国内现代有轨电车车辆新技术应用与展望

张 珂

(青岛中车四方轨道车辆有限公司，山东 青岛 266111)

0 引言

现代有轨电车多采用地面铺设线路，可与其他地面交通混行，具有工程造价低、投资少、建设周期短、清洁环保、噪音低等优势，是一种中低运量的城市轨道交通系统，具有较为合适的运量投资比和良好的经济效益。经过近十年的发展，国内现代有轨电车车辆已迈出探索的初期阶段，步入实际开发和商业应用阶段，应用新技术的新车型和产品创新不断涌现。对国内现代有轨电车应用案例进行分析，探讨车辆新技术应用及未来发展前景。

1 国内现代有轨电车发展现状

根据中国城市轨道交通协会统计，在包括地铁、轻轨、单轨、市域快轨、现代有轨电车、磁浮交通和APM 7种制式在内的城市轨道交通制式中，现代有轨电车线路运营里程占比6.19%，仅次于地铁和市域快轨，且现代有轨电车系统逐年递增，是城轨交通发展的重要增长极。

目前，国内现代有轨电车具备整车研制的车辆制造商已达13家，且均有项目落地，现代有轨电车系统呈现“百花齐放”的态势。根据各车辆制造商中标项目车辆信息统计，截止到2021年底，国内现代有轨电车项目配车数已超700列，若按2 000万元/列进行估算，市场规模已达140亿元。

2 现代有轨电车车辆新技术应用

国内现代有轨电车发展初期，各车辆制造商采用技术引进、转让、联合设计、自主研发等手段纷纷下线国产现代有轨电车车辆，抢占现代有轨电车系统发展的“制高点”，通过后续项目执行，结合国内城市轨道交通发展的需求，现代有轨电车在全自动无人驾驶、多样化供电方式、虚拟轨道、新材料应用等新技术应用和验证方面取得了巨大的发展，甚至在部分领域处于国际领先行列。

2.1 自动驾驶技术

国内城市轨道交通的新线建设及既有线路改造越来越多的采用全自动无人驾驶技术。早在2017年7月，全球首列实现自动驾驶的现代有轨电车在中车青岛四方机车车辆股份有限公司下线，装备列车自动控制系统(ATC)，整个运行过程司机只需要辅助监控；至2020年12月，全部车辆顺利运抵佛山南海新交通环岛车辆段，并正式启动车辆上线调试。

2020年8月，全球首列应用于昆明长水机场捷运系统，采用自动驾驶模式的七编组储能式有轨电车在中车株洲电力机车有限公司下线，首列车已于2020年11月份运抵昆明，在捷运系统车辆及综合维修中心进行组装调试。另外，2019年4月，中车株洲电力机车有限公司与淮安有轨电车公司、苏州富欣智能交通控制有限公司3家单位立项淮安有轨电车自动驾驶课题，经过一年多的测试、分析和改进，至2020年12月，国内首列自动驾驶有轨电车在淮安完成了正线试验段运行，初步实现自动驾驶功能。

比亚迪与华为合作，采用4.5 G轨道交通无线专网，推出具有100%自主知识产权的全自动无人驾驶系统。比亚迪云巴采用ATO子系统自动控制列车运行，在ATP的保护下，根据ATS的指令实现列车的自动驾驶，能够自动完成对列车的启动、牵引、巡航、惰行和制动的控制，确保达到列车运行的设计间隔及旅行速度。 国内现代有轨电车自动驾驶技术应用案例如图1所示。

(a)佛山南海新交通 (b)昆明长水机场捷运系统 (c)重庆璧山云巴图1 国内现代有轨电车自动驾驶技术应用案例

国内现代有轨电车全自动无人驾技术，主要是综合运用障碍物识别及跟踪、地图数据融合、行车安全防控、车地协同等多技术融合。采用全自动无人驾驶技术对提升运营行车效率、提高运营行车安全具有重要意义，同时为城市轨道交通不断走向信息化、智能化提供了技术支撑。

2.2 多样化供电方式

国内现代有轨电车的车辆在运行过程中的能量主要是从供电系统以接触式供电或者储能式供电的方式供电，供电制式一般采用DC 750 V。国内现代有轨电车的供电主要有接触网供电、Tramwave地面供电、储能式供电和氢能源等方式；其中，接触网供电是通过车载受电弓与线路接触网接触受流，导轨实现回流，是成熟可靠、成本较低的供电方式，但其接触网会对沿线景观性造成一定影响；Tramwave地面供电在国内珠海有轨电车获得应用，但远未取得理想的效果。

相比较而言，储能式供电更能适合国内现代有轨电车发展趋势，国内应用较为广泛的储能元件包括蓄电池和超级电容2种。蓄电池以其高能量密度的优势获得应用，磷酸铁锂和钛酸锂电池是目前能够大功率应用的主流蓄电池；超级电容以其充电时间短、使用寿命长、温度特性好和绿色环保等优势得到应用推广，但为提高储能容量往往会受车辆轴重和安装尺寸的限制。超级电容高功率密度的优势，能够提供瞬时高峰能量吸收和输出，适合车辆的频繁启停，而蓄电池的高能量密度有益于减小设备体积便于安装。因此，结合2种储能元件优势的组合储能方式应运而生，2020年12月28日国内首条采用“超级电容+钛酸锂电池”储能供电的广州黄埔区有轨电车1号线正式开通。

随着大功率燃料电池技术的进步，现代有轨电车车载氢燃料电池系统得以应用；与储能式现代有轨电车相比，氢燃料有轨电车自身携带动力，能够完全不依赖地面供电系统，可实现全程无触网运行。2018年6月，中车青岛四方机车车辆股份有限公司因氢能源有轨电车的研发荣膺国际氢能学会大奖；2019年12月，世界首条商业运营的氢能源有轨电车示范线在佛山高明正式上线运营。但是氢燃料电池现阶段仍面临成本和技术方面的瓶颈，相信随着氢燃料技术的进步，氢燃料有轨电车将会成为现代有轨电车领域极具市场竞争力的产品。

目前，采用大功率动态无线供电技术的新型无线供电城轨车辆在中车唐山机车车辆有限公司下线，车辆采用非接触感应原理实现电能传输，大幅提高轨道交通供电的灵活性和安全性；感应供电或将是现代有轨电车未来理想供电方案之一。

2.3 虚拟轨道

虚拟轨道列车作为轨道交通和普通公交跨界融合的创新产品，采用虚拟轨道技术无需铺设物理轨道，具有施工周期短、土建工程投资低、车辆行驶方式灵活等优势，受到越来越多城市的青睐。

近年来，国内虚拟轨道列车陆续推出智能轨道快运系统(ART)、数字轨道捷运系统(DRT)和超级虚拟轨道快运系统(SRT)；其中，智能轨道快运系统由中车株洲电力机车研究所有限公司于2017年6月下线发布，列车采用“虚拟轨道跟随控制”技术，利用车上的感应器识别路面的指示，已在湖南株洲、江西九江永修县、四川宜宾和黑龙江哈尔滨等地得到运用，获得良好的市场推广示范。数字轨道捷运系统由中车南京浦镇车辆有限公司研制，列车采用以电磁标记为主，视觉导航和卫星导航为辅的数字化轨道导向方式，国内首条DRT线路(上海临港新片区中运量T1示范线)已于2021年1月启动测试运营。超级虚拟轨道快运系统由中车株洲电力机车有限公司全球首创，无需敷设钢轨，通过北斗导航系统和视频导向沿虚拟轨道运行，现已应用于江苏盐城市区SRT一号线。3种制式对比如表1所示。

表1 三种虚拟轨道列车对比

2.4 新材料应用

中车唐山机车车辆有限公司新下线的新型无线供电城轨车辆采用“碳纤维+无磁钢混合材料”车体，碳纤维材料具有轻量化(有效减轻汽车自身重量，进而减少能源消耗)、耐久性(具有优异的耐腐蚀性和抗老化性，使用寿命长)、安全性(强度是普通钢材数倍，可以吸收大量撞击能力，提高安全性)等优势；结合国外轨道交通车辆将碳纤维材料在车体和转向架上的应用，可以预见以碳纤维为代表的新型复合材料或将是国内现代有轨电车轻量化发展的方向。

3 现代有轨电车车辆技术发展展望

经过近十几年的发展，国内现代有轨电车系统已迈出探索的初期阶段，步入创新开发和应用升级阶段；为满足国内现代有轨电车市场发展的需求，车辆产品技术发展应面向定制化研制、速度等级提升、多制式融合、智能化运维等方向发展，主要体现在以下几方面。

1)面向旅游轨道交通，定制化研制齿轨电车、仿古电车等，满足通勤功能的前提下提升旅游景区的品质。

2)将有轨电车速度等级向上提升，发展“快速有轨电车”，填补地铁和轻轨以下中运量轨道交通需求，适应城市组团或中小城市骨干交通的线路规划。

3)拓展有轨电车与其他轨道交通制式的融合，倡导“Tram-Train”理念，充分利用既有轨道交通线路，实现城市轨道交通、市域轨道交通和干线铁路的互联互通。

4)更加注重现代有轨电车系统后期运维，围绕运维全过程开展全面数字化、互联化、智能化，实现智能运维技术应用，赋能智慧城市建设。

4 结语

自国内现代有轨电车复兴以来，因其在审批流程、工程造价、建设周期、环境适应等方面的优势，已成为城市轨道交通系统中增势最猛的制式。现代有轨电车车辆通过新技术的迭代应用及创新升级，已发展为技术成熟、品类齐全、运行可靠的系列化产品。展望未来，面对城轨交通市场化竞争，国内现代有轨电车系统必将迎来新发展。