示。

圖4 Halbach陣列磁軌樣圖

結(jié)合車輛懸浮架的基本結(jié)構(gòu)，借助Ansof軟件對永磁陣列產(chǎn)生的靜態(tài)懸浮力進(jìn)行有限元仿真。其中，永磁塊按照4段式分布，每段保持150 mm長度，永磁體尺寸選用圖4(b)中的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，取長×寬×高為150 mm×30 mm×30 mm和150 mm×20 mm×20 mm，永磁塊選取燒結(jié)釹鐵硼N48型號(常溫)，仿真結(jié)果如下：

如圖5所示，永磁磁浮載荷能力與懸浮間隙呈非線性關(guān)系，且在懸浮間隙極小/極大的情況下，懸浮衰減率偏高，接近指數(shù)型遞減。當(dāng)列車懸浮高度控制在20 mm左右時(shí)，可以有效車載1.5 t左右的質(zhì)量。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)室樣品測試與仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行對比驗(yàn)證，證實(shí)了仿真結(jié)果及設(shè)計(jì)方法真實(shí)有效。實(shí)驗(yàn)室樣品由實(shí)際尺寸等比例縮減至60 mm×10 mm×10 mm(長×寬×高)的N45永磁體拼裝組成?？紤]到磁軌與磁軌幾何中心偏差對懸浮力及側(cè)向力的影響，在仿真計(jì)算中選取了多種位置關(guān)系予以覆蓋。懸浮高度在[0,15]mm的范圍內(nèi)，水平偏差量在[0,2]mm的范圍內(nèi)，以步長為1 mm進(jìn)行枚舉，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖5 車載永磁體的懸浮力曲線與截面磁場分布圖

圖6 垂向懸浮試驗(yàn)與模擬樣本數(shù)據(jù)對比

由圖6可知，承載力的有限元仿真數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，實(shí)際垂向懸浮力與仿真曲線基本保持一致，且仿真誤差基本集中在懸浮間隙過小的時(shí)候。受實(shí)際磁體性能誤差及磁場側(cè)向力的非線性變化的影響，實(shí)際數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)之間誤差可以忽略不計(jì)，為后續(xù)的懸浮穩(wěn)定控制提供了技術(shù)支撐。

在上述仿真基礎(chǔ)上分別選取水平偏移量2 mm(樣本數(shù)據(jù)4)和水平偏差量0 mm(樣本數(shù)據(jù)3)狀態(tài)下的垂向懸浮力(參考對象為試驗(yàn)樣本)進(jìn)行誤差分析，對比結(jié)果見表1。

表1 試驗(yàn)樣本與仿真樣本數(shù)據(jù)對比

由表1可知，樣本數(shù)據(jù)3的誤差率隨著懸浮間隙的降低逐步攀升，呈非線性遞增，誤差最高可達(dá)10.82%。而樣本數(shù)據(jù)4的誤差在懸浮間隙較大時(shí)呈遞減趨勢，而后基本維持在2%范圍內(nèi)波動。值得注意的是，在懸浮間隙為1 mm時(shí)刻均出現(xiàn)相對較大的誤差波動。將兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行對比不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)懸浮間隙較大時(shí)，試驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)與水平偏差0 mm時(shí)刻數(shù)據(jù)基本保持一致，當(dāng)懸浮間隙逐步縮小，試驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出向水平偏差2 mm的樣本靠攏趨勢。這也意味著，除去實(shí)際生產(chǎn)誤差影響之外，永磁懸浮結(jié)構(gòu)受水平偏差量的影響較大，且與懸浮間隙成反比關(guān)系。

在懸浮特定高度下，對不同側(cè)向偏差對側(cè)向力和懸浮力的影響進(jìn)行了討論。懸浮高度保持在20 mm時(shí)，側(cè)向偏差在[-50,50]mm范圍內(nèi)枚舉，側(cè)向力和懸浮力仿真如圖7所示。

圖7 車載永磁懸浮系統(tǒng)橫向力

結(jié)合兩組曲線變化可知，永磁懸浮結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向力整體上呈對稱的正弦變化。當(dāng)車載磁軌與軌道磁軌處于對中情況(橫向位移為0 mm)，懸浮力保持最大，且導(dǎo)向力為零。然而，隨著橫向位移的逐步變大，懸浮力呈正弦波動，偏導(dǎo)力呈正弦變化。側(cè)向偏差為5 mm時(shí)，側(cè)向力約為4.5 kN，懸浮力約為14 kN；側(cè)向偏差為10 mm時(shí)，側(cè)向力約為9 kN，懸浮力約下降20%。因此，側(cè)向偏差的控制是永磁懸浮的關(guān)鍵。

2.1.2 機(jī)械導(dǎo)向系統(tǒng)

在2.1.1節(jié)對車輛負(fù)載能力的分析中，闡明了永磁懸浮結(jié)構(gòu)的可行性。同時(shí)，永磁懸浮結(jié)構(gòu)具備的無阻尼特性，也影響到列車導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與控制精度要求。為此，將借助圖6的試驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)通過數(shù)值擬合分析懸浮力與間隙之間的動態(tài)特性。

永磁懸浮力f與間隙h的擬合函數(shù)[22](取95%的置信區(qū)間)可表示為

f(h)=a×e(b×h)+f(0)

( 1 )

式中：a=675.8；b=-0.142 5；f(0)=0

由牛頓第二定律可得永磁懸浮系統(tǒng)在垂直方向的狀態(tài)方程(忽略其他擾動因素)為

( 2 )

式中：v為位移速度；m為總質(zhì)量；g為重力加速度。

根據(jù)列車在平衡狀態(tài)下的動力學(xué)特性，可得

( 3 )

將式( 2 )在平衡點(diǎn)處泰勒展開，可得線性化的狀態(tài)方程為

( 4 )

式中：K=b·g。

設(shè)x=h-h0；y=v，可得系統(tǒng)狀態(tài)空間方程為

( 5 )

由式( 5 )可得該懸浮系統(tǒng)的特征方程為

λ2+k=0

針對永磁懸浮結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定特性，以及較強(qiáng)的非線性偏導(dǎo)力，采用集機(jī)械導(dǎo)向與電磁導(dǎo)向?yàn)橐惑w的混合導(dǎo)向系統(tǒng)。在項(xiàng)目一期工程中，結(jié)合天梁的半開口結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)向架上設(shè)置如圖8所示的水平導(dǎo)向輪系統(tǒng)。水平導(dǎo)向輪系統(tǒng)主要由導(dǎo)向輪、彈簧和阻尼器組成，導(dǎo)向輪直接作用于天梁側(cè)壁，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向和回穩(wěn)功能。每個(gè)轉(zhuǎn)向架上設(shè)置8組水平輪，8組水平導(dǎo)向輪對稱分置于前、后及上、下位置。水平導(dǎo)向輪通過銷連接安裝在導(dǎo)向臂上，導(dǎo)向臂鉸接于框架結(jié)構(gòu)上，通過彈簧施加作用力，將水平導(dǎo)向輪壓在梁內(nèi)側(cè)導(dǎo)向平面上，左右為對稱結(jié)構(gòu)。

圖8 水平導(dǎo)向輪結(jié)構(gòu)

2.2 測速定位系統(tǒng)

為了適應(yīng)城市軌道交通運(yùn)營環(huán)境，在車輛測速定位系統(tǒng)中，沿用雙向定位配置，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)構(gòu)成以“載波交叉感應(yīng)回線技術(shù)為主、磁極絕對定位策略為輔”的車輛定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由交叉環(huán)線、載波發(fā)生器、磁浮天線單元、地面地址(速度)檢測單元(地面站機(jī)柜內(nèi))、通信單元、段間箱、終端箱等組成，用于檢測車輛絕對位置和速度，如圖9所示。

圖9 載波交叉感應(yīng)回線技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖

測速定位系統(tǒng)的工作原理為：運(yùn)行中的車上載波發(fā)生器產(chǎn)生48 kHz的載波信號，通過磁浮天線單元發(fā)送給交叉環(huán)線。地面地址速度檢測單元通過交叉環(huán)線感應(yīng)到不同相位變化的絕對位置地址信號和速度信號，將運(yùn)算轉(zhuǎn)換為絕對位置地址值和速度值并通過通信接口提供給地面控制系統(tǒng)。其中，交叉環(huán)線鋪設(shè)在軌道適當(dāng)位置，每1段環(huán)線(15 m)配1臺段間箱，共配置3臺段間箱，電纜末端安裝1臺終端箱，始端與地址檢測單元并接，地面信號接收框架、地面地址速度檢測單元裝于地面站機(jī)箱內(nèi)，與牽引系統(tǒng)相配套，每一臺牽引控制柜配一套地面位置、速度檢測單元；載波發(fā)生器裝于車上的控制機(jī)箱內(nèi)，磁浮天線單元(載波信號發(fā)射天線箱)安裝在車輛頂部，位于交叉環(huán)線之上，列車浮起后距離交叉環(huán)線垂直高度約 30±5 mm，實(shí)現(xiàn)了列車定位精度2.6 mm的預(yù)設(shè)目標(biāo)。載波信號發(fā)生器采用獨(dú)立電源和功放組成設(shè)備冗余工作模式，具有自診斷功能，在一套出現(xiàn)故障時(shí)自動切換至另一套工作，提高了系統(tǒng)的可靠性，如圖10所示。

圖10 地面站子系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖

磁極絕對定位策略主要依賴于一類磁碼信息編輯手段的信息識別與讀取方法。在磁碼信息識別和讀取過程中，充分利用磁性材料的磁場作用力效應(yīng)/電磁感應(yīng)原理進(jìn)行識別磁碼牌上的磁極，依次還原磁碼編輯序列，獲取原有存儲信息，從而實(shí)現(xiàn)為列車的運(yùn)行控制提供較為精準(zhǔn)的位置、路況等信息。作為對交叉回線的冗余和校正，并通過位置的變化(對時(shí)間求導(dǎo)數(shù))得到速度信息。在硬件上主要由車載磁碼識別器和磁極編碼牌構(gòu)成，其中磁極編碼牌利用磁極進(jìn)行信息編碼存儲，并依次沿軌道鋪設(shè)，由車輛攜帶車載磁碼識別器進(jìn)行沿途掃描識別和讀取位置、路況等信息，具備便捷、高效和經(jīng)濟(jì)性高等優(yōu)勢。在應(yīng)用領(lǐng)域方面，該方法可以用于中低速磁懸浮列車的車輛定位測速、路況信息獲取等功能，也適用于常規(guī)軌道交通系統(tǒng)，如管/洞道運(yùn)輸設(shè)備的絕對位置/速度的實(shí)時(shí)監(jiān)測等。

2.3 牽引驅(qū)動系統(tǒng)

在系統(tǒng)總體需求的基礎(chǔ)上，牽引驅(qū)動系統(tǒng)的具體指標(biāo)依據(jù)牽引力計(jì)算和容量估算確定。系統(tǒng)采用長定子永磁同步直線電機(jī)，以及西門子SINAMICS S120系列單軸驅(qū)動器CU310DP、PM340功率模塊及CF卡構(gòu)成牽引驅(qū)動系統(tǒng)。

驅(qū)動電機(jī)的三相定子繞組安置于天梁頂層，與車載永磁體相互對應(yīng)，采用分段式安裝；電機(jī)動子由按一定結(jié)構(gòu)順序排列的永磁體構(gòu)成，安置于懸浮架最上側(cè)的基座上，與電機(jī)定子板間隔一定氣隙，如圖3所示。定子板的電樞繞組在驅(qū)動逆變器的控制下產(chǎn)生行波磁場，電機(jī)動子在行波磁場的作用下形成非接觸牽引驅(qū)動，拖動懸浮架前行。為了降低損耗，提高牽引驅(qū)動系統(tǒng)效率，將沿線路鋪設(shè)的直線電機(jī)定子分成2段(即分段式供電方式)，實(shí)現(xiàn)直線電機(jī)高效分區(qū)牽引驅(qū)動。按照牽引優(yōu)化理論分啟動、加速、勻速、惰行和制動五大模態(tài)進(jìn)行牽引控制。

永磁同步直線電機(jī)的數(shù)學(xué)模型可表示為

( 6 )

通過交直軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和理論推導(dǎo)，其中磁鏈包括繞組電流磁通ψ及永磁體磁通ψpm，可以得到d-q坐標(biāo)系中的電壓方程為

( 7 )

d-q坐標(biāo)系中的磁鏈方程為

( 8 )

式中：Lmpm、ipm分別為永磁磁場穿越繞組線圈的電感和感應(yīng)電流。

電磁功率方程為

( 9 )

對于直線電機(jī)，輸出功率Pe=Fev，永磁體電角度速率ω=(π/τ)×v,可得電機(jī)牽引方程為

(10)

令id=0，如此將id與iq實(shí)現(xiàn)完全解耦，使得Fe與iq呈現(xiàn)出線性控制關(guān)系，可得

(11)

結(jié)合試驗(yàn)線設(shè)計(jì)要求，在Ansys仿真環(huán)境下建立三維有限元模型，進(jìn)一步論證分析驗(yàn)證車輛牽引驅(qū)動能力。沿永磁體前進(jìn)方向激勵6.24 m/s的初始速度，電源同步頻率為20 Hz，結(jié)果如圖11所示。

圖11 永磁同步直線電機(jī)牽引驅(qū)動曲線

電機(jī)驅(qū)動力在水平方向保持在約2.13 kN的水平上，且在垂向與水平偏向力方向幾乎維持在“0”附近，基本滿足車輛額定牽引的需求。懸浮模塊及驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2、表3。

2.4 車載系統(tǒng)及其他輔助設(shè)施

在車載系統(tǒng)中成功引入了AI智能技術(shù)，主要體現(xiàn)在人臉識別、關(guān)鍵物體檢測和行人統(tǒng)計(jì)以及智能車載系統(tǒng)，見圖12。

表2 懸浮模塊設(shè)計(jì)參數(shù)

表3 驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)

圖12 智能管理系統(tǒng)與車載運(yùn)控系統(tǒng)

可通過攝像頭進(jìn)行面部識別，也可由站臺閘機(jī)的人工刷卡端、移動終端的預(yù)約二維碼等方式進(jìn)行客戶信息驗(yàn)證，進(jìn)而開啟轎廂車門，啟動車載服務(wù)系統(tǒng)；由聲控(語音輸入等)、按鍵等啟動車載服務(wù)設(shè)備，并將智能化服務(wù)集中在車載GUI觸摸屏上，可由客戶自由調(diào)試不同模式，包括路線選取與優(yōu)化、運(yùn)控狀態(tài)、候車娛樂、新聞、視頻等。為了提高乘車體驗(yàn)感，虹軌系統(tǒng)具備移動終端預(yù)約、查詢車次、路線規(guī)劃等，通過APP、微信客戶端等移動終端設(shè)備通過云服務(wù)連接地面服務(wù)系統(tǒng)，完成更優(yōu)質(zhì)的個(gè)性化遠(yuǎn)端服務(wù)，適合城市白領(lǐng)、企業(yè)高管等時(shí)間敏感性人群。

在系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)中，主要由鋼柱通過橫向托臂支撐軌道天梁，并銜接于站房等部分立柱的頂部由弧形結(jié)構(gòu)形成懸掛接口，天梁通過掛板固定于立柱頂端。立柱底部通過固定螺栓固定于水泥樁基柱上，支撐鋼結(jié)構(gòu)懸于空中，使得系統(tǒng)具備占地面積小、施工周期短、不影響地面交通等優(yōu)勢。間隔一定距離設(shè)置車輛停泊站臺。每個(gè)轎廂按照“水平電梯”的自主運(yùn)行模式，具備無人駕駛功能，由地面中央控制單元的統(tǒng)一協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸組織的調(diào)度與協(xié)同控制。另外，轎廂內(nèi)部設(shè)有緊急制動、逃生軟梯、煙霧報(bào)警器等應(yīng)急設(shè)施，以提高車輛安全性以及服務(wù)質(zhì)量，確保舒適度以及乘客的出行安全。

3 總結(jié)與展望

“虹軌”致力于發(fā)展未來高品質(zhì)小型中低速磁浮交通新模式，是通勤需求得以緩解后提升交通出行品質(zhì)的下一代個(gè)性化、智能化運(yùn)輸載體；推動了永磁磁浮技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，并成功融合了無人駕駛、精確定位、傳感融合、云計(jì)算等新理論、新技術(shù)、新方法，形成了一系列關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范。目前，項(xiàng)目在國內(nèi)第一次完成了一條60 m懸掛式全永磁懸浮制式的軌道運(yùn)輸技術(shù)驗(yàn)證線，實(shí)現(xiàn)了一站一線的技術(shù)驗(yàn)證，研制了一臺全尺寸永磁磁浮車，開發(fā)了一套牽引和運(yùn)行控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了載人穩(wěn)定運(yùn)行。

目前，“虹軌”尚處于基礎(chǔ)理論研究至工程化驗(yàn)證的階段。下一步，系統(tǒng)將圍繞技術(shù)核心和成果轉(zhuǎn)化兩個(gè)層次展開技術(shù)升級完善與應(yīng)用推廣。

(1)營造全方位運(yùn)控環(huán)境。當(dāng)前工程實(shí)現(xiàn)僅僅是涵蓋直線與彎道的1∶1車軌試驗(yàn)線，主要為驗(yàn)證與支撐虹軌系統(tǒng)所涉及的基礎(chǔ)理論與可行性。搭建全面復(fù)雜的運(yùn)控環(huán)境將是進(jìn)一步的必要工作，也是技術(shù)升級與完善的前提基礎(chǔ)。其中，包括線路的坡度、平緩、長直道、山間風(fēng)口等全尺寸軌道線。

(2)懸浮導(dǎo)向模塊的優(yōu)化。在發(fā)揮永磁懸浮優(yōu)勢的同時(shí)，系統(tǒng)依然面臨永磁模塊的不穩(wěn)定與側(cè)偏力較強(qiáng)等不足，進(jìn)一步對結(jié)構(gòu)的升級與優(yōu)化將是課題組亟待解決的問題之一。而電磁懸浮技術(shù)具備的可控性與穩(wěn)定性為課題組提供了技術(shù)參考，發(fā)展一種并聯(lián)式永磁電磁混合懸浮結(jié)構(gòu)結(jié)合非對中機(jī)械結(jié)構(gòu)對車載懸浮與導(dǎo)向是一種理想的方案。

(3)車輛道岔結(jié)構(gòu)的落實(shí)。考慮永磁懸浮塊對側(cè)偏量的敏感性，對于現(xiàn)有機(jī)械被動道岔結(jié)構(gòu)，依然面臨較大的技術(shù)挑戰(zhàn)，且自身體積偏大、笨重等不足；這就需要進(jìn)一步探索出適合永磁懸浮一類的道岔結(jié)構(gòu)。

(4)成果轉(zhuǎn)化。系統(tǒng)已成功在江西興國縣落地轉(zhuǎn)化，并吸引了中鐵磁浮科技、金力永磁等行業(yè)龍頭企業(yè)參股，形成了實(shí)體化運(yùn)營公司，按照市場化的要求組織工程示范應(yīng)用、成果推廣、商業(yè)運(yùn)營等工作。進(jìn)一步，將圍繞興國縣7.4 km示范線展開成果轉(zhuǎn)化與技術(shù)升級。

(5)技術(shù)拓展。以“虹軌”為代表的永磁懸浮制式開啟了稀土永磁材料的新市場、新領(lǐng)域、新載體。對于未來發(fā)展大中型運(yùn)量載體、智能貨運(yùn)體系等具有一定的借鑒價(jià)值與開發(fā)意義。