廣州地鐵A1型車防開門溜車技術(shù)的研究

謝 帥

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東廣州 510310）

1 概述

廣州地鐵一號線A1型車已運行近20年，車輛各系統(tǒng)部件都存在一定程度的老化現(xiàn)象，尤其是電子板件老化現(xiàn)象較為嚴(yán)重。DCU（牽引控制單元）作為車輛牽引系統(tǒng)的核心部件，其電子板件故障會引起牽引系統(tǒng)故障，動力丟失，甚至?xí)?dǎo)致列車溜車等安全事故。根據(jù)廣州地鐵車輛中心網(wǎng)站的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，從2004年至今已發(fā)生近百起的列車溜車事件，近年來發(fā)生在站臺的溜車事件數(shù)量開始明顯增加，主要表現(xiàn)為：A1型車以ATO（自動駕駛系統(tǒng)）模式進(jìn)站對標(biāo)停車，列車停穩(wěn)，車門及屏蔽門自動開啟后，列車出現(xiàn)后溜，APT（自動保護(hù)系統(tǒng)）使列車產(chǎn)生緊制，車門與屏蔽門自動關(guān)閉。在此期間如果有乘客上下車，很可能會導(dǎo)致客傷事件。對此，針對廣州地鐵一號線A1型車站臺溜車的故障展開調(diào)查與研究，并成功地進(jìn)行了技術(shù)改造。

2 故障調(diào)查分析

根據(jù)廣州地鐵一號線A1型車車輛控制的原理，對列車站臺溜車的可能性展開調(diào)查研究，并通過信號采集與故障模擬，發(fā)現(xiàn)列車站臺產(chǎn)生溜車的原因是：列車ECU（制動控制單元）異常收到保壓制動緩解指令，由于站臺有坡度，列車因重力而發(fā)生溜車。

2.1 保壓制動緩解的原理分析

列車后溜實際上就是保壓制動（氣制動）緩解后沒有牽引力矩，在有坡度的軌道上產(chǎn)生滑行。

列車的牽引是由牽引控制單元DCU控制的。在DCU控制程序內(nèi)部，把列車控制定義為21個狀態(tài)，每一種狀態(tài)用一個狀態(tài)編號和一個狀態(tài)名表示。表1列出了幾個跟下面分析相關(guān)的部分狀態(tài)。

正常的車輛保壓制動緩解過程如下（見圖1）：

（1）列車在站臺或者車庫啟動前，列車控制狀態(tài)處于初始狀態(tài)“0”，當(dāng)符合條件1的時候，狀態(tài)轉(zhuǎn)為“2”，即進(jìn)入預(yù)充電狀態(tài)；

（2）當(dāng)列車接收到“牽引方向”信號，滿足“條件2”和“條件3”后，緊急制動緩解，保壓制動維持在施加位置，車輛狀態(tài)由“2”變?yōu)椤?1”，即列車處于待牽引狀態(tài)；

表1 車輛狀態(tài)

圖1 車輛保壓制動緩解條件邏輯

（3）列車處于待牽引狀態(tài)，保壓制動施加，當(dāng)滿足“條件4”，列車狀態(tài)由“21”變?yōu)椤?3”，列車保壓制動緩解，此時通過司機臺主控手柄或者ATO給出的牽引參考值便可驅(qū)使列車啟動運行。

2017年3月17日對1A0910發(fā)生溜車故障的車輛車進(jìn)行在線數(shù)據(jù)收集，在列車下行?？吭谖鏖T口站臺時，NI64通道記錄儀記錄下了正常的列車信號狀態(tài)。

列車正常停站到啟動，保壓制動指令有如下特點：

（1）在t1時刻，列車停穩(wěn)（無速度信號），列車無牽引指令，有方向指令，保壓制動施加；

（2）在t2時刻，列車開始移動（有速度信號），列車有牽引指令，保壓制動緩解指令，并已建立了牽引力矩。

當(dāng)1A0910下行運行?？块L壽路站臺時，列車溜車，隨后列車緊急制動，NI64通道記錄儀記錄下了該時間段列車信號狀態(tài)。

列車在站臺溜車時，保壓制動指令有如下特點：

（1）在t1時刻，列車停穩(wěn)（無速度信號），列車無牽引指令，有方向指令，但保壓制動處于緩解狀態(tài)；

（2）在t2時刻，列車開始移動（有速度信號），列車無牽引指令，有保壓制動緩解指令，但并未建立牽引力矩，列車發(fā)生溜車；

（3）在t3時刻，列車因溜車，列車自動保護(hù)系統(tǒng)ATP使列車緊急制動、快速制動、常用制動回路斷開，列車同時產(chǎn)生緊制、常制、快制，不滿足條件4保壓制動緩解的邏輯（見圖2），列車施加保壓制動。

圖2 車輛狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

對比兩次收集到的正線數(shù)據(jù)，溜車時段，列車停站停穩(wěn)，但仍然有保壓制動緩解指令的給出。

廣州地鐵一號線A1型車為六節(jié)編組，四動兩拖設(shè)計，根據(jù)其電路控制原理，保壓制動的緩解指令是在DCU接收到牽引指令后，其中央控制板A304板給出+5 V的電平使A313板的板件繼電器K3得電，常開觸頭閉合，保壓制動列車線110 V導(dǎo)通，ECU執(zhí)行保壓制動緩解指令。而當(dāng)任意有一個牽引控制單元DCU發(fā)出保壓制動指令時，六節(jié)車制動控制單元ECU都會執(zhí)行保壓制動緩解指令。

在對1A0910車的檢查過程中發(fā)現(xiàn)，其中一節(jié)車的A313板的K7繼電器觸點處于卡合狀態(tài)，整列車一直處于保壓制動緩解的狀態(tài)，更換該繼電器后，列車正常。

圖3 保壓制動信號在DCU和ECU間的關(guān)系

2.2 列車受力分析

主要表現(xiàn)為：列車在站臺或折返線（有坡度的軌道）上啟動時發(fā)生后溜。經(jīng)專業(yè)小組技術(shù)攻關(guān)后發(fā)現(xiàn)：大部分發(fā)生溜車故障時，列車在接收到牽引方向信號的同時，接收到常用制動指令，導(dǎo)致牽引系統(tǒng)不能正常充電，常用制動指令維持約1秒后撤消，列車隨后接收到牽引指令，使列車保壓制動緩解，但此時由于牽引系統(tǒng)沒能正常充電，因而沒有建立牽引力矩，導(dǎo)致車輛溜車；部分時候出現(xiàn)車輛牽引控制單元DCU內(nèi)部一塊電子板上的微型繼電器偶然出現(xiàn)故障（見圖4、5），導(dǎo)致列車保壓制動異常緩解，造成列車在有坡度的站臺上出現(xiàn)后溜。通過更換該類型的微型繼電器，極大地改善了列車剛停站即出現(xiàn)后溜的現(xiàn)象。

圖4 DCU控制板件實物圖

圖5 DCU控制板件原理圖

然而近年來，由于車輛牽引控制單元DCU電子板件的使用時間較長，由板件誤給出保壓制動緩解信號的情況越發(fā)顯現(xiàn)，導(dǎo)致列車出現(xiàn)后溜的故障，對列車的安全運營會造成了很大的影響。

A1型車列車進(jìn)站對標(biāo)停穩(wěn)，車門自動打開后，列車后溜緊制，車門自動關(guān)閉。對故障列車進(jìn)行調(diào)查、研究發(fā)現(xiàn)，列車進(jìn)站由制動力停穩(wěn)后收到開門信號，但由于站臺軌道有3‰的坡度（一號線站臺除坑口、西朗外均有3‰的坡度），如圖6、7所示，一個DCU誤觸發(fā)保壓制動指令BHL，將導(dǎo)致整列車處于保壓制動緩解狀態(tài)，列車由于自重發(fā)生后溜，零速繼電器2K13繼而得電，列車產(chǎn)生緊制，同時開門使能繼電器失電，車門關(guān)閉。當(dāng)司機方向手柄回零位后，列車有緊急制動力而停穩(wěn)。

圖6 長壽路站下行后溜示意圖

列車在定員情況下(AW2)，車輪半磨耗（805 mm），在正線軌道上的相關(guān)參數(shù)如下：

列車重力：

G=mg 式中：m-定員載荷（AW2）時的列車重量為331.6 t；

列車坡道阻力：

不考慮風(fēng)阻，列車產(chǎn)生后溜的力為：

F=G×sinα-f=68.16 kN (α -坡度取3‰)

后溜加速度為：

由此可知，當(dāng)列車因所有氣制動緩解后無牽引力，產(chǎn)生后溜時，列車將以0.21 m/s2的加速度向后溜動，對乘客的人身安全將造成巨大的隱患。該故障對列車的安全運營會造成很大影響，以往解決方案已不能滿足目前一號線A1型車的現(xiàn)狀。因此提出對一號線A1型車防開門溜車的技術(shù)改造方案。

圖7 列車受力分析圖

3 改造方案

列車進(jìn)站由制動力停穩(wěn)，ATO模式給出開門使能、指令后，車門打開，此時正常情況下列車會有保壓制動力，但如果該車任意一個牽引控制單元DCU誤觸發(fā)保壓制動緩解信號BHL，將導(dǎo)致整列車保壓制動緩解。

為防止車門打開時，ECU收到保壓制動緩解的指令，可對保壓制動緩解指令回路做如下改造。

（1）在4節(jié)動車DCU發(fā)出保壓制動緩解指令BHL線路上串接單節(jié)車關(guān)門繼電器8K27、8K28的一對常開觸點43/44腳，通過利用列車冗余的備用線，實現(xiàn)線路回路的連接。原理示意圖如圖8所示。

（2）為防止改造后出現(xiàn)因4節(jié)動車同時出現(xiàn)車門故障(可能性極低)，引起保壓制動信號BHL均不能給出，在列車的2節(jié)C車加裝的串聯(lián)繼電器回路中再加入旁路。利用司機室車鉤旁路的旋鈕開關(guān)3S97控制，及其所控制的繼電器3K44的一對剩余常開觸點并入回路。

圖8 保壓制動緩解信號改造后的示意圖

本方案利用車輛B、C車電子柜與電氣柜相連的備用線，8K27、8K28、3K44繼電器，3S97空余的觸點本身回路進(jìn)行改造，改造成本較低，作業(yè)簡單，能有效地解決車輛停穩(wěn)、車門打開，車輛后溜的問題。

目前廣州地鐵一號線A1型車車輛均已根據(jù)該方案改造完成，運行超過2個月，未再出現(xiàn)一起開門溜車的安全事件，證明了該方案安全可行。

4 結(jié)論

由于廣州地鐵一號線A1型車設(shè)計之初，將制動控制單元的保壓制動緩解設(shè)為了并行控制，即任意一節(jié)動車的牽引控制單元發(fā)出保壓制動緩解指令后，六節(jié)車的制動控制單元均會緩解保壓制動。由于A1型車牽引控制單元板件使用已超過20年，板載繼電器等部件性能下降，牽引控制單元誤觸發(fā)保壓制動導(dǎo)致列車開門溜車的事件日益頻發(fā)，對列車正線的運營造成了極大的安全隱患。通過對故障原因的深入調(diào)查分析，提出了改造方案并全面實施，消除了列車開門溜車的安全隱患，同時為車輛維護(hù)人員自主解決車輛長期存在的慣性難題提供了寶貴經(jīng)驗，提升了列車服務(wù)水平。

參考文獻(xiàn)：

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