تراموای خودران Siemens Avenio یک سیستم حمل‌ونقل ریلی پیشرفته است که توسط Siemens Mobility، زیرمجموعه شرکت آلمانی زیمنس، توسعه یافته است. این تراموا به‌عنوان بخشی از خانواده Avenio طراحی شده و از فناوری‌های خودران برای بهبود ایمنی، کارایی و راحتی در شبکه‌های حمل‌ونقل عمومی استفاده می‌کند. Avenio خودران ابتدا به‌صورت آزمایشی در سال 2018 در شهر پوتسدام آلمان معرفی شد، جایی که یک نمونه اولیه مبتنی بر تراموای Combino با موفقیت در یک مسیر 6 کیلومتری در شرایط واقعی ترافیک آزمایش شد. این تراموا با بهره‌گیری از حسگرهای پیشرفته، هوش مصنوعی و سیستم‌های ارتباطی، قادر به انجام وظایف رانندگی بدون دخالت انسان، مانند توقف در ایستگاه‌ها و واکنش به موانع است.
بررسی کامل تراموای Avenio؛ ساختار، عملکرد، ایمنی
تراموای Siemens Avenio یک وسیله نقلیه ریلی با کف کاملاً پایین (100% low-floor) است که برای شبکه‌های تراموا و راه‌آهن سبک طراحی شده است. این تراموا از طراحی مدولار با بخش‌های 9 متری (29 فوت و 6 اینچ) بهره می‌برد که امکان تنظیم طول از 18 تا 72 متر را فراهم می‌کند. ساختار آن از فولاد ضدزنگ یا آلومینیوم جوش‌داده‌شده ساخته شده و نسبت به مدل‌های پیشین مانند Combino، دوام و کارایی بیشتری دارد. عملکرد Avenio با موتورهای الکتریکی قدرتمند و سیستم‌های ترمز الکترودینامیکی بهبود یافته و ایمنی آن از طریق حسگرهای چندگانه (لیدار، رادار، دوربین) و سیستم‌های هشدار برخورد (مانند Siemens Tram Assistant) تقویت شده است. این ویژگی‌ها، Avenio را به گزینه‌ای ایمن و کارآمد برای شهرهای مدرن تبدیل کرده است.
ویژگی‌های خودران بودن Avenio
ویژگی خودران بودن Avenio به توانایی آن در انجام وظایف رانندگی بدون نیاز به راننده انسانی وابسته است. این تراموا می‌تواند سیگنال‌های تراموا را تشخیص دهد، در ایستگاه‌ها توقف کند و به موانع مانند عابران پیاده یا وسایل نقلیه واکنش نشان دهد. این قابلیت از طریق ترکیبی از حسگرهای لیدار، رادار و دوربین، همراه با الگوریتم‌های هوش مصنوعی برای پردازش داده‌های محیطی، محقق می‌شود. در آزمایش‌های پوتسدام، Avenio خودران با سرعت تا 50 کیلومتر در ساعت حرکت کرد و توانایی توقف دقیق در سکوها و واکنش به موانع را نشان داد، اگرچه یک راننده انسانی برای نظارت قانونی حضور داشت. این سیستم هنوز برای استفاده تجاری کامل آماده نیست، اما گامی مهم در جهت خودکارسازی حمل‌ونقل ریلی است.
تکنولوژی به‌کاررفته در سیستم هدایت خودکار
سیستم هدایت خودکار Avenio از یک مجموعه حسگر چندوجهی (لیدار، رادار، دوربین)، الگوریتم‌های هوش مصنوعی و یک نقشه دیجیتال از شبکه ریلی استفاده می‌کند. حسگرهای لیدار برای اسکن سه‌بعدی محیط، رادار برای تشخیص موانع در شرایط جوی نامناسب و دوربین‌ها برای شناسایی سیگنال‌ها و اشیاء بصری به کار می‌روند. الگوریتم‌های هوش مصنوعی داده‌های حسگرها را پردازش کرده و پیش‌بینی‌هایی درباره وضعیت ترافیک ارائه می‌دهند. این سیستم با فناوری‌های V2X (ارتباط وسیله نقلیه با زیرساخت) و GPS دقیق برای موقعیت‌یابی یکپارچه شده است. پروژه AStriD (Autonomous Tram in Depot) زیمنس نیز از این فناوری‌ها برای خودکارسازی عملیات انبار تراموا استفاده می‌کند.
ساختار فیزیکی واگن‌ها و بدنه تراموا
بدنه تراموای Siemens Avenio از فولاد ضدزنگ (در مدل استاندارد) یا آلومینیوم جوش‌داده‌شده (در مدل Avenio M) ساخته شده است که دوام و مقاومت در برابر خوردگی را تضمین می‌کند. طراحی مدولار آن شامل بخش‌های 9 متری است که هر کدام دارای یک بوژی (چرخ‌دار) هستند، چه موتوردار و چه بدون موتور. طول تراموا بسته به نیاز شهر از 18 متر (2 بخش) تا 72 متر (8 بخش) قابل تنظیم است. Avenio M با بدنه آلومینیومی سبک‌تر، برای شبکه‌های متر (1000 میلی‌متر) یا استاندارد (1435 میلی‌متر) طراحی شده و دارای درهای عریض (1.3 متر دوتایی و 0.8 متر تکی) برای ورود و خروج سریع مسافران است. فضای داخلی با صندلی‌های ارگونومیک، تهویه مطبوع و مناطق چندمنظوره برای ویلچر و کالسکه طراحی شده است.
تفاوت Avenio با ترامواهای سنتی چیست؟
ترامواهای سنتی معمولاً به راننده انسانی وابسته هستند و از طراحی‌های ساده‌تر با کف بلند یا نیمه‌کف پایین استفاده می‌کنند. Avenio با طراحی 100% کف پایین، دسترسی آسان‌تری برای مسافران فراهم می‌کند و از مواد مقاوم‌تر مانند فولاد ضدزنگ یا آلومینیوم بهره می‌برد. برخلاف ترامواهای سنتی که اغلب به خطوط هوایی برای تأمین برق وابسته‌اند، Avenio می‌تواند با سیستم ذخیره انرژی ترکیبی Sitras HES (ترکیب سوپرکاپاسیتور و باتری) بدون خطوط هوایی کار کند، مانند پروژه Education City در دوحه. علاوه بر این، قابلیت‌های خودران Avenio، مانند تشخیص موانع و توقف خودکار، آن را از ترامواهای سنتی که فاقد این فناوری‌ها هستند متمایز می‌کند.
نحوه عملکرد سیستم ترمز خودکار
سیستم ترمز خودکار Avenio از فناوری الکترودینامیکی استفاده می‌کند که انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و برای شارژ باتری‌ها یا کاهش مصرف انرژی به کار می‌برد. این سیستم با حسگرهای لیدار، رادار و دوربین هماهنگ است تا در صورت تشخیص مانع یا سیگنال توقف، ترمز را به‌طور خودکار فعال کند. در آزمایش‌های پوتسدام، تراموا توانست در برابر موانع مانند عابران پیاده یا دوچرخه‌سواران با دقت توقف کند بدون اینکه مسافران به دلیل ترمز ناگهانی آسیب ببینند. سیستم ترمز همچنین با استانداردهای ایمنی EN 15227 مطابقت دارد و می‌تواند در شرایط اضطراری به‌سرعت واکنش نشان دهد.
سیستم تشخیص موانع در حرکت
سیستم تشخیص موانع Avenio از ترکیب حسگرهای لیدار، رادار و دوربین‌های با وضوح بالا استفاده می‌کند که به‌عنوان “چشم‌های دیجیتال” عمل می‌کنند. لیدار محیط را به‌صورت سه‌بعدی اسکن می‌کند، رادار موانع را در شرایط جوی نامناسب تشخیص می‌دهد و دوربین‌ها سیگنال‌های ترافیکی و اشیاء بصری را شناسایی می‌کنند. این حسگرها داده‌ها را به الگوریتم‌های هوش مصنوعی ارسال می‌کنند که موقعیت لحظه‌ای، سرعت و مسیر موانع را تحلیل کرده و واکنش مناسب (مانند کاهش سرعت یا توقف) را تعیین می‌کنند. این سیستم در پوتسدام با موفقیت موانعی مانند عابران پیاده و وسایل نقلیه را شناسایی کرد و از برخورد جلوگیری نمود.
قدرت موتور و سیستم انتقال نیرو
تراموای خودران Siemens Avenio از موتورهای الکتریکی با اینورترهای نسل جدید استفاده می‌کند که قدرت را به بوژی‌های موتوردار منتقل می‌کنند. هر بوژی موتوردار دارای سیستم درایو با چرخ‌های مستقل است که عملکرد روان و کاهش سایش ریل را تضمین می‌کند. سیستم انتقال نیرو با استفاده از فناوری الکترودینامیکی، امکان بازیابی انرژی در هنگام ترمز را فراهم می‌کند. در مدل‌های مجهز به Sitras HES، انرژی در سوپرکاپاسیتورها و باتری‌های کششی ذخیره می‌شود که در ایستگاه‌ها از طریق ریل‌های هوایی شارژ می‌شوند. این سیستم به Avenio اجازه می‌دهد با حداکثر سرعت 80 کیلومتر در ساعت (یا 70 کیلومتر در ساعت در ریل‌های متر) عمل کند.
طول واگن، ظرفیت مسافر و ایستگاه‌ها
طول واگن‌های Avenio بسته به پیکربندی از 18 تا 72 متر متغیر است. مدل‌های سه‌ماژولی (مانند دوحه) حدود 28 متر طول دارند و تا 238 مسافر را حمل می‌کنند، در حالی که مدل‌های هفت‌ماژولی (مانند Avenio M) تا 43 متر طول و ظرفیت 297 مسافر دارند. فضای داخلی با مناطق چندمنظوره برای ویلچر، کالسکه و دوچرخه طراحی شده و درهای عریض (1.3 متر دوتایی و 0.8 متر تکی) جریان سریع مسافران را تضمین می‌کنند. ایستگاه‌های Avenio، مانند شبکه 11.5 کیلومتری دوحه با 25 ایستگاه، برای شارژ سریع و دسترسی آسان طراحی شده‌اند. در پوتسدام، تراموا در ایستگاه‌های استاندارد با توقف دقیق آزمایش شد.
مصرف انرژی و بازدهی حرکتی
تراموای Siemens Avenio با استفاده از سیستم Sitras HES (ذخیره انرژی ترکیبی) مصرف انرژی را بهینه می‌کند. این سیستم از سوپرکاپاسیتورها و باتری‌های کششی برای ذخیره انرژی ترمز استفاده می‌کند و امکان حرکت بدون خطوط هوایی را فراهم می‌آورد. در پروژه دوحه، ترامواها در هر ایستگاه طی 20 تا 30 ثانیه شارژ می‌شوند که بازدهی حرکتی بالایی را تضمین می‌کند. ترمز الکترودینامیکی مصرف انرژی را تا 30 درصد کاهش می‌دهد و موتورهای الکتریکی با اینورترهای پیشرفته، راندمان را افزایش می‌دهند. این ویژگی‌ها Avenio را به گزینه‌ای کم‌مصرف برای شهرهای پرجمعیت تبدیل کرده است.
شارژدهی و پایداری سیستم‌های الکترونیکی
سیستم‌های الکترونیکی Avenio، از جمله حسگرها و کنترلرها، از طریق باتری‌های کششی و سوپرکاپاسیتورها تغذیه می‌شوند که در ایستگاه‌ها شارژ می‌شوند. در پروژه دوحه، سیستم Sitras HES امکان شارژ سریع در هر ایستگاه را فراهم می‌کند و پایداری را با شارژدهی 20 تا 30 ثانیه‌ای تضمین می‌کند. پایداری سیستم‌های الکترونیکی با استفاده از اجزای اضافی (redundancy) و محافظت در برابر شرایط جوی مانند رطوبت و دمای بالا تقویت شده است. این سیستم‌ها با استانداردهای صنعتی مانند EN 50155 برای الکترونیک ریلی مطابقت دارند و برای عملکرد مداوم 24 ساعته طراحی شده‌اند.
نوع شبکه ریلی مورد نیاز برای تراموای خودران Siemens Avenio
Avenio برای شبکه‌های ریلی با گیج استاندارد (1435 میلی‌متر) یا متر (1000 میلی‌متر) طراحی شده است. این تراموا می‌تواند در مسیرهای موجود تراموا یا راه‌آهن سبک عمل کند و نیازی به زیرساخت‌های کاملاً جدید ندارد. برای عملیات خودران، شبکه باید مجهز به سیگنال‌های ترافیکی دیجیتال و زیرساخت‌های V2X برای ارتباط با تراموا باشد. در پروژه دوحه، شبکه بدون خطوط هوایی و با ریل‌های شارژ در ایستگاه‌ها طراحی شد. در پوتسدام، Avenio در مسیرهای استاندارد با تقاطع‌های جاده‌ای و عابر پیاده آزمایش شد که نشان‌دهنده انعطاف‌پذیری آن در شبکه‌های شهری است.
سیستم‌های کنترلی در مرکز فرمان
سیستم‌های کنترلی Avenio از طریق یک مرکز فرمان مرکزی مانند Siemens Mobility Operations Center مدیریت می‌شوند. این مرکز داده‌های بلادرنگ از حسگرهای تراموا (لیدار، رادار، GPS) را دریافت کرده و با استفاده از الگوریتم‌های هوش مصنوعی، عملکرد تراموا را نظارت می‌کند. سیستم‌های SCADA (نظارت، کنترل و جمع‌آوری داده‌ها) برای هماهنگی سیگنالینگ، مدیریت انرژی و واکنش به شرایط اضطراری استفاده می‌شوند. در پروژه AStriD، این سیستم‌ها برای خودکارسازی عملیات انبار مانند حرکت به سمت ایستگاه‌های شست‌وشو آزمایش شدند. اپراتورهای انسانی همچنان برای نظارت قانونی حضور دارند.
نوع سنسورها و نحوه همکاری آن‌ها
تراموای خودران Siemens Avenio از حسگرهای چندگانه شامل لیدار (برای نقشه‌برداری سه‌بعدی و تشخیص فاصله)، رادار (برای شناسایی موانع در شرایط نامساعد جوی) و دوربین‌های با وضوح بالا (برای تشخیص سیگنال‌ها و اشیاء بصری) استفاده می‌کند. این حسگرها به‌صورت هم‌زمان داده‌ها را جمع‌آوری کرده و به یک واحد پردازش مرکزی ارسال می‌کنند که با الگوریتم‌های هوش مصنوعی تحلیل می‌شود. لیدار و رادار برای تشخیص موانع پویا (مانند عابران) و دوربین‌ها برای شناسایی سیگنال‌های ترافیکی و خطوط همکاری می‌کنند. این هماهنگی امکان واکنش سریع و دقیق به شرایط متغیر ترافیک را فراهم می‌کند.
مشکلات احتمالی و راهکارهای مقابله
مشکلات احتمالی Avenio خودران شامل پیچیدگی‌های قانونی (مانند قوانین BOStrab آلمان که عملیات بدون راننده را محدود می‌کند)، خطاهای حسگر در شرایط جوی شدید، و چالش‌های تشخیص موانع در تقاطع‌های پیچیده است. راهکارها شامل استفاده از حسگرهای اضافی برای افزایش قابلیت اطمینان، آزمایش گسترده در شرایط واقعی (مانند پوتسدام)، و توسعه زیرساخت‌های V2X برای بهبود ارتباط است. زیمنس همچنین از شبیه‌سازی دیجیتال دوقلو برای پیش‌بینی و رفع مشکلات قبل از بهره‌برداری استفاده می‌کند. با این حال، این فناوری هنوز در مرحله تحقیقاتی است و برای استفاده تجاری نیاز به تغییرات قانونی دارد.
سیستم ترمز و ایمنی اضطراری در تراموای خودران Siemens Avenio
سیستم ترمز و ایمنی اضطراری تراموای خودران Siemens Avenio شامل ترمزهای الکترودینامیکی و مکانیکی است که با حسگرهای تشخیص موانع هماهنگ هستند. در صورت شناسایی خطر (مانند عابر پیاده یا وسیله نقلیه)، الگوریتم‌های هوش مصنوعی ترمز را به‌طور خودکار فعال می‌کنند. طبق بررسی ابرار صنعتی، سیستم Siemens Tram Assistant، که در Avenio M در اولم استفاده شده، هشدارهای برخورد را ارائه می‌دهد و در شرایط اضطراری ترمز را فعال می‌کند. بدنه تراموا با استاندارد EN 15227 برای مقاومت در برابر برخورد طراحی شده و دارای استحکام فشاری طولی 400 کیلونیوتن است. اپراتور انسانی در کابین برای نظارت اضطراری حضور دارد تا ایمنی را در شرایط غیرمنتظره تضمین کند.
منبع: ابرار صنعتی
