全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)技術(shù)研究

摘要：文章的研究?jī)?nèi)容以軌道交通工程為依托，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛軌道交通系統(tǒng)功能需求和接口需求。軌道交通全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)借鑒國(guó)內(nèi)外建設(shè)管理先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在正線和車輛段均采用此項(xiàng)技術(shù)。全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)與傳統(tǒng)駕駛系統(tǒng)的功能變化主要體現(xiàn)在車輛、信號(hào)、通信、行車綜合自動(dòng)化等核心子系統(tǒng)要求的改變以及車輛段管理、行車組織的轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制；防護(hù)監(jiān)控；無人駕駛系統(tǒng)；行車間隔；行車組織 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U239 文章編號(hào)：1009-2374（2017）10-0009-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.005

1 概述

隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，如北京已經(jīng)建成包含10條線、車站數(shù)量超過200座、總長(zhǎng)接近500km的軌道交通基本網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)北京軌道交通網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)景規(guī)劃，軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)模將超過1000km，在遵循科學(xué)發(fā)展觀、總結(jié)以往工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，迫切需要采用新的技術(shù)，以提高軌道交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的先進(jìn)性。根據(jù)燕房線客流量相對(duì)少的特征，以燕房線為依托，開展全自動(dòng)駕駛示范工程，推動(dòng)軌道交通建設(shè)革新。

1.1 提高安全性、可靠性的需要

1.1.1 全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)利用高效ATC系統(tǒng)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)、智能運(yùn)轉(zhuǎn)的功能保障，結(jié)合人工監(jiān)視、干預(yù)的機(jī)制，落實(shí)高精度列車運(yùn)行的同時(shí)，減少不必要的誤操作。建立應(yīng)急預(yù)案，具備災(zāi)害情況下的快速反應(yīng)能力，大大提高了安全性。

1.1.2 全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的車輛、信號(hào)以及車輛與控制中心的通信系統(tǒng)均采用冗余互備技術(shù)，減少運(yùn)行故障，完善的故障自診斷和自愈功能提高了整個(gè)系統(tǒng)的可用性和可靠性。

1.2 控制投資，降低運(yùn)營(yíng)成本的需要

1.2.1 全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的精確定位及實(shí)時(shí)跟蹤，可以有效縮短行車間隔，提高旅行速度。通過小編組、高密度開行列車大幅提高運(yùn)能，縮小車站規(guī)模，或者在與傳統(tǒng)線路同等運(yùn)力情況下，加速車輛的周轉(zhuǎn)，提高列車使用率，減少配置列車數(shù)量。

1.2.2 全自動(dòng)駕駛?cè)∠{駛員，減少定員。傳統(tǒng)軌道交通線路每條線至少有數(shù)百名司機(jī)，采用全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)由中心集中控制，可以大幅度減少人員配置數(shù)量，有效降低運(yùn)營(yíng)成本。

1.2.3 全自動(dòng)駕駛可根據(jù)客流量變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整列車運(yùn)行計(jì)劃，有效控制空車走行，節(jié)約牽引能耗，運(yùn)營(yíng)組織更加靈活。

1.3 提高乘客服務(wù)質(zhì)量的需要

1.3.1 全自動(dòng)駕駛能根據(jù)實(shí)時(shí)情況，控制列車的速度/時(shí)間大大提高車輛運(yùn)行的平穩(wěn)度和舒適性。

1.3.2 全自動(dòng)駕駛由于自動(dòng)化程度高，較容易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行，提高乘客對(duì)軌道交通的信任度。

1.4 提高軌道交通的先進(jìn)性，實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理的需要

1.4.1 軌道交通技術(shù)發(fā)展已經(jīng)證明，全自動(dòng)駕駛是未來重要的技術(shù)發(fā)展方向和目標(biāo)。北京市迫切需要這項(xiàng)新技術(shù)提高軌道交通路網(wǎng)建設(shè)的先進(jìn)性。

1.4.2 軌道交通現(xiàn)代化科學(xué)管理的落實(shí)，采用全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，無論是在人員還是在管理運(yùn)營(yíng)模式上都得到合理、有效的精簡(jiǎn)，是一次管理創(chuàng)新，將有效提高管理效率。

2 牽引控制單元

2.1 一般描述

列車應(yīng)通過受流器連接到供電軌。受流器的配置應(yīng)滿足列車的良好取流及安全通過三軌斷軌區(qū)的要求，每個(gè)動(dòng)車配4套受流裝置、Tc車配2套受流裝置（暫定）。高壓電路應(yīng)配置手動(dòng)隔離接地開關(guān)。操作后，可將牽引設(shè)備隔離并使其接地。當(dāng)隔離接地開關(guān)接地后，車間電源、受流器高壓750V不允許接入。每一個(gè)高速斷路器給每輛動(dòng)車的一個(gè)或兩個(gè)VVVF逆變器單元提供保護(hù)。每一個(gè)VVVF逆變器單元包括一個(gè)線路接觸器、線路輸入濾波器和一個(gè)IGBT電壓源逆變器。如果每輛動(dòng)車配有2個(gè)VVVF逆變器單元，則每一個(gè)VVVF逆變器單元獨(dú)立擁有線路輸入濾波器。每一個(gè)VVVF逆變器有一個(gè)預(yù)充電回路（包括充電接觸器和充電電阻）以限制對(duì)線路濾波器的沖擊電流，亦可同一輛車的兩個(gè)逆變器單元共用一個(gè)預(yù)充電回路。每一個(gè)VVVF逆變器單元有一個(gè)放電回路，亦可同一輛車的兩個(gè)逆變器單元共用一個(gè)放電回路。每列車安裝2個(gè)車間電源連接器。列車高壓回路的保護(hù)應(yīng)與電站的饋出保護(hù)相協(xié)調(diào)。從受流器到隔離接地開關(guān)的電纜應(yīng)通過電纜護(hù)管以確保乘客安全。

2.2 輸入濾波器

每輛動(dòng)車的一個(gè)或兩個(gè)VVVF逆變器單元配備一個(gè)線路濾波器。

2.2.1 線路濾波器由電抗器和電容器及其他高壓器件組成。

2.2.2 線路濾波器的設(shè)計(jì)應(yīng)與高速斷路器的分?jǐn)嗄芰f(xié)調(diào)一致，以保證當(dāng)線路濾波器突然接地時(shí)，不損壞任何其他設(shè)備。

2.2.3 濾波電抗器的安裝應(yīng)采取措施，減小磁通密度對(duì)客室的影響。（1）客室內(nèi)濾波電抗器上方磁通密度要求：（2）距地板面450mm時(shí)，≤10G；（3）距地板面900mm時(shí)，≤5G。

2.2.4 濾波電抗器試驗(yàn)按IEC60310的規(guī)定進(jìn)行。

2.2.5 濾波電容器試驗(yàn)按IEC60384的規(guī)定進(jìn)行。

2.3 主要技術(shù)數(shù)據(jù)

額定電壓：DC750V；電壓范圍：DC500～900V；最大電壓：DC1000V；集電靴材料：浸金屬碳。

2.4 受流器結(jié)構(gòu)

2.4.1 受流器為氣動(dòng)自動(dòng)受流器，能在各種軌道狀態(tài)下保證與第三軌具有良好的接觸狀態(tài)和接觸穩(wěn)定性。

2.4.2 應(yīng)設(shè)置機(jī)械止擋，以限制受流器在無第三軌區(qū)段上的垂直運(yùn)動(dòng)。

2.4.3 在整個(gè)車輛速度范圍內(nèi)，受流器應(yīng)有良好的動(dòng)力學(xué)特性。

2.4.4 便于用戶的檢查和更換。

2.5 技術(shù)性能要求

2.5.1 受流器為空氣驅(qū)動(dòng)受流器；單個(gè)受流器能夠遠(yuǎn)程受控起落，受流器位置能夠被檢測(cè)并上傳至TIMS。在工作高度范圍內(nèi)，滿足列車供電的要求。

2.5.2 受流器應(yīng)有足夠的、良好的取流性能，且當(dāng)只有兩個(gè)受流器對(duì)一列車供電時(shí)（通過牽引供電的斷電區(qū)），受流器可保證工作正常。

2.5.3 受流器集電靴與第三軌的接觸壓力、轉(zhuǎn)動(dòng)角度應(yīng)滿足車輛的運(yùn)行要求。

2.5.4 受流器的電壓、電流額定值應(yīng)滿足回路工作要求。

2.5.5 受流器裝置應(yīng)安裝可靠、絕緣良好。

2.5.6 受流器集電靴的壽命不小于5萬公里。

2.5.7 受流器應(yīng)設(shè)置受流器熔斷器。

2.5.8 受流器應(yīng)具有在故障時(shí)脫離第三軌的功能，供貨商應(yīng)提供每列車2套受流器手動(dòng)脫離接觸軌裝置，安裝在司機(jī)室。在受流器自動(dòng)起落失效時(shí)，可手動(dòng)操作脫離。

2.5.9 集電靴材質(zhì)及受流器的結(jié)構(gòu)和性能應(yīng)適合鋼鋁復(fù)合軌的第三軌供電方式。

3 各接口劃分

3.1 控制中心接口劃分

控制中心接口劃分如表1所示：

表1

物理接口編號(hào) 接口位置 AFC系統(tǒng) TIAS系統(tǒng) 接口類型/

數(shù)量

TIAS.MLC.01 控制中心、備用中心 AFC設(shè)備通信出口處 提供控制中心、備用中心AFC系統(tǒng)機(jī)柜側(cè)的RJ45形式10/100M以太網(wǎng)電口。 提供從控制中心、備用中心TIAS系統(tǒng)機(jī)柜到AFC系統(tǒng)機(jī)柜RJ45網(wǎng)口帶標(biāo)識(shí)的五類屏蔽網(wǎng)絡(luò)電纜并負(fù)責(zé)該電纜的敷設(shè)、成端及連通等。 冗余10/100M以太網(wǎng)電口，RJ45，2個(gè)。

3.2 車站IBP盤接口劃分

車站IBP盤接口劃分如表2所示：

表2

物理接口編號(hào) 接口位置 AFC 系統(tǒng) TIAS 系統(tǒng) 接口類型/數(shù)量

TIAS.AFC.02 車站控制室 IBP 盤端子排外線側(cè) 提供 AFC 系統(tǒng)設(shè)備到IBP 盤配線架帶標(biāo)識(shí)的連接電纜并負(fù)責(zé)成端上架。

負(fù)責(zé) IBP 盤上有關(guān)AFC 系統(tǒng)的功能測(cè)試。提供 AFC 系統(tǒng)的盤面布置要求、按鈕/指示燈的數(shù)量、電氣參數(shù)、二次接線原理圖、文字描述。

提供 IBP 盤上所有與AFC 有關(guān)的按鈕/指示燈每個(gè)回路的電源。 提供 IBP 盤面工藝布置圖、端子分配圖、按鈕/指示燈、接線端子排，并負(fù)責(zé)盤內(nèi)接線。

注：IBP 盤采用下進(jìn)下出線方式。 硬線，數(shù)量按需要提供。

注：采用截面面積在1.0～2.5 mm2電纜。

3.3 接地接口

接地接口如表3所示：

表3

物理接口編號(hào) 接口位置 AFC 系統(tǒng) TIAS 系統(tǒng) 接口類

型/數(shù)

量

TIAS.AFC.05 控制中心設(shè)備機(jī)房 接地總箱端子排外側(cè) 提供 AFC 系統(tǒng)接地端子數(shù)量、接地端子大小等要求；AFC 系統(tǒng)負(fù)責(zé)接地總箱端子排外側(cè)至 AFC 系統(tǒng)設(shè)備帶標(biāo)識(shí)的接地電纜的采購(gòu)、敷設(shè)、連接及其預(yù)留條件的設(shè)計(jì)等工作。 提供接地總箱；提供接地總箱分配圖（帶標(biāo)識(shí)的回路號(hào)）。注：接地總箱采用下出線方式。 按需要提供。

4 結(jié)語

通過本課題的研究，為了加快城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化的步伐，為全自動(dòng)駕駛信號(hào)控制工程奠定基礎(chǔ)，從全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)集成的過程入手，研究全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的功能需求、系統(tǒng)集成、接口及驗(yàn)證，深入論述運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景、風(fēng)險(xiǎn)源分析和總體需求。介紹系統(tǒng)集成的原則、接口定義和最小系統(tǒng)集成驗(yàn)證的方法。在此基礎(chǔ)上總結(jié)系統(tǒng)集成的經(jīng)驗(yàn)，提出建立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)集成通用模型的方法，為今后工程設(shè)計(jì)、施工和系統(tǒng)集成提供技術(shù)支撐和指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 周文.西班牙修建無人駕駛地鐵[J].鐵道知識(shí)，2003，（6）.

[2] 何宗華.日本城市軌道交通的類型與技術(shù)發(fā)展[J].城市軌道交通研究，2004，（5）.

[3] 孫延煥，陳麗民，陳軍科.北京機(jī)場(chǎng)線無人駕駛模式系統(tǒng)的研究與實(shí)踐[J].都市快軌交通，2012，（5）.

作者簡(jiǎn)介：高春霞（1980-），女，山東青島人，供職于青島四方機(jī)車車輛技師學(xué)院，研究方向：機(jī)車電氣、自動(dòng)化控制。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）