关键词：下一代；地铁列车；关键技术方案设计
引言
下一代地铁列车最大的特点是：更轻、更节能、更智能。当前城市轨道交通快速发展形势下，传统车辆已无法满足轨道交通装备对技术先进、安全可靠、经济适用、节能环保的实际运营需求。因此，开展下一代地铁车辆的研发和示范应用，对提升我国轨道交通装备自主创新能力，提高城市轨道交通车辆安全性和可用性，增强核心竞争力具有重要意义。
1新一代智能地铁列车概况
下一代地铁允许全自动无人值守运行，采用全碳纤维车身结构，更加智能和人性化地运行。新一代地铁采用国内无人值守运行系统进行自检、退出、驾驶、对接、再入、洗车、休眠等，无需人为参与。智能系统还能实时监控整辆车的运行状态，并配备了“障碍物和脱轨检测”安全装置，显着提高了安全性能。车内集成了OLED显示胶片，智能人机交互系统使乘客能够在窗口中在线查看喜欢的视频和视频程序。列车还具有LIFI系统，能够实现WIFI信号的完全复盖范围，并通过光线发送网络信号。列车门上的3D双目相机能自动准确计算乘客人数，判断拥挤指数，诱导平台乘客乘车。在轮椅停靠站，残疾人的帮助也将为残疾乘客提供更多的便利.以全碳纤维车体结构，新的地铁列车比同类型的地铁减重了15%以上。该列车采用永磁牵引电动机、高压直联空调、电动制动回收等技术，比同类型地铁节约近15%的能源。
2节能型牵引及辅助变流技术
2.1永磁同步电机传动控制
与目前大多数铁路列车不同，下一代地铁牵引马达引起了新的技术难题，包括应用永磁同步马达(PMSM)和驱动电永磁同步马达，选择永磁同步马达的控制策略，制定保护策略。永磁同步电动机的控制策略确保了系统控制性能，包括恒磁通控制方法、功率因数1控制方法、id=0控制方法等，同时为了使单位电流的扭矩大，新一代地铁列车永磁电动机驱动系统使用扭矩电流比大控制方法(MTPA)来控制体系结构。与传统异步电动机相比，下一代地铁的同步电动机驱动扭矩超载容量、效率和功率因数高、体积小、质量低的现有北京联邦线同量异步电动机(190kW)相比，电动机额定功率因数从0.86提高到0.88，额定效率从93%提高到95%。质量从620公斤减少到530公斤，减少17%。应用新型电动机可有效降低下一代地铁列车的质量，提高列车运行效率。
2.2自牵引功能
随着国内城市化的加快，随着人们旅行生活方式的变化，城市交通的需求增加，地铁列车凭借其巨大的承载力、便利性等优点成为了城市交通的首选。新一代地铁为稳定的地铁列车运行设计了自牵引功能，牵引网出现故障时，依靠车辆的能量存储系统供电，将地铁车辆牵引到安全区域的双向DCDC转换器用作接口设备，在自牵引模式下确保直流总线电压的稳定性，同时通过能量的双向流动，可以满足拖动和制动的其他条件下地铁列车的运行高压电源电池组通过双向DCDC转换器连接到牵引直流总线。其中电源电池包集成在电源电池包中。列车牵引输电网故障时，应急自牵引系统代替牵引电车为地铁列车的牵引系统和辅助系统供电。
3新一代地铁列车网络控制技术
以太网作为一种局域网基本介质接入技术，由于其通信速率和灵活性较高，且实现亦较为简单要，故近年来得到迅猛发展。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆与传统的TCN(列车通信网络)相比，以太网设备成本更低、性能更高。目前正在研讨的新版IEC61375标准包含工业以太网，且该标准对以太网的实时交互等相关内容进行了规定。
3.1监控一体化的工业以太网
列车网络控制系统作为整车的“神经中枢”，对各部件及通信的安全性、可靠性和实时性有较高的要求，而工业以太网在传输机制上的特点，无法满足通信实时性的要求。因此需要从以太网硬件、以太网路由协议及软件协议等方面进行优化处理，研究适合车辆通信形式的以太网拓扑结构，以提高通信的可靠性和实时性。
3.2多网融合技术
多网融合技术是对车辆通信技术优化升级的优选方法。该技术研究应用于列车控制、监视及诊断的小容量实时信息与应用于旅客服务和视频传输的大容量非实时信息的并网传输技术，以及研究带宽介质有效分配和端口调度优化算法的多网融合技术。多网融合对以太网通信方式、控制方法及传输机制等方面提出了较高的要求，通过对通信形式的分类、优先级划分及优化调度算法等方法实现多网融合，从而建立可靠、安全的车辆网络通信技术。
4基于减速度控制的新一代地铁车辆制动控制技术
地铁车辆的制动系统通常通过电动制动、空气制动和机械停车制动实现列车的制动功能。刹车控制技术的突破口直接推动铁路运输车辆制动技术的发展，包括真空制动到空气制动、列车管道自动空气制动到电气制动、汽车控制制制动系统到分布式框架控制制制动系统等。地铁一般是用直通式电减除洞方法构成的，其特点是结构简单、反应快、性能稳定。地铁列车空气制动系统主要由风源装置、电气空气制动控制装置和转向架基本制动装置组成。在此，电气空气制动控制装置是空气制动系统的核心控制装置，具有与列车控制系统和电气制动的通信能力，实现空气制动系统内部空气制动力的实时计算和分配，将所需的摩擦制动力转换为特定制动缸控制压力和转向架的基本制动装置，通过基本制动装置及其摩擦对产生摩擦制动力，最终通过车轮/轨道之间国内地铁普遍存在列车自动驾驶(ATO)和平台屏门设置，因此列车制动瞬间减速控制精度相当高。目前，地铁列车空气制动控制技术通过控制制动缸压力间接控制目标减速，但摩擦材料摩擦系数的自然波动特性使列车实际瞬间减速速速度无法实际满足ATO信号系统控制精度的要求。基于减速控制的制动控制技术是当前地铁列车制动控制领域的新发展方向，空气制动控制从大体控制到精细控制，从被动到制动摩擦材料的波动特性，再到主动协调控制减速切换。
结束语
新一代地铁列车是基于现有技术开发的，列车使用新材料应用技术、轻量级技术、智能控制技术、节能和环保技术、监控集成工业以太网技术、在途信息智能服务技术、低噪音、低能耗、高度人性化的智能和智能功能的新乘客信息技术(OLED触摸屏窗口技术、乘客人数技术、残疾人听力技术、“镜像”显示技术、光LIFI技术、空气净化技术、天鹅移动WIFI技术、多媒体LED显示技术。
参考文献
[1]于青松.下一代地铁列车节能型牵引及辅助变流系统[J].都市快轨交通,2019,32(05):128-132.
[2]侯文军.深圳地铁列车下一代LCU技术创新方案[J].电力机车与城轨车辆,2019,42(03):58-62+67.
[3]王贵久.地铁列车牵引系统节能新技术应用研究[D].北京交通大学,2018.
[4]郑姝婷.基于贝叶斯网络的地铁列车制动系统可靠性分析[D].北京交通大学,2018.
[5]张安,田庆,肖婵娟,张豪.SiC混合IGBT在下一代地铁列车中的应用研究[J].电力电子技术,2017,51(09):37-38.
[6]张亚东，张继业，李田．高速列车整车气动噪声声源特性分析及降噪研究［J］．都市快轨交通，2016(7):40
论文作者:付志坚
论文发表刊物:《中国电业》2019年 23期
论文发表时间:2020/4/24
标签：列车论文; 地铁论文; 技术论文; 永磁论文; 以太网论文; 车辆论文; 空气论文; 《中国电业》2019年 23期论文;