無需地鐵和輕軌，「過山車」也可成未來交通工具！？
【日經能源環境網】本專輯將報導對正在進行研究開發和實證實驗的各種計劃，向大家介紹引領世界的最先進技術和最新技術。此次介紹的是東京大學生產技術研究所教授須田義大與大型遊樂設備製造商日本泉陽興業公司正在合作研發的終極節能型交通系統「Eco Ride」。
使用過山車代替公共汽車、輕軌在城市中移動……
以東京大學生產技術研究所和泉陽興業為核心，正在推進著這樣一個讓人怦然心動的項目。其目的絕非出於遊戲或玩笑。這是因為，如果這個計劃能夠實現，將誕生一種終極的節能型城市交通系統。
名副其實的「Eco Ride」。
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Eco Ride示意圖（圖片提供：東京大學生產技術研究所、泉陽興業株式公司）
計劃實施經過
2009年度，在日本經濟產業省和關東經濟產業局的委託事業「2009年度低碳社會技術開發和社會系統驗證示範事業」中，作為「通過開發ITS中量公共交通機構『Eco Ride』建立低碳地區交通示範的實證研究」被採納。並且，2009年6月被選定為日本內閣政府加快社會還原計劃中「ITS實證實驗示範城市」之一的千葉縣柏市，將Eco Ride定為ITS實證實驗之一，在柏葉地區實施案例研究。隨之（德國）交通安全環境研究所和三菱綜合研究所也參與進來，形成了現在的大規模計劃。
大家都知道，過山車的結構很簡單，是使用絞車將不具備動力的車輛提升至高處，利用軌道的高度差，即勢能進行行駛。
除了提升車輛時以外，無需從外部供給能源，因此，如果能將其應用到公共交通上，就能建立起行駛過程中不需要石油及電力的劃時代交通系統。
最初的契機是從事橫濱市Cosmo World等遊樂園運營業務的大型遊樂設備製造商泉陽興業及其製造子公司泉陽機工提出的構思：「如果將過山車軌道的傾斜度減緩，並降低速度，是否能夠建立起一種環境污染小、既經濟又有趣的交通系統呢？」
針對泉陽興業提出的這一方案，日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）于2006年開始以3年為期對這項研究開發提供支援。2008年10月，終於在東京大學生產技術研究所教授須田義大擔任所長的千葉實驗所裏設置了實驗路線。
目前，開發人員正利用實驗路線對試製車輛進行試驗運行，對每次收集得到的各種數據進行分析。然後根據分析結果反覆進行改進，為了在2、3年後實現實用化，正踏踏實實進行著準備。
因為得到允許可以試乘Eco Ride，所以筆者興高采烈地訪問了位於西千葉的千葉實驗所。等待著筆者的是須田教授和泉陽興業的技術人員們，以及2008年度製造的第1次試製車輛和2009年度製造的第2次試製車輛，2台可愛的Eco Ride。
安全，可靠，適於「不遠不近」的距離
「一直以所有帶輪的交通工具為研究對象」的須田教授這樣介紹他與Eco Ride的邂逅。
「城市公共交通系統有鐵路、地鐵、單軌電車及輕軌列車（Light Rail Transit，新一代路面電車系統）等形形色色的種類，根據各個功能及特點或混合使用或區別使用。然而，對於步行太遠，但又沒遠到需要設置輕軌列車等新交通系統這樣一種「不遠不近」距離，尚沒有適當的公共交通系統。」
「具體而言，就是用於在千葉幕張、橫濱『港灣未來』之類的新城市、大型小區、大型購物中心及海濱周邊往來的交通工具。現在的實際情況是，在這些地區交通工具依靠私家車、公共汽車及計程車。然而，從節能、環保及少子老齡化的角度來看，不能說這是理想的狀況。因此，我想『作為新交通系統，沒有什麼更好的解決方案了嗎？』從以前就在進行各種研究。」
「恰在此時，傳來了關於Eco Ride的消息。我的直覺感到『這個可行』。提到過山車，因為它的技術已經成熟，所以，作為研究對象並不能激起我的強烈興趣，但相應地，它的安全性較高，也比較可靠。我覺得，它實現實用化的道路可能不太遙遠。」
為了實現Eco Ride的實用化，目前泉陽興業與須田研究室設想的是這樣一種小型交通工具，即路線長度最大為10公里，車站間距離為300～500米，每節車箱的乘車人數最多為12人。
這種交通工具專用於短距離移動，具有處於鐵路等大量運輸與計程車等少量本地運輸中間的運輸能力。這樣的話也許會與單軌電車、輕軌列車相重，但Eco Ride可以在陡坡及狹窄空間進行架設，這是單軌電車、輕軌列車做不到。
建設費及能源消耗可大幅降低
須田教授解釋說：「說起短距離軌道類公共交通系統，其實有非常大的需求。儘管如此，日本的此類項目卻全都以失敗告終。最大的理由是因為需要鉅額的建設費（初期成本）。然而，如果是Eco Ride，這個準入門檻就會降低很多。」
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Eco Ride。帶有藍線的是2008年度製造的第1次試製車，帶有綠線的是2009年度製造的第2次試製車。力爭在2012～2013年內投入使用，營業距離約為10Km，運輸能力為每小時2000～2500人，時速20～30Km，最小回轉半徑為15m，最大坡度為14％（8度），設想的是無人駕駛。
說到僅僅利用勢能行駛的Eco Ride，要想使勢能盡可能不因摩擦及空氣阻力而減弱，就必須減輕車輛的重量。車輛重量減輕之後，軌道及支柱之類軌道系統便也可實現輕量化及小型化。其結果是，與其他軌道類交通系統相比，可大幅削減建設費。
事實上，相對於臺場新交通系統「海鷗（Yurikamome）」平均每公里約140億日元的建設費，Eco Ride平均每公里的目標建設費為20～25億日元。這一金額僅僅相當於微型地鐵的約十分之一，相當於單軌電車的約五分之一。
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雖然在建設費這一點上來看，輕軌列車是一個競爭對手，但須田教授這樣解釋了Eco Ride相對於輕軌列車的優勢。
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通過3向支援方式使車輪緊貼軌道，脫軌風險較低。
「輕軌列車的弱點在於轉彎技術十分薄弱。例如，路面電車與公共汽車一樣，儘管靠路邊行駛比較方便，而且上下車乘客的危險性也較小，但卻要特意在道路的中間行駛，之所以如此，是因為如果靠近路邊就會轉不過彎來。拿路面電車來說，能夠轉彎的彎道半徑為40～50米。私家車的半徑約為5米，公共汽車的半徑約為10米。順便提一下，幾年前發生過日比谷線在「急轉彎」處脫軌的事故，所說的急轉彎的半徑竟然有160米。相對於此，千葉實驗所的Eco Ride實驗路線的彎道半徑為15米，相差懸殊。」
Eco Ride採用的臺車結構沿襲了過山車結構，即使高速下降，或者縱橫馳騁在軌道上也不會脫軌的。特別是在行駛車輪週邊結構方面，採用了主車輪從上方、側車輪（導向車輪）從左右、防浮起車輪從下方分別抱緊左右2根軌道的3向支撐方式。因此，轉小彎時十分靈活，脫軌的風險極低。這是一種安全性非常高的交通系統。
並且，根據須田研究室與泉陽興業的估算，Eco Ride的能耗率（在定員為12人的條件下有6人乘車、設想通過捲揚裝置產生勢能的數值）為每人每公里226.8kJ，這相當於假設汽車為100時的8.8，即十分之一以下。與公共汽車的29.3相比，僅為約三分之一，與鐵路的18.1相比，僅為約二分之一，是個令人驚嘆的數值。
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須田教授這樣解釋。
「例如，東京大學柏校區距柏葉校區車站約2公里，坐計程車的話是起步價。步行的話，這段距離會有點辛苦。雖然也通公共汽車，但班次絕對說不上多。而且由於有好幾條線路，所以對於初次乘坐的人來說，多多少少有一點『不知道會被拉到哪去』的『恐怖感』（笑）。」
「然而，如果是像Eco Ride這樣的軌道類公共交通系統，就絕對不用擔心被拉到偏離軌道的地方。因此，乘坐起來肯定比公共汽車更放心。」
而且，Eco Ride是在高架軌道上行駛，因此具有可比輕軌列車更自由地組織路線的優點。在橫濱的「港灣未來」等由整齊劃一的樓群組成的地區，還可作為連接樓房與樓房的交通工具。
因為軌道鋪設在道路上方的空間中，所以不會受到道路堵塞及汽車事故等道路狀況的影響。可在不擴寬現有道路的情況下增強運輸能力。
不僅可降低移動所需的能源，還有助於緩和現有道路的堵塞，因此有望帶來全社會節能效果。並且因是無人駕駛，所以即使增加投入車輛數，也無需增加操作員的數量，具有高度節省人力的效果。
而且，通過與其他公共交通機構緊密地聯動，還有可能比汽車更順暢、更有效率地移動。因此，目前柏市已將其定為ITS實證實驗項目之一。
關鍵是「乘坐舒適度」和「速度調節」
如上所述，Eco Ride在許多方面都獲得高度評價。雖說如此，當然也肯定不能將以追求「驚險」為理念的遊樂園的過山車原封不動地作為公共交通系統使用。
那麼，為了將其改造成公共交通系統，須田研究室及泉陽興業是著眼于哪些方面進行Eco Ride的研究開發的呢？
須田教授說：「關鍵是『乘坐舒適度』及『速度調節』。為此，我們一邊通過實驗進行數據收集和分析，一邊一點一點地反覆進行改進。」
說起過山車，確實沒有「乘坐舒適度」這個概念。然而，公共交通系統就不能忽視這一點了。必須製造出讓人們乘坐起來感覺舒適的Eco Ride。
首先，要確保乘坐舒適度，降低振動及噪音是不可迴避的課題。為此，開發人員在車體下部裝備了彈簧，以降低車輛上下方向的振動。特別是在2009年度開發的第2次試製車輛上，為了進一步提高對於振動的緩衝效果，在第1次試製車輛上裝備的1級彈簧之外，又增加了2級彈簧。由此成功地大幅降低了上下振動。
並且，開發人員還在Eco Ride上設置了加速度感測器，實施了振動加速度檢測，進行了乘坐舒適度分析。
關於普通鐵路乘坐舒適度的評價，日本于1963年制定的「乘坐舒適度標準」已成為事實標準，根據頻率以及加速度的振幅分為5個等級。將這一標準套用在Eco Ride上進行檢驗後，儘管在右急轉彎區間「乘坐舒適度係數」稍微變差了，但在上下方向上得到了大致良好的結果。
舒適的車內佈局也採用數據分析
多年來一直在研究關於鐵路車輛及汽車車內「舒適性」的評估方法的須田研究室，也將其研究成果應用到了Eco Ride上。須田教授作了這樣的解釋：
「作為舒適性的要素，有車內佈局這一項。並且為了使車站停車時間最小化，必須使上下車容易、縮短上下車時間，在這方面車內佈局也能發揮作用。於是，在第2次試製車輛上，關於在不損害舒適性及上下車容易性的條件下，能將車體尺寸縮小到什麼程度的問題，我們根據通過實驗得到的數據進行了分析和推算。結果，我們成功地將第2次試製車輛的車長比第1次試製車輛縮短了40釐米，車高縮短了30釐米。在此過程中，我們還算出了最佳的車內佈局，並反映在第2次試製車輛上。」
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接下來是關於「速度調節」，首先，掌握滑行中車輛的行駛阻力至關重要。為此，在實證實驗中，在車輛上配備了車輪旋轉檢測感測器和速度計等，對Eco Ride的速度作了150次以上的記錄。然後根據所記錄的數據，求出平均行駛阻力係數，並將其反映到速度控制裝置上。
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非接觸式永久磁鐵製動器
現在作為速度控制裝置，已在軌道側設置了兩種剎車器。一是非接觸式永久磁鐵製動器，利用永久磁鐵同極間的排斥力來降低車輛速度。這樣一來，車輛在行駛過程中便不會發出噪音，也不會有部件磨損。而且，還有助於降低車內噪音，改善乘坐舒適性。
另一種是空壓式機械剎車器，設置於車站等車輛停車位置上，通過夾住位於車輛底部的「剎車片」來制動車輛。關於剎車片，在Eco Ride起動時，橡膠輪胎裝置會夾住剎車片，通過向前推出剎車片給車輛施加推力，還起到這樣的作用。
由於Eco Ride重量輕，因此與鐵路等相比，乘車人數對車體的影響非常大。還會受到天氣狀況的很大影響。為此，須田研究室還對乘車人數、乘客所坐位置和姿勢以及天氣狀況進行了檢測，致力於開發控制軟體，以能夠讓車輛根據情況進行正確的剎車器自動控制。
須田教授說：「我們希望在不降低乘坐舒適性的情況下，使Eco Ride順利且準確地停靠在目標位置。為此經歷多次失敗，反覆進行了試驗，比如增加永久磁鐵製動器的數量等。在這方面充分利用了泉陽興業多年累積的高度技術實力和專有技術經驗。」
試乘感受如何？
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路線呈L字形，彎道半徑為15m。（點擊放大）
最後，為了感受Eco Ride的舒適性，筆者還親自試乘了一番。路線全長約100m，軌道呈L字形。彎道半徑為15m。起點高度約3.9m，終點高度為1m。用捲揚機將車輛牽引到起點。右圖為乘車時從車內拍攝的視訊。
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從行駛車輛的前窗拍攝（點擊瀏覽視訊）利用鋼索緩慢牽引實驗車輛（點擊瀏覽視訊）
以下是筆者試乘的真實感受。
乘坐感覺非常舒適，沒有感受到任何令人不愉快的噪音。眼前看到的鐵軌彷彿過山車一般，讓人聯想起遊樂園的美好回憶。慢慢地下坡時的感覺也非常棒。
筆者認為與過山車一樣，最前排也是能感受到Eco Ride的舒適性的最佳位置。所以，在投入使用後，孩子們爭搶最前排的情況或許會持續相當一段時間。
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拍攝的試製車輛底部。竟然是木製的！（點擊放大）充滿手工製做感的第2次試製車輛的車內（點擊放大）
話歸原題，須田研究室還在致力於開發與引進Eco Ride有關的模擬裝置。雖然目前正在柏市實施關於與ITS聯動採用的案例研究，但同樣是在柏市，最佳引進形式會因是車站周圍還是郊區而不同。引進條件也會因地形等而改變。
如果是過山車，當利用捲揚機牽引車體時，牽引速度越慢，就越能增加「恐怖」效果，但公共交通系統卻不能這樣。關於車輛的最佳牽引方式，需要根據引進地區的情況具體研究。
因此，通過提高模擬裝置的精度，比如只要輸入某個地區的地圖資訊，或許就能瞬間算出在哪個位置、怎樣設置Eco Ride的軌道更好。如此一來，不僅是日本國內，還能夠迅速並準確地抓住海外的需求。
發展前景在於「考慮引進Eco Ride的各地方政府」
實際上，許多地方政府都對Eco Ride抱有很大興趣。
須田教授說：「在2010年4月11日面向公眾公開第2次試驗車輛時，沖繩縣某町町長還特意前來觀看。目前沖繩縣還沒有軌道類公共交通系統，這位町長說『像Eco Ride這樣環保又經濟的交通系統，具有很大研究引進的價值』。我們期待打算採用的地方政府前來諮詢。」
預計Eco Ride的實用化還需要2到3年。志在力爭儘早實現實用化的須田教授在最後這樣強調：
「如果不快速推進計劃，那麼在我們慢吞吞光是進行驗證實驗時候，很有可能被其他國家搶先。如今日本已逐漸跟不上全球快速發展的步伐。會不會只有日本『沉沒』了，我自己始終抱著這種強烈的危機感進行著研究開發。」（《日經商務在線》特約撰稿人：山田久美）【日經能源環境網】
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好似好理想!
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