新型跨坐式单轨车辆的主要特点及应用

方黎明

摘要：随着城市公共交通多样化的发展，单轨车辆开始更多地进入公众视线，本文主要就新型单轨车辆与传统单轨车辆的差异进行分析，以及新型单轨车辆的两种类型进行对比，对不同类型的单轨车辆从车辆外观，内饰、牵引系统、检修维护、安全性、各系统技术发展以及应用前景等方面进行了综合分析，为城市进行轨道交通制式的规划选型提供参考与借鉴。

关键词：跨坐式;单轨;特点;类型;应用

随着我国经济的发展和城市化进程的加快，城市人口快速增长，城市建设规模急剧扩大。在我国城市快速发展的进程中，特大型城市和大中型城市相继出现交通拥堵、环境污染和资源浪费等问题。城市建设规模的急剧扩大，致使城市地面道路容量与道路交通需求之间的矛盾日益突出，地面交通资源供给严重不足，传统的交通方式已无法适应大中城市尤其是特大城市不断增长的出行需求。我国城市交通正面临严峻的挑战。要改变我国城市交通拥堵和环境污染等境况，必须大力发展公共交通，尤其是多种形式的轨道交通，使更多的人选择公共交通而不是选择小汽车作为其主要出行方式，保障城市的健康有序发展。

近年来，国家有关部门出台了一系列政策文件，要求轨道交通建设要统筹考虑发展模式，合理选择系统制式，促进结构优化。国家鼓励各地因地制宜，量力而行，选择经济实用、环保高效的轻轨及各种新型轨道交通技术，实现轨道交通可持续发展。如今，轨道交通建设主体正在从特大城市、大城市逐步扩大到中等城市;大城市内部的轨道交通也正从骨干线路建设逐步扩大到辅助加密线，接驳线以及市域线的建设。“立体化”的城市交通成为趋势。跨座式单轨交通以其成熟的技术、较高的安全性能以及经济环保的造价，为机场捷运线、城市远郊社区、景区以及大型娱乐园，乃至三四线城市的交通运输模式带来全新的解决方案，也希望在未来，这种美丽环保的交通模式被更多的城市采纳，让我们可以看到单轨交通在全球城市的上方，画出一道道绚烂的“彩虹”。

1跨坐式单轨车辆主要技术特点发展情况

目前国内大多数城市在发展轨道交通时，都将车辆从地面移至空中，即单轨系统，单轨系统是指车辆在特殊的轨道梁上运行的城市轨道交通，有跨坐式和悬挂式两种类型，[1]而目前跨坐式单轨由于运量适中，建设成本与轻轨相当，但其爬坡能力与曲线半径相对轻轨更优，具有占地面积小、地形适应能力强、绿色环保的特点，因此目前跨坐式单轨车辆在各个中小城市和大型城市的区域线中具有广泛的应用前景。跨座式单轨，车辆行走时骑跨在独立建设的单轨桥梁上，除了行走车轮外，跨座式车辆转向架的设计是在其左右两端增加了导向轮和稳定轮，环抱轨道行走。[2]

2新型单轨车辆与传统单轨车辆技术差异性比较

在我国，重庆城市跨座式单轨交通2、3号线先后于2005年和2011年建成通车，经过十多年的发展，目前的单轨车辆无论是从外观还是车辆各方面的性能都有进一步的优化提升，如无人驾驶，永磁牵引等先进的驾驶和驱动技术都在新型单轨车辆中得到应用，并且根据客流量情况车辆有大型车和小型车两种，车辆的适应性进一步提高。

2.1外观对比

新型跨坐式单轨车辆在外观上采用流线型设计，车辆外观可以根据用户要求进行定制设计，同时采用流线型车身可减少车辆的运行阻力，降低车辆运行能耗。图1为两种单轨车辆外观对比，另外新型单轨车辆的车体断面采用整体圆鼓型，相比传统V型断面其内部空间更大，整体承载和受力效果更好，断面结构具体如下图2所示。

2.2内饰对比

随着轨道交通车辆工业设计水平的不断提升，以及大量新技术新材料的应用，新型单轨车辆的客室内部更加通透明亮，如LED照明的使用，大玻璃車窗的应用等，使得新型单轨车辆不但具有交通运输的功能，同时还兼具旅游观光的属性。图3是传统单轨车辆与新型单轨车辆内饰对比。

2.3牵引系统及能耗对比

由于橡胶轮胎的摩擦力较大，单轨车辆的能耗相比常规地铁车辆能耗高，重庆单轨2号线为减少车辆能耗，在线路上设置再生制动能量回馈装置;而新型单轨车辆，为减少牵引系统的能耗，车辆上的牵引电机采用永磁同步电机，根据地铁车辆上的相关运行经验，永磁同步电机相比异步电机能降低牵引能耗30%左右。

2.4驾驶模式

根据《IEC62290：铁路应用-城市轨道交通管理与指挥控制系统》，将列车的驾驶模式分为5类，具体分类如下表1所示。

其中UTO全自动列车驾驶系统是一种将列车驾驶员的操作完全有高度集中的、自动化的控制系统所替代的列车运行模式。近年来，全自动驾驶系统在世界许多城市的轨道交通建设中得到广泛的应用。无论是大运量系统还是小运量系统，都有不少成功范例，国外如哥本哈根、新加坡、纽伦堡、韩国等城市的全自动无人驾驶系统均已投入运营。其中法国里尔1号线列车就是采用的中小运量APM制式，如韩国龙仁磁浮线也采用的是全自动驾驶模式，国内近年来大运量的地铁线路，如上海地铁10号线，北京地铁房山线，上海地铁14号线、15号线、18号线、南宁地铁5号线等都采用的是全自动驾驶模式，而中小运量的如广州珠江线APM，上海浦江线APM，北京机场线APM等都采用的全自动驾驶模式，目前国内在单轨车辆采用全自动驾驶模式也在进行进一步的尝试，如银川单轨，芜湖单轨等项目都将采用采用全自动驾驶模式或在后期升级为全自动驾驶模式。对于新一代单轨车辆采用全自动驾驶模式，可提升车辆智能化水平，另外由于单轨车辆道岔转换时间长，车辆发车间隔相对地铁车辆长，而采用全自动驾驶模式，可缩短行车间隔，提高列车运营的效率。

2.5紧急牵引功能

由于单轨车辆基本采用高架运行，针对单轨车辆的救援问题，一直是用户及公众关注的问题，新一代单轨车辆可设置蓄电池紧急牵引功能，当区间输电设备故障造成高压中断时，列车利用蓄电池将车辆牵引到最近车站（或疏散点），组织旅客疏散，进一步提升单轨车辆的可用性和安全性。

3新型单轨车辆种类

目前新型跨坐式单轨车辆主要分为两类，有大型车和小型车两种类型，大型车如国内中车株洲电力机车有限公司，中车长春轨道客车有限公司等都采用的是大型车的技术路线，而庞巴迪、Scomi、比亚迪、中车浦镇城轨车辆有限公司等都采用的是小型车的技术路线。

比亚迪的跨坐式单轨车辆称之为云轨，实际也是跨坐式单轨车辆的一种，目前在国内银川花博园已经通车运行，广州汕头、四川广安以及安徽蚌埠也拟开工建设云轨线路。云轨在国外也倍受青睐，2017年12月，比亚迪与摩洛哥签订了一条15公里的云轨示范线。

云轨目前主要分为两类，即A型和C型，A型是大车型，主要承担机场、火车站、客运站的专用线路接驳，更可以承担市区公共交通干线以及城市综合交通系统的枢纽工作。A型的特点是交通流量大、承载人群多。

C型是小车型，车辆尺寸较A型车小，也称之为云巴，主要用于生活区、接通接驳的连接作用，例如住宅区到商场、CBD、公交站、地铁站。凭借C型的占地面积小等特性，C型线路的观景效果更好，沿途车站可以深入到建筑物内。

4新型单轨车辆的综合比较

4.1技术参数及性能比较

4.1.1主要技术参数

新型单轨车辆中的大型车和小型车主要对比参数如下表2所示。

4.1.2供电系统

目前小型单轨车辆都采用DC750V供电，而大型单轨车辆普遍采用DC1500V供电。主要由于小型单轨车辆空间太小，仅能满足DC750V供电的绝缘间隙，而大型单轨车辆可采用DC1500V供电，在相同的线路长度下，大型单轨车辆单轨供电系统如变电站等设置的更少，适应性更好，供电成本更低。

对于新一代单轨车辆，目前也在进一步研究DC3000V供电制式的可行性，从而可进一步降低供电系统的成本。

4.1.3轨道梁

小型单轨车辆如比亚迪，轨道梁断面尺寸为700mm×1500mm，相比大型单轨车辆的轨道梁尺寸（800-850mm×1500mm）更小，同时立柱尺寸也较小，因二者跨距相同，因此小型单轨车辆的轨道梁和立柱的建设成本相对较低。

4.1.4车辆检修维护比较

单轨大型车转向架单轨小型车转向架

图4大型单轨车辆与小型单轨车辆转向架

新型单轨车辆大型车转向架为双轴转向架，而小型车如比亚迪单轨车辆为单轴转向架，采用的是轮毂电机，电机集成在轮轴内，检修维护不方便。

4.2乘客舒适度

客室内部布局：

小型单轨车辆客室布局大型单轨车辆客室布局

图5大型单轨与小型单轨车辆客室布局

小型單轨车辆如比亚迪单轨的单轴转向架需卧入客室，转向架区域的座椅等需要凸起，不但有碍车辆的美观与通过性能，而且降低了客室的站立面积，影响车辆的载客能力和乘坐舒适性。

4.3运行平稳性

跨座式单轨车辆的转向架是核心部件，每个转向架上装有三种轮胎：走行轮、导向轮和稳定轮，它的走行机理与钢轮-钢轨系统完全不同。在列车运行过程中，走行轮始终与轨道梁顶面接触，轮胎的弹性主要缓冲车辆竖向振动;导向轮和稳定轮则起到缓冲车辆横向振动的作用。[3]

传统单轨车辆每侧布置两个导向轮和一个稳定轮，而新型单轨车辆的大型车为了提高车辆运行平稳性，应用了自主发明的四导向轮技术，每侧有四个导向轮，下面两个导向轮同时起到稳定轮的作用。确定导向轮和稳定轮的预压力是跨座式独轨车辆的一个重要的动力学间题，因为它影响着车辆的安全性、稳定性以及平稳性。[4]采用4轮导向能更加合理的分配其预压力，此种设计可以更好地实现车辆行驶的导向能力，使车辆在曲线段侧滚更小，车辆平稳性及乘客舒适性更好。四轮导向和两轮导向如下图6、图7所示。

4.4安全性

新型单轨车辆车体结构为整体承载全铝合金焊接轻型结构，由底架、侧墙、端墙及车顶部分组成，承受垂直、纵向、扭转等载荷。车体强度在整个车辆的安全性中非常重要，如果车体强度不足，一旦发生事故，将有可能会给乘客和司乘人员带来巨大的伤害。

新型单轨车辆中的小型车为降低车辆重量，车辆强度较低，如比亚迪单轨车辆的车体强度为350MPa，根据评估，该车辆能满足5kmh的碰撞要求;

而大型车的车体强度不小于480MPa，碰撞性能满足EN15227标准要求的15kmh要求。因此大型车相对小型车的碰撞安全性更好。

4.5新型单轨车辆仍需要解决的一些问题

虽然新型单轨车辆相比重庆单轨车辆在工业设计，牵引系统、转向架等各个方面都进行了大量的优化升级，车辆更加现代化，运行更加平稳，但目前仍存在一些问题，如快速单轨，最高运行速度大于80kmh车辆的研发，核心部件、产品部件的国产化，轮胎寿命的提高，对寒冷多雪地区具有更好的适应性，与其他交通工具的换乘等仍需要进一步的进行研究。

5应用前景分析

目前传统的地铁、轻轨、有轨电车等轨道交通制式不能完全满足不同城市的多样性需求，中小城市群的轨道交通建设急需一种新的交通制式，新型跨坐式单轨车辆由于爬坡能力强，转弯半径小，噪音低，振动小，车辆外观具有设计感与现代感，而且大型车小型车的分类也可以适应不同的运量需求，如大型车在中等城市将来应用前景广泛，而小型车作为小城市或在旅游景区等地区应用前景比较广泛。经过十多年的发展，目前的新型单轨单轨在各个方面都得到了进一步的优化提升，随着轨道交通多元化的发展和多样性的发展需求，单轨交通也一定会有非常好的发展前景。

参考文献：

[1]杨毓杰.单轨车辆在城市交通中的应用和发展前景.山东工业技术，20.

[2]郭锴，武农.跨座式单轨交通的认识误区分析及发展展望.铁道标准设计，60（3）.

[3]杜子学，李宁.跨坐式单轨车辆导向轮受力仿真分析研究.铁道机车车辆，2011（4）.

[4]任利惠，周劲松，沈刚.跨坐式独轨车辆动力学模型及仿真.中国铁道科学，2004（5）.