复兴号智能型动车组总体研发设想

马 凯

(中车长春轨道客车股份有限公司工程研究中心，130062，长春//高级工程师)

复兴号智能型动车组作为2022年北京冬季奥运会的重大交通设施，建设好、运营好的意义十分重大。中车长春轨道客车股份有限公司在绿色、共享、开放、廉洁的办奥精神指导下，拟在时速350 km 的8辆编组中国标准动车组平台基础上，研发展现奥运会人文关怀和中国高速铁路创新成就的精品动车组——复兴号智能型动车组。

1 总体研发思路

1.1 动车组内饰及涂装

开展动车组车内装饰研究，通过车内布置、材料选择、灯光布局、色彩搭配、设备造型、多媒体设置等，营造温馨舒适的乘坐环境，体现中华元素和奥运主题。运用现代工业设计技术，通过色彩、造型等组合搭配，展现奥运特色和中国时代特色。

1.2 定制化车内设施

研究既能满足我国高速铁路运营要求，同时兼顾奥运会期间特殊运营需求的设计方案。车内布置及服务设施根据奥运会需求进行定制化设计，综合考虑旅客、冬奥会注册人群、残障人士等多样性乘坐需求，对设施布置、车门、行李存放、残疾人设备设施、注册媒体专用车厢设置等进行特殊设计。研究冬奥会结束后，动车组可较方便地恢复至时速350 km中国标准动车组的基本配置。

1.3 智能型动车组

研究与智慧铁路相匹配的动车组自动驾驶技术，实现动车组状态全面实时监控、工作状态自感知、运行故障自诊断、导向安全自决策等智能化技术 ,保障列车持久安全运行。应用大数据融合技术，实现车-车、车-地、地-地信息实时传输，为司乘和维保人员的作业提供智能化指导信息，全面提高动车组使用效率。

1.4 智能化服务

研究实现动车组车载Wi-Fi信号全覆盖；通过车载终端或旅客APP等方式为旅客提供多样化信息服务，如车内娱乐、奥运咨询、旅行信息服务等；实现对重点旅客提供个性化及无障碍服务。

1.5 绿色环保与安全舒适性

针对运营线路特点,根据环境和运营需求，开展动车组适应性、减振降噪和节能环保研究，提高旅客乘坐舒适性和环境适应性。

2 总体技术方案

2.1 列车组成

列车采用4动4拖的8辆动力分散式单层电动车编组，轴重不大于17 t。列车具体编组方式为Tc+M+Tp+M+M+Tp+M+Tc，其中：Tc(1、8号车)为带司机室的拖车；M(2、4、5、7号车)为动车、Tp(3、6号车)为带受电弓的拖车。列车总体布置如图1所示。

图1 复兴号智能型动车组总体布置

2.2 主要技术参数

复兴号智能型动车组的主要技术参数如表1所示。

表1 复兴号智能型动车组主要技术参数

2.3 奥运定制化内饰

车厢内饰方案充分考虑我国高速铁路运营的要求，同时兼顾考虑奥运期间的特殊运营需求，展示奥运主体和中国元素，提供冬奥运的定制化设施,体现绿色环保及安全舒适等主题，为旅客提供人性化、多样化、自主化旅行服务。车上布置及服务设施可根据奥运需求进行定制化设计，奥运结束后，可较方便地恢复至时速350 km 8辆编组中国标准动车组基本配置。内饰主要效果见图2。

3 技术创新

国家已决定将新一代人工智能(AI)技术纳入科技创新2030重大项目之中，而复兴号智能型动车组的智能技术研究与应用已成为科技攻关的核心目标之一。复兴号智能型动车组的技术创新一方面需要突破现有产业发展的技术瓶颈，形成在国际国内市场具有竞争力的产品，构建起全产业链的技术支撑体系；另一方面需要突破前沿领域和国家战略需求的关键技术，为培育我国战略性新兴产业提供引领。技术创新重点体现在以下几个方面。

a) 座席

b) 餐饮服务区

3.1 驾驶自动化

为提高运输效率、降低司机劳动强度、保障旅客上下车的人身安全，在现行高速铁路列控系统的基础上，增加列车自动驾驶(ATO)设备，实现车站自动发车、区间自动运行、车站自动停车、车门开闭防护、ATO自动开关门及车门/站台门联动控制。ATO自动驾驶技术系统原理见图3。

图3 ATO自动驾驶技术系统原理框图

3.2 运维智能化

(1) 智能检测和诊断技术。通过复合传感器技术实现动车组多维度工作状态的主动感知，为智能诊断、安全监控和动车组智能运维提供数据支持。

根据动车组的运用和维护需求，进一步优化动车组智能诊断系统，完善故障自诊断功能，采用列车通信网+以太网的总线构架，通过设备定点监控，实现动车组状态的全面实时监控、工作状态自感知、运行故障自诊断、导向安全自决策，以保证列车持久安全运行。

(2) 车地信息实时传输技术。为实现车地信息实时传输，提升远程无线传输能力，采用第4代(4G)移动通信技术并具备扩展为下一代(5G)移动通信技术的技术平台，增加数据传输带宽，提升数据实时传输效率，为地面大数据分析提供支持。

(3) 故障预测与健康管理(PHM)技术。在车载安全监控系统的基础上研发地面PHM系统，通过动车组状态信息的实时处理和与历史数据的对比分析处理，基于大数据分析与处理技术实现对高速列车运行状态安全评估和服役性能预测，提前发现和处理动车组潜在故障，最大程度地降低因故障导致的停运维修，提供并优化维修决策和维修保障手段，提升动车组的运行安全性和运维经济性。PHM组织架构如图4所示。

图4 故障预测与健康管理(PHM)组织架构

3.3 旅客服务智能化

(1) 无线Wi-Fi系统采用卫星通信和3G/4G技术相结合的方式，通过单车服务器搭载高性能Wi-Fi天线实现车载无线Wi-Fi全列车覆盖，为旅客提供多样化咨询服务，包括点餐、旅游资讯查询、影音娱乐、外网资源访问、电视直播等功能。

(2) 利用LCD显示技术实现列车内、外显示屏功能和电视分屏显示功能，利用智能信息显示系统实现智能交互终端功能，实现提供中、英文列车运行、环境和开门提醒等服务信息的目的。车外信息显示屏如图5所示，车内电视分屏显示如图6所示。

3.4 绿色环保技术

(1) 车外噪声控制，包括：优化车头形状及车身表面凸凹结构，降低气动噪声；优化转向架裙板结构，降低转向架区域对外辐射噪声；优化受电弓导流罩结构，降低受电弓气动辐射噪声。车外噪声重点控制区域如图7所示。

图5 车外信息显示屏

图6 车内电视分屏显示界面

图7 车外噪声重点控制区域

(2) 设置废水再利用装置，如将洗手盆废水收集处理后用于便器冲洗。此举使净水节水率可达10%以上，每个水箱可延长持续使用时间约1.2 h。

3.5 安全舒适性

(1) 以故障导向安全为原则，设置集成化安全车载监测系统。基于复兴号CR400BF型动车组成熟技术，提高零部件的可靠性，并对整车安全性设计进行优化提升。通过实时监测走行部轴承振动状态，结合轴承温度信息，提前预防轴承故障，确保行车安全。完成由单部件、单车级安全监测到多系统、整车级、交互监测的提升。

(2) 视频监控系统接入列车级千兆以太网系统，使地面指挥中心可通过5G通信技术实时调取车内监控画面。

(3) 车内压力波动实时监控、自动控制，并可通过ATP信号提前获取隧道信息，提高车内压力控制精准度，提升乘客舒适性。

(4) 座椅从外观造型、人机工程、垫材等方面进行优化，综合提升一等、二等和商务座椅舒适性；增加小桌板滑动功能，减小前排座椅靠背后倾对后排乘客使用小桌板的影响。

(5) 为提高接触网断电情况下的应急处置能力，增加列车应急自走行工作模式，新增满足低温运行环境要求的动力电池系统，实现应急牵引和空调应急供电。

4 结语

近年来，中国高速铁路在掌握世界先进技术装备的基础上，正在向智能化方向发展，全力推进智能铁路蓝图。智能型动车组将实现铁路客运更加安全可靠、更加经济高效、更加温馨便捷的目标。

结合京张高速铁路智能型动车组项目的实施，通过研制引领技术发展方向、展现创新能力的复兴号智能型高速动车组，通过自主创新、正向设计及自主核心技术的掌握，使得我国在自主知识产权方面形成核心及外围技术专利群，进一步夯实中国高速铁路“走出去”的技术基础。