城軌領(lǐng)域新警惕系統(tǒng)的探討

湯長(zhǎng)春，賀明軒，張永紅，李　潔，鐘　盛

（株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司技術(shù)中心，湖南株洲412001）

城軌領(lǐng)域新警惕系統(tǒng)的探討

湯長(zhǎng)春，賀明軒，張永紅，李潔，鐘盛

（株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司技術(shù)中心，湖南株洲412001）

司機(jī)駕駛過程中可能出現(xiàn)的打盹及意外傷病等引發(fā)的喪失控車能力的情況，已經(jīng)成為軌道交通安全管理的重要課題。針對(duì)城市軌道交通領(lǐng)域的特點(diǎn)，提出了一種符合城軌領(lǐng)域司機(jī)操作習(xí)慣的警惕系統(tǒng)，介紹了該警惕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、軟件設(shè)計(jì)流程與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況。探索一種符合城軌領(lǐng)域的警惕系統(tǒng)方案。

行車安全；警惕系統(tǒng)；列車控制及監(jiān)控系統(tǒng)

隨著國(guó)內(nèi)城市軌道交通快速的發(fā)展，對(duì)行車的安全提出越來(lái)越高的要求。列車運(yùn)行過程中，司機(jī)出現(xiàn)瞌睡、離崗、操作注意力下降或者因病喪失控車能力時(shí)車輛的情況時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重危害了乘客的生命安全與財(cái)產(chǎn)損失［1］。因此，研究一種符合司機(jī)操作習(xí)慣、降低操作頻率、增加列車安全性的警惕系統(tǒng)，具有很高市場(chǎng)應(yīng)用的價(jià)值。

1　警惕系統(tǒng)現(xiàn)狀

警惕系統(tǒng)用于在列車運(yùn)行過程中司機(jī)出現(xiàn)駕駛瞌睡、離崗、操作注意力下降或者因病喪失控車能力時(shí)車輛能實(shí)施自動(dòng)停車。在國(guó)內(nèi)很多城軌軌道交通領(lǐng)域的列車都安裝有警惕系統(tǒng)，要求司機(jī)行車過程中不斷地觸發(fā)該系統(tǒng)中的警惕裝置，以確認(rèn)司機(jī)處于清醒狀態(tài)［2］。

國(guó)內(nèi)警惕裝置從長(zhǎng)期按壓式發(fā)展到定時(shí)按壓式、從聲音報(bào)警提示到聲光報(bào)警提示、從繼電器控制到軟件控制。但是上述發(fā)展都離不開司機(jī)對(duì)警惕系統(tǒng)的頻繁操作，都是通過固定的時(shí)間倒計(jì)時(shí)觸發(fā)報(bào)警，再經(jīng)過固定的時(shí)間對(duì)列車進(jìn)行制動(dòng)。這種方式存在以下不足：

（1）不能針對(duì)列車各種運(yùn)行工況，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)報(bào)警倒計(jì)時(shí)時(shí)間；

（2）司機(jī)對(duì)警惕裝置進(jìn)行不必要的頻繁操作，大大減低了設(shè)備的使用壽命。

針對(duì)現(xiàn)在警惕系統(tǒng)的不足，本文提出了一種用于城軌領(lǐng)域新的警惕系統(tǒng)。

2　新型警惕系統(tǒng)介紹

2.1設(shè)計(jì)原則

為了彌補(bǔ)現(xiàn)有警惕系統(tǒng)的不足，同時(shí)，降低車輛復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)，警惕系統(tǒng)由列車控制及監(jiān)控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱TCMS）采用軟件形式實(shí)現(xiàn)控制。其優(yōu)勢(shì)在于，TCMS作為列車的“大腦”，能實(shí)時(shí)掌握列車處于何種運(yùn)行狀態(tài)，用于控制警惕系統(tǒng)具有很大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可以很方便的對(duì)警惕裝置參數(shù)調(diào)節(jié)與硬件成本降低。

該警惕系統(tǒng)中，警惕按鈕與警惕腳踏板用于警惕倒計(jì)時(shí)時(shí)間復(fù)位與警惕報(bào)警后的復(fù)位，警惕提示采用不同的警惕聲音與亮燈提示。為了減少警惕按鈕的按壓操作，警惕按鈕操作可以用司機(jī)手柄操作、風(fēng)笛按鈕或者前照燈按鈕操作代替，但是進(jìn)入警惕警示后，只能用警惕腳踏板進(jìn)行復(fù)位。警惕系統(tǒng)只有在非自動(dòng)駕駛工況下有效，而且警惕警示倒計(jì)時(shí)時(shí)間與當(dāng)前列車速度成反比，能有效確保司機(jī)處于清醒狀態(tài)。

2.2實(shí)現(xiàn)步驟

2.2.1警惕系統(tǒng)激活條件

非自動(dòng)駕駛模式下，TCMS判斷的列車綜合速度大于4 km/h.

2.2.2警惕系統(tǒng)退出的條件（1）TCMS判斷的列車綜合速度小于等于4 km/h.（2）制動(dòng)級(jí)位在B4級(jí)位以上。

2.2.3警惕系統(tǒng)警示時(shí)間倒計(jì)時(shí)重置條件

（1）司機(jī)操作警惕按鈕有效；

（2）司機(jī)操作遠(yuǎn)光燈按鈕有效；

（3）司機(jī)操作風(fēng)笛按鈕有效；

（4）司機(jī)操作司控器有效。

2.2.4警惕系統(tǒng)警示倒計(jì)時(shí)時(shí)間

警惕系統(tǒng)的警示倒計(jì)時(shí)時(shí)間與速度成反比（列車速度越高，警示倒計(jì)時(shí)時(shí)間越短）。具體時(shí)間對(duì)應(yīng)表如表1所示。

表1　倒計(jì)時(shí)時(shí)間與列車速度對(duì)應(yīng)表

當(dāng)列車滿足警惕系統(tǒng)激活條件后，TCMS激活警惕系統(tǒng)，進(jìn)行開始倒計(jì)時(shí)。列車操作滿足警示倒計(jì)時(shí)重置條件時(shí)，TCMS重置警示倒計(jì)時(shí)時(shí)間。

2.2.5腳踏板松開時(shí)間

當(dāng)警惕系統(tǒng)激活后，司機(jī)必須踩著腳踏板進(jìn)行行車，如果腳踏板松開時(shí)間超過1 s，就會(huì)持續(xù)2 s的報(bào)警聲音與亮燈提示，如果2 s內(nèi)司機(jī)沒有踩腳踏板，TCMS就會(huì)對(duì)列車進(jìn)行緊急制動(dòng)。

2.2.6警惕系統(tǒng)警示第一階段

當(dāng)警惕系統(tǒng)警示倒計(jì)時(shí)時(shí)間為0時(shí)，TCMS進(jìn)入警示第一階段，本階段持續(xù)時(shí)間2.5 s，會(huì)進(jìn)行500 ms的報(bào)警聲音與2.5 s的亮燈提示。該階段只能通過腳踏板信號(hào)進(jìn)行復(fù)位。

2.2.7警惕系統(tǒng)警示第二階段

當(dāng)警示第一階段結(jié)束后，TCMS進(jìn)入警示第二階段，本階段持續(xù)時(shí)間2.5 s，會(huì)持續(xù)2.5 s的報(bào)警聲音與亮燈提示。該階段只能通過腳踏板信號(hào)進(jìn)行報(bào)警倒計(jì)時(shí)復(fù)位。

2.2.8懲罰階段

當(dāng)警示第二階段結(jié)束后，TCMS進(jìn)入懲罰階段。TCMS輸出緊急制動(dòng)，持續(xù)時(shí)間30 s，并且持續(xù)亮燈30 s.該階段必須在列車停穩(wěn)后，重新操作方向手柄回零位后，才能進(jìn)行復(fù)位。

2.3警惕系統(tǒng)流程圖

警惕系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1　警惕系統(tǒng)流程圖

3　現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

該警惕系統(tǒng)已經(jīng)在用戶現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過大量的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，并且通過司機(jī)的實(shí)際操作習(xí)慣不斷改進(jìn)與調(diào)整警惕系統(tǒng)功能，增強(qiáng)人性化操作習(xí)慣，并且已經(jīng)大量應(yīng)用于車輛運(yùn)營(yíng)服務(wù)。以下是通過TCMS的事件記錄儀記錄的驗(yàn)證數(shù)據(jù)，其采樣周期為200 ms.由于篇幅原因，僅選取了兩種情況。

情況1：警惕系統(tǒng)警示后無(wú)效觸發(fā)緊急制動(dòng)的情況，如圖2所示，列車在低速40 km/h時(shí)，司機(jī)不進(jìn)行任何操作，列車經(jīng)過10 s后，進(jìn)入警示第一階段，進(jìn)行了500ms的蜂鳴器警示與2.5的警示燈提示。2.5 s后進(jìn)入警示第二階段，進(jìn)行了2.5 s的蜂鳴器警示與2.5的警示燈提示，然后進(jìn)入了懲罰階段（期間沒有進(jìn)行腳踏板操作），TCMS輸出了緊急制動(dòng)。

圖2　警惕系統(tǒng)報(bào)警觸發(fā)緊急制動(dòng)

情況2：警惕系統(tǒng)在警示二階段用腳踏板緩解的情況，如圖3示，列車在低速33 m/h時(shí)，司機(jī)不進(jìn)行任何操作，列車經(jīng)過13 s后，進(jìn)入警示第一階段，進(jìn)行了500 ms的蜂鳴器警示與2.5的警示燈提示，2.5 s后進(jìn)入警示第二階段后，司機(jī)用腳踏板進(jìn)行了警惕倒計(jì)時(shí)復(fù)位，且腳踏板松開不超過1 s.

圖3　警惕系統(tǒng)警示二階段緩解

4　應(yīng)用效果

通過在3條城軌軌道交通線路的批量成功運(yùn)用，驗(yàn)證該新警惕系統(tǒng)具有以下效果：

（1）針對(duì)城市軌道交通領(lǐng)域的特點(diǎn)與司機(jī)操作的習(xí)慣，完善了警惕系統(tǒng)功能，對(duì)防止操作人員操作車輛中可能出現(xiàn)的打盹、注意力不集中、意外傷害和喪失控制能力等引起的安全隱患具有積極的防范左右，給行車安全多了一份保障。

（2）減少了司機(jī)對(duì)警惕系統(tǒng)機(jī)械式的反復(fù)按壓，減輕了司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)，大大延長(zhǎng)了警惕裝置的使用壽命。

（3）通過聲光的結(jié)合警示，對(duì)司機(jī)進(jìn)行了明顯的提醒與警示。

（4）利用城市軌道交通領(lǐng)域車輛現(xiàn)有TCMS系統(tǒng)的可編程軟件優(yōu)勢(shì)，對(duì)軟件升級(jí)，在既有設(shè)備上進(jìn)行少量的改造，就能實(shí)現(xiàn)該警惕系統(tǒng)的功能，投資少，便于推廣。

5　結(jié)束語(yǔ)

在城市軌道交通領(lǐng)域，該警惕系統(tǒng)是針對(duì)城市軌道交通領(lǐng)域而設(shè)計(jì)的一種司機(jī)警惕功能。在列車行駛過程中，能有效防止操作人員由于自身或者外界因素導(dǎo)致車輛失去控制的情況，保障了人民生命與財(cái)產(chǎn)安全。同時(shí)，該警惕系統(tǒng)只需在已有TCMS系統(tǒng)的列車上，增加軟件與外圍少量按鈕，就能實(shí)現(xiàn)該警惕功能，對(duì)于該系統(tǒng)推廣與應(yīng)用具有很大的意義與可實(shí)現(xiàn)性。

［1］韓扶林.阿根廷地鐵司機(jī)警惕裝置功能分析［J］.科技專論，2014，（01）：15-18.

［2］謝興中.機(jī)車司機(jī)警惕控制技術(shù)探索［J］.電力機(jī)車與城軌車輛，2008，（03）：40-43.

Exp lore the New Dead-man’s System for Urban Railway

TANG Chang-chun，HEMing-xuan，ZHANG Yong-hong，LIJie，ZHONG Sheng
（Technology Center，Zhuzhou CSR Times Electric Co.，Ltd.，Zhuzhou Hunan 412001，China）

It has become an important problem for the rail traffic safety management that how to supervise the driver on duty probably lost the ability to control the locomotive because of nap or wound disease.According to the characteristic for the domain of urban railway，this paper proposes a dead-man’s system which conforms to the driver’s operation habit in the domain of urban railway，and introduces the design principle of the dead-man’s system，the process of software design and application cases.To explore a reasonable project of dead-man’s system in the domain of urban railway.

driving safety；dead-man’s system；train control and monitor system

U231

A

1672-545X（2016）06-0231-03

2016-03-17

湯長(zhǎng)春（1980-），男，浙江永嘉人，工程師，工學(xué)碩士，從事城軌網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)用研發(fā)工作。