专访中车长客专家张国芹:各国高铁智能化发展很快,我们要做技术引领者

来源:观察者网

2021-05-09 20:11

【导读】 张国芹表示,放眼全球,各国的高铁智能化发展都很快,比如利用5G通信技术、安全保障、行程服务等,……但是在时速350公里并投入应用这一档,中车长客乃至整个中国高铁领域的优势的是很大的,尤其是在自动驾驶和应急处置这一块,我国环境变化多端且大负荷的高铁网络为她们积累了丰富的时速350公里高铁运营经验,这是其他国家没有的。

【文/观察者网 李焕宇】列车上不倒的硬币、春运前整装待发的“陆地航母”、以及有着完全自主知识产权的“复兴号”......

高铁,已成为中国的一张“名片”。

复兴号 图片来源:中车长客

但时代不会让人们躺在功劳簿上。随着5G、大数据、人工智能等技术的应用,高铁领域已经出现了一条的新的赛道——智能高铁。德国、日本、法国等老牌铁路强国无一不进行了战略层面的布局。中国当然不能落后,作为“复兴号”的诞生地——中车长春轨道客车股份有限公司(以下简称中车长客)在这一块上自是当仁不让。

2021年中国品牌日(5月10日至12日)前夕,观察者网参加了由国务院国资委新闻中心组织的“走进新国企业·智能制造”大型采访活动,与新华社、科技日报等16家媒体一起走进中车长客。

有着15年研发工作经验的中车长客专家,“复兴号”京张高铁智能动车组电气系统负责人张国芹接受观察者网的专访,向我们详细介绍了中国的智能高铁。

现场图片 图片来源:观察者网

智能高铁如何智能?

目前,由中车长客研制的时速350公里“复兴号”京张高铁智能动车组(CR400BF-C)已于2019年开始在京张线上投入使用。

负责“复兴号”京张高铁智能动车组电气系统设计的研发团队是一支女设计师比例达到60%的年轻队伍,据她介绍,现阶段的中国智能高铁属智能型动车组1.0型,她们在对高铁进行智能化设计的时候主要考虑的是三个方面。

张国芹(左三)和同事、媒体人员在智能动车组车厢里

首先是智能行车。即在车辆行驶过程当中,利用自动驾驶、导航定位、环境感知等技术,确保车辆运行更安全、自动、准点、节能,提高车辆的应急处置能力。以她们研发的京张线为例,车上的安全监测系统可以精准检测车辆部件的安全性;地震预警系统可以在附近发生地震时为车提供应急处置;应急牵引系统则是借助动力电池技术,可以在铁路接触网失效的情况下让列车凭自身动力运行到最近的车站。

然后是智能服务。她们希望能够让旅客在乘车时,从感观、视觉、乘坐舒适性体验能有一个不容易被察觉,但是又很舒服的一个提升。为此团队采用了智能感知技术和变频空调,进行灯光颜色、车窗颜色、温度、压力波和噪音等方面的调节,涉及感官的方方面面。以八达岭站为例,该站深102米,有着1.1万帕的压差,当列车高速驶过时,人耳会有类似飞机起飞时的感觉。空调设计团队通过优化压力调节,可以使车内压力能够在过站期间有一个缓慢的变化,使人耳的感受不那么明显。

另外她们还会在信息推送上给乘客一个便利的引导,借助智能交互终端,方便乘客在屏幕或手机投屏等方式观看影视、娱乐的同时能够浏览到必要的列车信息。除此之外还有WIFI拓展业务、5G直播等技术,总之就是利用这些技术应用,有效提高人和车的互联能力,提高服务效率和乘务管理质量。

最后的智能运维就是旅客看不到的领域了。这是由列车、地面、车地数据传输三个部分构成的数据交互和共享系统。它会打通用车单位跟零件供应商的研发、实验、运行和维护数据,进而实现车辆关键部件的评估,诊断部件状态,实现故障的精确定位,并发出必要的预警,对预测结果进行大数据的积累。

在京张线上行驶着的智能高铁 图片来源:中车长客

智能化并非空中楼阁

这些设计并非凭空想象,张国芹表示,我国自主研发的“复兴号”高速动车组作为全球首个以350公里时速进行商业运营的高速列车,其持续稳定的运行本身就是列车的自动化水平和安全运营水平达到一定层次证明。

在这个基础上,中车长客团队自主研发了高铁智能化所需的传感器、配件、软件。单就安全检测系统,京张高铁智能动车组就要加装168个振动传感器,除此之外的空调、噪声监测等功能也全都需要加装传感器,全车最终的监测点多达2700个,比之前的高速动车组多了200-300个,而每个监测点往往需要不止一个传感器,全车的加装量可想而知。

京张高铁智能动车组在列车内装上已经有了品质的提升,不过若从车厢的大小和外观上看的话同其他复兴号并不会有多大区别。全车最主要的外观变化在于车头,通过借助鹰隼造型的仿生学设计,可使车头降阻14%,节能7%-8%。

张国芹表示,中车长客现在京张高铁智能动车组是智能型动车组1.0型,以利用智能化技术提高自动化、集成化、方便旅客、提升安全性为主,后面还有很大的发展空间。比如让列车实现自主学习迭代,那样就是智慧列车了,当然,这个过程有一条很长的路要走。

中车长客的列车运维平台 图片来源:中车长客

把速度拉到350的智能高铁,全球独一档

张国芹表示,放眼全球,各国的高铁智能化发展都很快,比如利用5G通信技术、安全保障、行程服务等,而她们团队在设计中国智能高铁时就暗自定下目标,要实现技术引领,造出最好的车,带来最大的便利,“满足人民日益增长的对美好出行的需求”。

从目前来看,在时速350公里并投入应用这一档,中车长客乃至整个中国高铁领域的优势的是很大的,尤其是在自动驾驶和应急处置这一块。她指出,我国环境变化多端且大负荷的高铁网络为她们积累了丰富的时速350公里高铁运营经验,这是其他国家没有的。比如一列车从哈尔滨开到广州,一路上相当于一直在做温度交变实验,暴露出的问题相当于宝贵的实验经验,能够让她们有积累并发展下去。

张国芹表示,中国高铁仍需要加强基础研发领域的投入,这一点非常重要。随着我国向更高性能的列车发起挑战,以智能高铁全寿命周期管理为目标,需要摸索清楚在中国高铁在实际运营条件下零部件和各系统的运行规律,国际上也没有类似的研究先例,这也意味着,中国高铁只有自主创新这一条道路可走。

中车长客的高速列车系统集成国家工程实验室于2010年投入使用,是开展轨道车辆整车及关键部件基础技术、仿真分析、试验验证的研发机构,建设有整车声学、碰撞吸能、电磁兼容等32个试验台(室),和1个数据处理中心,实现了轨道车辆领域IEC61133标准要求的整车型式试验能力的全覆盖。

中车长客的国家工程实验室 图片来源:中车长客

这个时代在推动着中车高铁人前进

回首过去,凭借着在实践上独一无二的优势,中国高铁走出了一条独特的自主化道路。

比如在设计“复兴号”时,中车长客希望能把列车上分散分布的几个高压部件集中在一起,并进行降噪处理,她们一开始用了一种带孔洞的隔音材料,结果在试验过程中高压箱放电发出巨响,原来是隔音材料有吸水性,使得在冷凝水环境下隔音材料形成了导电通道放电了。

张国芹以此为例称,有些东西不用它,认知是想不到的,所以只有通过不断地实践,才能发现问题,解决问题,找到平衡点,而团队的设计水平也会在这一过程中得到提高。

总体来看,中车长客的自主化探索可以将2017年“复兴号”中国标准动车组上线运行作为重要节点。 列车具有完全自主知识产权、达到世界先进水平,在254项重要标准中,中国标准占84%。。

当然,中车长客乃至中国高铁在自主化上的巨大成就少不了像张国芹这样一线研发人员的巨大付出。在接受采访时张国芹就透露过,目前因为处于出车关键期,因此在车间呆到凌晨是常有的事。

本文系观察者网独家稿件,未经授权,不得转载。

责任编辑:李焕宇
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