冯江华：跑出高速列车创新“加速度”

冯江华：跑出高速列车创新“加速度”

导读：中国高铁技术的飞速发展离不开一代代工程师的不懈努力。中车株洲所副总经理、总工程师冯江华就是其中的杰出代表。从攻克异步电机牵引技术到研发永磁牵引系统，他带领团队实现了中国高铁动力系统的重大突破，让中国高铁跑出了世界领先的“加速度”。

图：冯江华，国家卓越工程师团队核心成员，长期专注于高效电力牵引、列车协同控制等技术研究。受访者供图 田晶娟制图

图：复兴号高铁列车。新华社记者 张龙摄

牵引与控制系统是高速列车动力系统的核心之一，而永磁同步牵引系统将是轨道交通下一代牵引系统的主流产品。

“我国将在更高速度等级高铁列车上应用自主研发的永磁同步牵引系统，让飞驰的高铁更省电、更绿色。”日前，中国中车首席科学家，中车株洲电力机车研究所有限公司（以下简称“中车株洲所”）副总经理、总工程师冯江华在接受科技日报记者采访时表示。

攻克异步传动牵引技术难关

上世纪七八十年代，德国、日本等铁路装备强国竞相发展高速列车，采用的主流技术是异步传动牵引技术，并对其实施技术封锁。当时，我国正在进行高速列车自主样车研究，对异步传动牵引技术有强烈的技术需求，但在这一技术领域却是一片空白。

冯江华组建了国内第一个异步电机牵引控制技术研究与工程实践团队。由于没有任何可借鉴的资料，很多原理性试验只能“摸着石头过河”，甚至连试验结果的准确性都无法判断。团队夜以继日地开展了多次中小功率样机系统试验研究，经历的失败不计其数。

通过两年多攻关，团队攻克了低开关频率下电机磁链和转矩高实时控制等关键技术，确立了自主异步牵引控制技术模式，啃下了高性能异步牵引及控制这块硬骨头，实现了我国大功率交流传动控制技术的从无到有，使我国成为少数几个掌握该技术的国家之一。

此后十余年间，团队陆续攻克了车辆级动力实时控制、分布式系统协同控制等关键技术，搭建了自主轨道交通交流传动技术平台和产业化平台。这些技术成功应用在我国最早自主研制的“中华之星”等高速列车上，后来又在和谐号上实现批量应用。

近20年来，我国高铁技术不断发展。从和谐号闪亮登场，到复兴号横空出世，我国逐渐建成世界最大的高铁运营网络，牵引控制技术也在持续优化。团队陆续攻克了一系列难题，比如为满足高寒动车组在长大坡道持续高速运行的需求，团队大胆提出新的控制策略，在自主控制器完成验证的基础上，实现了在功率提升20%的同时温升降低25开氏度（K），一举解决了高能效牵引的行业难题。

抢占永磁牵引技术制高点

2000年，在一次国际学术会议上，冯江华第一次接触国外永磁同步牵引技术。当时，这项技术属于前瞻性核心技术，在全球尚处于起步阶段。永磁牵引系统是轨道交通新一代电机牵引系统的发展方向。与传统异步电机牵引系统相比，永磁同步牵引系统更小、更轻、更节能，节能率最高可达30%。

冯江华感觉自己有一种使命感。在“异步交流传动时代”，我们是追赶者；在“永磁时代”，我们要做竞跑者，抓住机遇，抢占制高点。2003年初秋，在中车株洲所，组建了国内首个永磁牵引系统研发团队，这是我们第一次与国外公司站在同一起跑线上。

在刚开始研究这项技术时，放眼国内外，完全没有代表性的技术可供参考。永磁牵引技术对于团队成员甚至只是一个概念。团队遇到的最大挑战是电机控温。如果试验过程中电机温度过高，永磁体失磁，会导致系统罢工。研发时正值盛夏，实验室温度会达到40多摄氏度，就像一个巨大的蒸笼。这为电机控温带来了极大挑战。此外，高温也是对实验人员的考验。每次做实验至少需要五六个小时，还要人工24小时轮番蹲守记录实验数据。在高温环境下，长时间工作十分艰苦。

在实验人员的不懈努力下，第一台功率5千瓦的永磁电机开发成功，随后，100千瓦的永磁驱动系统也在实验室诞生。2011年，永磁牵引系统在沈阳地铁2号线成功装车，实现了永磁牵引系统在国内轨道交通领域的首次应用。

攻克永磁高铁技术难关

基于对永磁牵引技术8年多的研究，以及关于这一技术在城市轨道交通应用中的经验积累，2011年，中车株洲所受命参与国家863计划“高速铁路重大关键技术及装备研制重点项目”，承担高速动车组用永磁牵引系统的研发工作。自此，团队瞄准了更高目标——永磁高铁。

在实现这个目标的过程中，团队遭遇了一道最大难关——在高铁线路试验时，由于轨道坡度大，实验人员只能实行满手柄牵引、满手柄制动的“野蛮操作”。这种情况下，试验中列车跑了几个回合永磁电机就扛不住了，导致永磁电机两次被卸下来修理。

团队连续组织了两个星期的技术讨论会议，还设计了两套解决方案。团队对这些解决方案挨个进行试验，对比数据，花了3个月设计最优方案重新装机。重新装机后，机车在试验轨道上以380公里的时速跑了一整天，没出任何问题。

经过艰苦攻关，团队先后攻克一系列关键难题，打造了完全自主知识产权、世界领先的牵引系统产品平台，使复兴号的速度、加速度、牵引动力等关键指标领先国际同行。

2013年12月，中车株洲所成功开发出可用于时速350公里高速动车的永磁牵引系统。2014年11月，基于永磁电机控制的高速动车组成功下线，我国实现首套高速动车组永磁牵引系统的研制、试验和装车。2015年6月24日，永磁高铁在北京环铁试验基地进行首件鉴定，单台电机功率达到690千瓦。

2018年，德国西门子才发布出一款使用永磁牵引技术的新型高速列车样车。这标志着我国成为全球少数几个掌握高铁永磁牵引技术的国家，并处于领先地位。

当前，由国铁集团牵头推进的CR450动车组样车研制以及时速400公里基础设施关键技术研究取得积极进展，已进入整车装配阶段。冯江华负责研制CR450牵引系统，该动车组采用的永磁牵引系统有以下技术新突破：

一是发明了高速主动弱磁控制技术。这就像是为列车的“心脏”，即永磁电机装上智能调节器，确保电机高效运转。

二是开发了磁极位置多模辨识技术。这就像是给列车的“眼睛”，即传感器进行升级，让列车在迷雾中找到方向，确保列车安全运行。

三是创造了列车越行无电区后动力重构技术。这就像是给列车装上了一个“备用能源包”，即使在没有外部电源的情况下，列车的动力系统也能快速工作，确保列车在分段供电条件下保持高速运行。

打造人才创新创业广阔舞台

冯江华上大学时，电机及其控制是热门专业，毕业时许多同窗好友都选择留在了大城市。机缘巧合下，他来到了中车株洲所。非常幸运，他刚好赶上参与高性能异步传动与控制技术的研发工作。在科研攻关过程中，老一辈科研专家的工作热情和认真执着的劲头感染了他。有时为了一个技术问题，大家争得面红耳赤。“技术面前人人平等”这种思想，一直影响着冯江华，也由他接续传递。

作为中车株洲所的总工程师，冯江华一直关注人才培养。中车株洲所建立了专门的培训机构，构建分类分层分级培训赋能体系，实现员工受训覆盖率近100%。目前，中车株洲所建设了30个以首席专家命名，以科技带头人为骨干，覆盖中、青年科技工作者的专家工作室。

中车株洲所给青年人才提供发展平台。2012年，胡云卿从浙江大学博士毕业进入中车株洲所，被分配从事粘着力与控制研发。当时，这项技术在国内尚属空白，而自主研发的重担，就这样交给了初出茅庐的他。短短4年，胡云卿和团队便从无到有自主研发出了一套牵引系统，并成功应用于澳大利亚的火车，仅3次就通过澳大利亚的考核试验，打破了纪录。2017年，这套牵引系统被用在了复兴号动车组。如今，不到40岁的胡云卿也成长为上市企业时代电气的总工程师和副总经理。在中车株洲所，像他这样的“80后”越来越多。

如今，中车株洲所已构建了多层次、多维度、多类型“人才金字塔”。人才队伍包括经营管理、专业管理、工程技术、营销贸易人才和能工巧匠，人才总数近万名。