城市軌道交通車載ATC系統(tǒng)與車輛接口研究

晏鑫（南京南車浦鎮(zhèn)城軌車輛有限責(zé)任公司技術(shù)部，工程師，江蘇　南京　210031）

城市軌道交通車載ATC系統(tǒng)與車輛接口研究

晏鑫
（南京南車浦鎮(zhèn)城軌車輛有限責(zé)任公司技術(shù)部，工程師，江蘇南京210031）

摘要：重點(diǎn)介紹了基于CBTC的西門子車載ATC與車輛的接口關(guān)系，便于有關(guān)人員詳細(xì)了解了OBCU與車輛、牽引控制系統(tǒng)的相關(guān)接口，以保證信號(hào)系統(tǒng)與車輛系統(tǒng)接口調(diào)試和測(cè)試的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；車輛；ATC；接口

10.13572/j.cnki.tdyy.2015.04.009

城市軌道交通車載ATC系統(tǒng)作為地鐵車輛的一個(gè)組成部分，起著超速防護(hù)與車輛運(yùn)行控制的功能，是地鐵車輛車載設(shè)備系統(tǒng)聯(lián)調(diào)過程中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。蘇州地鐵1號(hào)線車輛的車載信號(hào)設(shè)備采用德國(guó)西門子公司的Trainguard MT自動(dòng)列車控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用車載設(shè)備（簡(jiǎn)稱OBCU）與軌旁設(shè)備相結(jié)合的工作方式，實(shí)現(xiàn)不同自動(dòng)化等級(jí)列車的混跑運(yùn)營(yíng)要求〔1〕。只有詳細(xì)了解了OBCU與車輛、牽引控制系統(tǒng)的相關(guān)接口，才能保證蘇州地鐵1號(hào)線車載信號(hào)設(shè)備單系統(tǒng)的調(diào)試、信號(hào)與車輛系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的順利進(jìn)行。

1　 ATC車載設(shè)備配置及功能

1.1 ATC車載設(shè)備配置車載ATC設(shè)備安裝于由4節(jié)（Tc-Mp-Mp-Tc，其中Tc為帶駕駛室的拖車，Mp為帶受電弓的動(dòng)車）車廂構(gòu)成的電動(dòng)車組列車上。每一個(gè)Tc車安裝有車載信號(hào)設(shè)備一套，包括：1臺(tái)ATP車載單元、1臺(tái)ATO/ITF車載單元、1臺(tái)無線通信DCS單元、1個(gè)脈沖速度傳感器、1個(gè)測(cè)速雷達(dá)，以及在駕駛室安裝的信號(hào)顯示屏HMI。頭尾兩套設(shè)備互為冗余備用的關(guān)系〔2〕，其設(shè)備配置如圖1所示。

圖1　ATC車載設(shè)備配置圖

1.2 ATC車載設(shè)備功能Trainguard MT車載ATP采用2取2安全計(jì)算機(jī)系統(tǒng)〔3〕，負(fù)責(zé)ATC下的列車運(yùn)行保護(hù)，主要實(shí)現(xiàn)與安全有關(guān)的子系統(tǒng)的控制。Trainguard MT的軌旁設(shè)備根據(jù)列車位置報(bào)告、聯(lián)鎖狀態(tài)信息、調(diào)度指令和線路數(shù)據(jù)連續(xù)的確定授權(quán)列車行駛的區(qū)域，并通過無線通信發(fā)給車載ATC設(shè)備，車載設(shè)備根據(jù)這些信息計(jì)算列車可以達(dá)到的最高行駛速度以及門控授權(quán)，對(duì)列車的安全狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督。

車載ATO為非安全子系統(tǒng)，主要功能是驅(qū)動(dòng)司機(jī)室內(nèi)的操作設(shè)備，并根據(jù)信號(hào)及運(yùn)行管理系統(tǒng)的輸入指令來控制運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)ATO模式下的列車牽引/制動(dòng)控制及定點(diǎn)停車控制。

車載DCS實(shí)現(xiàn)連續(xù)的車地雙向無線通信功能。DCS將車載ATP產(chǎn)生的列車的位置和設(shè)備狀態(tài)以報(bào)文形式實(shí)時(shí)發(fā)送給地面ATC設(shè)備，并將地面線路狀況和運(yùn)行授權(quán)命令傳遞給車載ATC系統(tǒng)。

2　車載ATC與車輛的接口

2.1 OBCU供電電源OBCU的額定電源輸入電壓為直流110 V，車輛為其供電的電源電壓應(yīng)當(dāng)在標(biāo)稱電壓值的-30%到+25%的范圍內(nèi)。為避免產(chǎn)生較大的干擾，OBCU需盡可能的通過最短路徑連接到車載110 V直流電源上（電源連接見圖2所示），且必須單獨(dú)安裝斷路器（斷路器容量見表1所示）。電源電纜的芯線橫截面應(yīng)不小于1.5 mm2。

圖2　OBCU與車載電源的連接

表1　OBCU設(shè)備電源斷路器

2.2 OBCU-ATP與車輛之間的接口OBCU-ATP與車輛之間包含安全相關(guān)、非安全相關(guān)的輸入、輸出接口〔4〕。

2.2.1 ATP安全輸入車載ATP設(shè)備的安全輸入一方面來自于駕駛室控制臺(tái)（見表2），另一方面來自于列車牽引/制動(dòng)控制系統(tǒng)（見表3）。

表2　來自駕駛室接口的OBCU_ATP安全輸入

表3　來自列車牽引/制動(dòng)控制系統(tǒng)的OBCU_ATP安全輸入

2.2.2 ATP非安全輸入車載ATP設(shè)備的非安全輸入一方面來自于駕駛臺(tái)的按鈕輸入，另一方面來自于另一端冗余OBCU。車載ATP非安全輸入接口如表4所示。

表4　OBCU_ATP駕駛室非安全輸入

2.2.3 ATP安全輸出OBCU-ATP設(shè)備的安全輸出包括緊急制動(dòng)、牽引釋放、左側(cè)車門和右側(cè)車門的釋放信號(hào)。

其中，緊急制動(dòng)輸出是OBCU-ATP最重要故障-安全功能。車輛將ATC的緊急制動(dòng)接點(diǎn)串在列車緊急制動(dòng)回路中。當(dāng)緊急制動(dòng)接點(diǎn)斷開時(shí)，緊急制動(dòng)施加。另外，ATP切除開關(guān)應(yīng)能旁路ATP緊急制動(dòng)輸出的信號(hào)。

牽引釋放輸出接點(diǎn)的作用是防止車門和站臺(tái)屏蔽門處于開啟狀態(tài)時(shí)列車牽引被允許。此接點(diǎn)的接口定義是：當(dāng)牽引釋放接點(diǎn)斷開時(shí)牽引被信號(hào)鎖閉（禁止?fàn)恳?；?dāng)接點(diǎn)閉合時(shí)牽引被信號(hào)釋放（可以施加牽引）。在ATP切除時(shí)由ATP切除開關(guān)旁路該信號(hào)。車輛應(yīng)能夠讀入和處理該信號(hào)，以切斷牽引允許回路。

門釋放信號(hào)的作用是為了防止列車車門未經(jīng)ATC許可而開啟，此接點(diǎn)的接口定義是車門釋放信號(hào)接點(diǎn)斷開時(shí)禁止車門開啟；當(dāng)接點(diǎn)閉合時(shí)允許車門開啟。當(dāng)列車運(yùn)行時(shí)車門釋放信號(hào)將被斷開。只有在車站指定停車區(qū)域且列車停穩(wěn)時(shí)門釋放信號(hào)才被允許。車門釋放信號(hào)在OBCU-ATP運(yùn)營(yíng)模式下提供，在ATP切除情況下，車輛電路跨接車門釋放信號(hào)，旁路該信號(hào)輸出。車載ATP安全輸出接口如表5所示：

表5　OBCU_ATP的安全輸出

2.2.4 ATP非安全輸出OBCU-ATP至車輛的非安全輸出信號(hào)見表6。其接點(diǎn)的最大電流荷載不得高于規(guī)定的0.1 A（電壓為110 V時(shí)）。

表6　OBCU_ATP的非安全輸出

2.3 OBCU-ATO與車輛之間的接口ATO與車輛間的所有輸入/輸出均為非安全接口。

2.3.1 ATO輸入OBCU-ATO輸入包括列車左側(cè)/右側(cè)車門的開啟/關(guān)閉命令讀入，門控模式開關(guān)狀態(tài)讀入，電源關(guān)閉（預(yù)告）信號(hào)。其中，門控模式選擇開關(guān)位于列車駕駛室內(nèi)，有自動(dòng)開/自動(dòng)關(guān)、自動(dòng)開/手動(dòng)關(guān)、手動(dòng)開/手動(dòng)關(guān)3個(gè)位置，列車司機(jī)必須選擇一種門控模式。OBCU-ATO非安全輸入接口如表7所示。

表7　OBCU_ATO非安全輸入

2.3.2 ATO輸出ATO輸出接口主要包括ATO牽引、制動(dòng)、ATO模式表示、保壓制動(dòng)、混合使能、開啟/關(guān)閉車門、折返運(yùn)行、自動(dòng)折返表示燈、ATO啟動(dòng)表示燈以及模擬信號(hào)輸出。其中，

1）ATO牽引觸點(diǎn)/制動(dòng)輸出接點(diǎn)被連接到牽引系統(tǒng)TCMS以用于牽引/制動(dòng)控制。當(dāng)這個(gè)輸出被激活且模擬信號(hào)的設(shè)定值大于0%時(shí)，OBCU-ATO要求列車加速/減速。這兩個(gè)信號(hào)在同一時(shí)間內(nèi)只允許有一個(gè)觸點(diǎn)有效。

2）ATO模式表示觸點(diǎn)用于通知車輛當(dāng)前ATC的駕駛模式是否為ATO模式。牽引系統(tǒng)以此釋放用于列車自動(dòng)駕駛的幾個(gè)信號(hào)（牽引和制動(dòng)等）；

3）保壓制動(dòng)觸點(diǎn)為ATO模式下停車狀態(tài)時(shí)OBCU對(duì)車輛施加的駐車保持制動(dòng)。

4）混合使能信號(hào)用于實(shí)現(xiàn)停車過程中從電制動(dòng)到空氣制動(dòng)的轉(zhuǎn)換，該轉(zhuǎn)換過程平滑無沖動(dòng)并且無振蕩，以滿足列車舒適度的要求。

5）開啟/關(guān)閉車門觸點(diǎn)允許OBCU在ATO模式和自動(dòng)門控模式下直接控制列車車門的開啟和關(guān)閉。

6）折返運(yùn)行輸出信號(hào)主要連接到車輛的AR繼電器，用于列車在運(yùn)營(yíng)終站折返時(shí)頭尾的交互操作。

7）自動(dòng)折返表示燈用于在運(yùn)營(yíng)終站提示司機(jī)可以使用ATC的自動(dòng)折返功能。

8）ATO啟動(dòng)表示燈用于向司機(jī)提示ATO的可用及工作狀態(tài)。

9）模擬信號(hào)是從OBCU-ATO到列車牽引系統(tǒng)的電流環(huán)接口，用于傳輸ATO模式下OBCU對(duì)列車的加速度/減速度控制值。該接口的輸出范圍是0-20 mA，其中0-2 mA和19-20 mA范圍內(nèi)的輸出視為無效。2-4 mA的范圍用于標(biāo)識(shí)采用0%的牽引/制動(dòng)加速度（即完全不產(chǎn)生任何加速度或減速度，列車處于惰行狀態(tài)），而18-19 mA的范圍用于標(biāo)識(shí)采用100%的牽引/制動(dòng)加速度。剩余范圍（大于4 mA，小于18 mA）標(biāo)識(shí)為對(duì)應(yīng)0%到100%之間的牽引/制動(dòng)加速度范圍。OBCU-ATO非安全輸出接口如表8所示。

表8　OBCU_ATO非安全輸出

3　結(jié)束語

車載信號(hào)系統(tǒng)作為地鐵車輛的一個(gè)子系統(tǒng)，對(duì)于整個(gè)車輛的運(yùn)行控制起著十分重要的作用。車載信號(hào)系統(tǒng)的調(diào)試測(cè)試項(xiàng)目多，技術(shù)含量高，是車輛聯(lián)調(diào)工作的重點(diǎn)之一。只有詳細(xì)了解了OBCU與車輛、牽引控制系統(tǒng)的相關(guān)接口才能保證蘇州地鐵1號(hào)線車載信號(hào)設(shè)備單系統(tǒng)的調(diào)試、信號(hào)與車輛系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)的順利進(jìn)行，最終保證蘇州地鐵1號(hào)線車輛按時(shí)、順利交付運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

〔1〕基于通信的軌道交通列車運(yùn)行控制系統(tǒng)〔j〕.《現(xiàn)代城市軌道交通》2007年第02期；7-10.

〔2〕黃鐘，城市軌道交通ATC系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化及其發(fā)展策略〔j〕.《城市軌道交通研究》1999年第04期；43-44.

〔3〕蘇州地鐵1號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)與車輛接口技術(shù)要求.蘇州，2010：9-23.

〔4〕南車集團(tuán)南京鋪鎮(zhèn)車輛廠城軌公司技術(shù)部.蘇州地鐵1號(hào)線ATC電氣接口圖.南京，2010：1－13.

文章編號(hào)：1006-8686（2015）0024-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

中圖分類號(hào)：U284.48