基于高鐵運行形態(tài)的智能無人驅(qū)動座椅控制系統(tǒng)及裝置研究

楊旭東，劉夢婷，張婉婷

（1.西南科技大學城市學院；2.西南科技大學，四川 綿陽 621000）

隨著我國百萬人口城市高達130個的增長趨勢，人口規(guī)模及出行需求顯著增多，在城市基礎建設中，作為我國首要建設的高速鐵路，豐富了人們的出行方式，原則上帶來了便利與快捷。然而，因為列車座椅多，人工旋轉(zhuǎn)座椅逐個調(diào)節(jié)過程既費時又費力,嚴重影響了高鐵班次的輪換。因此，本文提出了一套座椅智能驅(qū)動控制系統(tǒng)。

1 高鐵運行形態(tài)分析

據(jù)國家鐵路局數(shù)據(jù)顯示，2011～2020年我國新增高鐵運營里程與動車保有增長率趨于正太增長的態(tài)勢，截至2020年7月月底，動車組列車運營規(guī)模已建成3.6萬公里，仍穩(wěn)居世界第一。隨著我國高鐵營運里程的數(shù)量不斷增加，客運量加大，中國鐵路動車組的數(shù)量也顯著上升，如圖1所示，2025年動車組列車需求量可達2920輛。根據(jù)座椅業(yè)內(nèi)專家測算，與動車組配套的座椅需求也會大大增加，未來我國的高鐵座椅行業(yè)將總體保持相對穩(wěn)定的增長態(tài)勢。

圖1 中國高鐵動車近10年保有量及里程數(shù)據(jù)分析

表1 高鐵運營里程數(shù)與動車數(shù)量關系測算(動車使用密度)

由上表可得，動車組列車保有量密度與高鐵運營里程數(shù)及動車保有數(shù)量有直接關系，且2013～2020年基本保持在0.889825輛/每公里，即：

目前，國內(nèi)高鐵座椅運行常出現(xiàn)座椅轉(zhuǎn)向困難、座椅套滑移、食物殘渣落入座椅縫隙難以清理、安裝拆卸困難、座椅及座套受損等形態(tài)。由于高鐵座椅均是聯(lián)排座椅的旋轉(zhuǎn)，因受制于車內(nèi)前后排座椅及車體之間的距離，旋轉(zhuǎn)時必須將聯(lián)排座椅整體向過道一側拉出以提供座椅的旋轉(zhuǎn)空間，旋轉(zhuǎn)完成后再將座椅調(diào)節(jié)至最佳位置，調(diào)節(jié)過程費時費力，嚴重影響了高鐵班次的輪換，加大了乘務人員的工作量，且人工操作安全隱患大。因此，智能高鐵高鐵座椅研究重點在于：（1）需要實現(xiàn)可自動化旋轉(zhuǎn)；（2）自動化高效清理座椅縫隙和灰塵；（3）自動防顛簸設計。

2 智能高鐵座椅控制系統(tǒng)構建

2.1 智能無人驅(qū)動控制系統(tǒng)探討

目前，國內(nèi)外在此方面尚未解決，本文提出智能無人驅(qū)動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由智能可控部件、聯(lián)動裝置組成，包括安裝槽、多個并排設置，除位于安裝槽閉口端的一個座椅底座外，其余座椅底座的一端均設置有連接縱板，座椅底座靠近安裝槽開口端連接縱板相匹配的插槽，連接縱板可滑動的插接在插槽內(nèi)?？蓪崿F(xiàn)座椅自動轉(zhuǎn)向、自動清理，縮短列車輪換班次時間，形成核心多功能閉環(huán)，可實現(xiàn)以下先進功能：（1）智能自動化旋轉(zhuǎn)。通過控制多個智能裝置及驅(qū)動電機的啟停，座椅自動分離，為每個座椅的旋轉(zhuǎn)提高足夠的空間，完成各個座椅的旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)自動化功能。（2）智能自動化減震。通過連接盤和自動安裝盤的有效連接，能夠增大座椅的受力面積，提高座椅的穩(wěn)定性和乘坐舒適性。（3）智能自動化清理。當通過控制多個智能裝置的啟停將多個座椅分開時，座椅底部配有兩個自動清掃裝置，可快速吸附座椅縫隙的灰塵及食物殘渣，高效清潔，實現(xiàn)無死角打掃。

2.2 提升高鐵座椅運行形態(tài)對策

現(xiàn)有動車組列車常需要乘務員階段性巡視，并不能滿足不同乘客需求及突發(fā)狀況的發(fā)生。為滿足人性化設計需求，在座椅扶手設有呼叫按鈕。通過在扶手上設置呼叫按鈕，乘客可以通過呼叫按鈕呼叫乘務人員，以避免高鐵行駛時乘客隨意行走存在的安全隱患，同時能及時解決乘客需求，提高高鐵服務水平。

依據(jù)現(xiàn)有高鐵座椅不同等級劃分的原則，根據(jù)智能無人驅(qū)動控制系統(tǒng)提出以下對策：（1）二等座在現(xiàn)有折疊前桌、放書網(wǎng)格等少量輔助設備的基礎上，底部自動智能化轉(zhuǎn)向及呼叫裝置裝置，可滿足不同乘客的使用需求，實現(xiàn)高鐵自動化輪班工作。（2）一等座在現(xiàn)有腳踏等輔助設備的基礎上，底部加設自動轉(zhuǎn)向、清潔以及減震裝置設計，符合一等座服務水平需求。與此同時，配以可抱緊防松的新型高鐵座椅套，可有效改善高鐵座椅套在乘客乘坐過程中從座椅上滑移脫落問題，具有座椅套耐磨、耐臟、耐撕裂等多重功能。此外，為實現(xiàn)座椅高效運行及使用，在檢修口外側設置封蓋，起到防塵、防碰撞的作用。同時，系統(tǒng)可自動檢測機械的運行狀態(tài)，提前提醒檢修人員定期進行預檢測。通過設置的檢修口及維護卡槽，可對智能裝置及驅(qū)動電機進行便捷式維護、檢修。

2.3 構建智能高鐵座椅系統(tǒng)框架

根據(jù)《2020～2026年中國高鐵座椅行業(yè)全面調(diào)研與發(fā)展趨勢預測報告》及“十四五“規(guī)劃，未來我國的高鐵座椅行業(yè)將總體保持相對穩(wěn)定的增長態(tài)勢。預計2025年，高鐵網(wǎng)規(guī)模實現(xiàn)3.8萬公里，2020～2025年動車組列車需求量逐年上漲。相配套的基礎設施系統(tǒng)發(fā)展也需隨之提升。加之目前高鐵已逐步成為人口首選的出現(xiàn)交通方式，構建座椅座套一體化、智能化設計框架，是提高城市交通運營效率和經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。

因此，可結合現(xiàn)有智能高鐵基礎設施設計，結合可抱緊防松的高鐵座椅套、智能無人驅(qū)動系統(tǒng)座椅以及由智能飲水、照明等系統(tǒng)，構建智能高鐵基礎設施模型框架，形成高鐵設施智能建設一體化。如圖2所示。

圖2 智能高鐵基礎設計基本綜合式框架

3 結語

在《推動共建絲綢之路經(jīng)濟帶和21世紀海上絲綢之路的愿景與行動》建設及“十四五”《交通強國建設綱要》政策背景下大力推進高鐵智能化發(fā)展建設，仍是當前交通建設的重要途經(jīng)。智能無人驅(qū)動控制系統(tǒng)設計，有效解決了高鐵座椅朝向問題，實現(xiàn)了自動化旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)、自動式清潔、高效式防顛簸等多重功能，達到了節(jié)約人工成本和高鐵輪換時間及減少安全隱患的目的，提高了座椅的穩(wěn)定性和乘坐舒適性。