淺談鐵路運行的舒適模式與冰雪模式

首先來看一則報道：據2017年第57期《JR東技術評論》稱，為了充分發揮高鐵客運網路的優勢，JR東日本公司將對下列問題展開深入研究：

1.提高新幹線長距離客運的競爭力；

2.降低新幹線列車的運行噪音；

3.妥善解決山形新幹線、秋田新幹線經既有線區間混合運行時，出現的線路、設備兼容問題；提高新幹線列車服務質量，改善旅客出行的舒適度；

4.保證東北、西陸地區豪雪地帶的行車安全；

5.改善車內環境，控制維修成本。

另據報道，中國的京張高鐵智能動車組將服務於北京冬奧會，來往北京與張家口兩地，屆時來自世界各地的奧運選手、觀眾和媒體工作者將乘坐定製化的高鐵智能動車組往返於兩座主辦城市之間，感受中國高鐵的發展成就。京張高鐵智能動車組列車設計滿足以下功能需求：動車組可實現自動駕駛，列車實現車載wifi全覆蓋，能夠對風級、雨量、雪深等自然環境自動監測與報警，保證大風報警信息實時上車等。

通過以上報道可以看到，日本已經將旅客出行的舒適度和冰雪下的行車安全作為重點研究對象，而幾年後的北京冬奧會期間，恰逢冬季「豪雪」時節，各國友朋來朝，因此保證自動駕駛下的行車安全和旅客舒適，無論面子還是里子，都顯得尤為重要。在這兒，托托盤就給小夥伴們淺析一下鐵路運行的舒適與冰雪組合，姑且稱之為舒適模式和冰雪模式。

一、舒適模式

關於舒適，小夥伴們最直觀的體會就是，乘客付多少票價，就享受多少的服務，票價越貴，肯定就越舒適嘛。這誠然不假，那麼從大的概念上來說，到底什麼是舒適呢？根據百科，舒適主要是人的主觀感覺，一般稱為舒適度。舒適度是指人們對客觀環境從生理與心理方面所感受到的滿意程度而進行的綜合評價。受各種因素及條件的影響，舒適度會因個體差異而呈現不同結果。由於影響舒適度的因素及條件十分複雜，所以這是一個因人而異、且很難量化的概念。

舒適度的涵蓋內容非常廣泛，如人體舒適度、氣候舒適度、座椅舒適度、列車舒適度、居室舒適度等等。對於鐵路運行來說，舒適主要指的就是上面提到的列車舒適度。列車舒適度是指旅客對乘坐列車旅行品質的綜合評價。舒適度不僅受列車的振動、衝擊、雜訊、溫度、濕度、空氣清新度、空間設計、色彩、照明等諸多因素的影響，而且還受到人們健康和心理因素的影響。

JR東的六大研究方向中的 「降低新幹線列車的運行噪音」、「提高新幹線列車服務質量」、「改善車內環境」等，都可算的上是改善舒適度之舉。托托盤給歸納了一下，舒適簡單來說就是兩類嘛，一類是主觀上的，如空氣好不好，空間大不大，風景美不美，高姐俊不俊等，這些都是不能量化的舒適；一類就是客觀上的，如車輛的振動、雜訊、氣壓等指標，將這些指標當作輸入，作用到不同的人，儘管可能有不同的輸出，但至少這些輸入就是可以量化的了，是可以來測量的。聰明的小夥伴們可能發現了，第二類裡面的雜訊，氣壓變化（穿越隧道時）等其實也算是振動嘛！沒錯，這些也可算是另一種形式的振動。下面托托盤要講的舒適，主要就是指旅客所受到的的列車的振動。所謂列車的振動，是指旅客所受到的上下、前後、左右方向的列車加速度。

例如在國際鐵路聯盟標準UIC513(鐵路車輛內旅客振動舒適性評價準則)中，給出了站姿和坐姿下的舒適度計算公式，簡化一點呢，就是下面這個：

N就是舒適度，ax,ay,az分別就是前後、左右、上下方向的列車加速度，分別稱為縱向振動加速度、橫向振動加速度和垂向振動加速度。

並給出了舒適度N的評定指標：

而在另一個國際標準ISO2631(振動和衝擊對人的影響評價準則)中，則直接給出了縱向、橫向和垂向三個方向上的加速度的矢量和的值，來劃分對應的舒適度等級：

聰明如你的小夥伴不難看出看出，不管什麼方向上的，肯定加速度越小就越舒適！那麼問題來了，前後、左右、上下方向的列車加速度，分別與什麼因素有關呢？托托盤來給小夥伴門解釋一下。

上下方向的加速度，即垂向振動加速度，它主要是在軌道線路要是在鐵路軌道線路變坡點處產生的。當相鄰坡度差大於一定限度時，在線路縱斷面上設置一段以變坡點為交點，連接兩相鄰坡段的豎向曲線，來滿足列車經過變坡點時不脫軌、不脫鉤和行車平穩的要求。列車在經過豎曲線時，旅客經常會有失重的感覺，這就是垂向振動加速度在起作用啦！

左右方向的加速度，即橫向振動加速度，它主要是列車通過曲線或道岔時等產生的離心力和振動。因為列車左右搖擺，像極了一條蛇，所以叫作蛇形運動，而橫向加速度的大小可以反映車輛蛇形運動的狀態，這時候人當然感覺很不舒服啦。

上下方向的加速度，即縱向振動加速度，主要指的就是列車的牽引加速度和制動減速度。擠過北京地鐵的小夥伴肯定很有心得，有時候來一個急剎車，直接就是一個大趔趄，遑論舒適了！這就是制動減速度太大了緣故。在鐵路上為了保證舒適度，我國規定動車組常用制動時常用制動減速度要小於等於1.0m/s2，另外還定義了另一個指標，就是減速度的變化率，也叫制動衝動，或衝擊率，規定對制動力的變化採用具有時間常數的柔性控制，常用制動衝動限制的極限值為0.75m/s3。（緊急制動主要考慮在緊急情況下確保列車能夠安全停車，因此緊急制動減速度的設置不考慮對乘坐舒適度的影響，緊急制動減速度小於等於1.4m/s2。）日本的規定則更為細緻一些，規定站姿時為0.8 m/s2，坐姿時為1.0 m/s2。至於牽引加速度的舒適指標，托托盤目前還木有看到相關的要求。

好啦，看到這裡，托托盤給小夥伴們總結一下：舒適模式主要還是與線路設計和列車設計有關啦。尤其是列車設計，需要對車輛性能的各項指標進行深入研究並加以改進，尤其是振動加速度、振動頻率範圍等重要影響參數，要研究建立數學模型，通過計算機模擬來進行研究評價。而列車自動駕駛下呢，主要還是要考慮不要過於頻繁的和大步的來進行速度控制，而且速度自動控制的舒適度，還可以和節能結合起來統一考慮，以期取到一個最優解。總之就是，舒適無極限，研究舒適模式永遠在路上。

二、冰雪模式

去年冬天，北京滴雪未見。不過托托盤知道，北京之外的祖國大部都迎來了大範圍的降雪，有的地方甚至發生了雪災。於是常常會有冰雪導致火車大範圍晚點，大批旅客滯留火車站的報道。那麼冰雪模式下，鐵路運行究竟會受到哪些影響呢，托托盤來和小夥伴們一起探討下。

首先，冰雪災害會造成鐵路的接觸網和電務設備斷電，這樣呢鐵路就失去了牽引用電和信號設備用電，列車只能停在車站或區間，列車積壓，通訊不暢，調度系統處於半癱瘓狀態。另外，冰雪會使沒有融雪設備的道岔凍住，使得轉轍機沒有辦法正常工作，道岔不能轉換，這樣車站自然就無法進行接發列車作業和調車作業了。

對於旅客來說，滯留在火車站各方面條件還算好一些，可要是滯留在區間了，前不著村後不著店，被大雪圍困不能動彈，就相當難受了。對於鐵路部門來說，冰雪模式給鐵路運輸組織帶來了極大的挑戰，嚴重影響了鐵路運輸生產。

當然，鐵路部門也是想出了各種方法來應對冰雪。如在前期的設計時，使用雙受電弓來刮掉接觸網上雪融化而結成的凝冰，在降雪量大的地區、客專、城際上都設置道岔融雪設備；到了運營階段，在冬季全天候戰備值守來應對冰雪，加強檢查和檢修，必要時安排線路除雪車輛清除積雪。這些方法目前都起到了相當大的用途，當然繼續研究除雪融雪問題也是相當有必要的，例如研究轉向架積雪加蓋加熱設備，研究優化地面應答器保護三角加裝技術，改進線路融雪設備，開發低溫潤滑油等。

對於智能京張高鐵來說，由於將採取自動駕駛，在冰雪模式下又引入了新的問題。小夥伴們應該知道，自動駕駛設備是根據列車的牽引和制動性能來自動控制車速的，牽引和制動性能指的就是車輛的加速度和減速度的數值。一般情況下這都是固定數值，而在冰雪下由於輪軌間的粘著力變小，這些固定的數值已經不能正確的反映列車的牽引制動性能，還容易發生空轉和打滑，這樣自動駕駛設備的控制就會發生偏差，具體體現就是列車早點或者晚點到達，列車進站後停不準，車門和站台門無法對齊導致旅客無法乘降等等。要是在冬奧會期間，運動員因為坐高鐵錯過了比賽，這怎麼可以。故而根據實際檢測到的冰量雪深，智能的調整行車計劃，同時自動的選擇適當的粘著係數和車輛參數，保證列車實際性能與自然環境相適應，就成為了冰雪模式下自動駕駛需要研究的問題。

如今，韓國平昌冬奧會已經尾聲，專為冬奧開通的首爾至平昌的KTX列車在奧運期間發揮了巨大作用。KTX列車最高時速可達250公里，首爾到平昌的行程也由4個多小時縮短至110分鐘。KTX列車不單速度快，長相也很萌, 故而受到了一致好評，除了沒有WIFIJ。

遙望京張高鐵，設計時速350公里，從北京至崇禮太子城奧運村只需一個小時。屆時各國運動員和遊客穿梭在北京和張家口之間會是多麼便利快捷。小夥伴們是不是也很期待呢！

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