跨坐式單軌列車擴編方案及其影響分析

胡亞軍

(中車浦鎮(zhèn)龐巴迪運輸系統(tǒng)有限公司，241060，蕪湖//工程師)

城市軌道交通線路的遠期客流預測值如果比初、近期明顯增加時，通常會采用調整列車編組數(shù)予以解決，即：初、近期采用較小的列車編組，遠期則采用較大的列車編組[1]。遠期可采用的運營組織方案有兩種：一是大小編組列車混合運營；二是將初、近期列車擴編成較大的編組，以適應遠期增長的客流需要。為此，在對初期列車進行設計時，應充分考慮預留列車擴編的條件。本文以蕪湖市軌道交通2號線、泰國曼谷黃粉線列車為應用實例，針對PBTS跨坐式單軌車輛由4輛編組擴編至6輛編組，從列車的性能、功能、系統(tǒng)架構、子系統(tǒng)等方面，對擴編方案進行討論與評估。

1 擴編對列車性能及主要功能的影響分析

跨坐式單軌車輛從4節(jié)編組擴展為6節(jié)編組，將對車輛的若干性能產(chǎn)生重要影響，具體如表1所示；對列車主要功能的影響如表2所示。

表1 擴編對列車性能的影響

2 擴編后系統(tǒng)架構方案分析

2. 1 列車總體布置圖

4節(jié)編組跨坐式單軌列車的編組形式為A1-C1-D1-B1(考慮到擴編需求，一般需在車型A、C、D、B后面加數(shù)字“1”)，其中：A1、B1為頭尾車，C1、D1為一對中間車,其平面布置如圖1所示。若擴編至6節(jié)編組，則需要增加一對中間車，即一個C車和一個D車。為了與既有的C1車和D1車進行區(qū)分，新增的中間車命名為C2車和D2車。擴編后的6節(jié)編組列車編組形式為A1-C1-D1-C2-D2-B1,平面布置如圖2所示。

表2 擴編對列車主要功能的影響

圖1 4節(jié)編組列車平面布置圖

圖2 6節(jié)編組列車平面布置圖

列車擴編后，需要對列車網(wǎng)絡和子系統(tǒng)的軟件進行調整，為子系統(tǒng)分配新的網(wǎng)絡節(jié)點地址，以適應新的車輛編組要求。所有的硬件設備不需調整，車體機械結構等無需變化。

2. 2 列車網(wǎng)絡架構

跨坐式單軌列車網(wǎng)絡采用總線式通信網(wǎng)絡(CAN)，分為列車級CAN總線和車輛級CAN總線。其中：列車級CAN總線貫穿整列車，連接列車管理系統(tǒng)(TMS)主機、信號系統(tǒng)主機、TMS顯示屏和維護端口；車輛級CAN總線分布在每輛車，用于連接每輛車內(nèi)的車載子系統(tǒng)設備。4節(jié)編組列車網(wǎng)絡架構如圖3所示。每輛車設置一臺TMS主機，本車TMS主機和臨車TMS主機互為冗余，即A1和C1車TMS主機冗余、D1和B1車TMS主機冗余。圖3中TMS主機之間的虛線即為冗余通信總線。正常狀況時默認以本車TMS主機為主，故障時則改為以臨車TMS主機為主。

圖3 4節(jié)編組列車網(wǎng)絡架構

擴展為6節(jié)編組后，列車級CAN總線上的設備不變，但新增了2輛中間車的車輛級CAN網(wǎng)絡，總線上的總節(jié)點數(shù)量增加，總線負載率也會有所增加。6節(jié)編組列車網(wǎng)絡架構如圖4所示。TMS主機仍然兩兩互為冗余：A1和C1車TMS主機冗余，D1和C2車TMS主機冗余，D2和B1車TMS主機冗余。圖4中TMS主機之間的虛線即為冗余通信總線。

圖4 6節(jié)編組列車網(wǎng)絡架構

2. 3 輔助供電系統(tǒng)架構

跨坐式單軌列車每輛車均有一套完整的輔助供電系統(tǒng)，能夠為所有的車載設備提供不同制式(AC 380 V三相交流供電、AC 220 V單相交流供電、DC 110 V直流供電、DC 24 V直流供電)的電源。輔助供電系統(tǒng)采用冗余配置，本車與臨車的輔助供電系統(tǒng)互為冗余。4節(jié)編組輔助供電系統(tǒng)架構如圖5所示。輔助供電系統(tǒng)主要設備包含輔助逆變器、蓄電池、電源分配箱(圖5中已用灰色線框標記出)。AC 380 V、DC 110 V和DC 24 V采用并網(wǎng)供電(A1車和C1車并網(wǎng)，D1車和B1車并網(wǎng))，當本車的輔助供電系統(tǒng)故障時，臨車的輔助供電系統(tǒng)能夠繼續(xù)為本車負載供電，不會引起供電中斷。

圖5 4節(jié)編組輔助供電系統(tǒng)架構

擴編為6節(jié)編組后，在原有4節(jié)編組基礎上增加了2輛中間車，每輛車均有一套輔助供電系統(tǒng)，本車輔助供電系統(tǒng)與臨車依然互為冗余，AC 380 V、DC 110 V和DC 24 V等制式仍采用2車之間并網(wǎng)供電方式，但此時并網(wǎng)連接關系相比較4節(jié)編組車輛有所變化：A1車和C1車并網(wǎng)，D1車和C2車并網(wǎng)，D2車與B1車并網(wǎng)，如圖6所示。

3 擴編后列車子系統(tǒng)方案分析

3. 1 車體

跨坐式單軌車體由車頂、端墻、底架、側墻組成，4節(jié)編組列車擴展為6節(jié)編組后，僅增加C2和D2兩節(jié)車的車體，但每個車的車體內(nèi)部結構不發(fā)生變化。

圖6 6節(jié)編組輔助供電系統(tǒng)架構

3. 2 轉向架

跨坐式單軌轉向架由構架、走行輪、導向輪、二系懸掛、牽引連桿等組成。4節(jié)編組列車擴展為6節(jié)編組后，僅增加C2和D2車轉向架，轉向架自身不發(fā)生變化。

3. 3 內(nèi)裝

4節(jié)編組列車擴展為6節(jié)編組后，每輛車的內(nèi)裝設備配置不變，車輛內(nèi)裝風格也不會發(fā)生變化。

3. 4 空調

跨坐式單軌車輛每輛車均設有一套頂置式空調系統(tǒng)。當4節(jié)編組列車擴展為6節(jié)編組后，增加了中間車空調系統(tǒng)。對空調系統(tǒng)自身而言，硬件無需變化，但軟件上需要進行相應調整，比如車輛號、總線節(jié)點地址的變化等。

3. 5 車門

跨坐式單軌車輛每輛車設有4個(每側2個)微動塞拉式車門。當4節(jié)編組列車擴展為6節(jié)編組后，增加了中間車車門，對車門系統(tǒng)自身而言，硬件無需變化，但軟件需要進行相應調整，比如車輛號、總線節(jié)點地址的變化等。

3. 6 輔助供電系統(tǒng)

輔助供電系統(tǒng)為車輛負載提供電源，滿足不同負載的用電需求。根據(jù)前文所述，當4節(jié)編組列車擴展為6節(jié)編組后，輔助供電系統(tǒng)架構會相應發(fā)生變化。輔助供電設備硬件無需變化，設備軟件由此需要進行相應調整，比如車輛號、總線節(jié)點地址、擴展供電指令等。

3. 7 牽引系統(tǒng)

跨坐式單軌車輛每輛車有2套獨立控制的牽引系統(tǒng)，為車輛提供牽引動力和電制動力。每套牽引系統(tǒng)包含1臺電抗器、1臺牽引逆變器和1臺電機。2臺電抗器集成在1個電抗器箱內(nèi)，2個牽引逆變器集成在1個牽引逆變器箱內(nèi)，電機安裝在每個轉向架的走行輪輪轂內(nèi)部，如圖7所示。4節(jié)編組列車擴展為6節(jié)編組后，對牽引系統(tǒng)自身而言，硬件無需變化，但軟件需要進行相應調整，比如車輛號、總線節(jié)點地址的變化等。

圖7 跨坐式單軌車輛牽引系統(tǒng)示意圖

3. 8 制動系統(tǒng)

跨坐式單軌車輛每輛車均設有一套液壓制動系統(tǒng)，采用故障導向安全的設計理念，滿足車輛在不同負載情況下的制動力需求。制動系統(tǒng)提供常用制動、停放制動和緊急制動，其中：常用制動包含電制動和液壓制動，常用制動優(yōu)先采用電制動，當電制動力不足時由液壓制動進行補充。當4節(jié)編組列車擴展為6節(jié)編組后，增加了中間車制動系統(tǒng)，對液壓制動系統(tǒng)自身而言，硬件無需變化，但軟件需要進行相應調整，比如車輛號、總線節(jié)點地址的變化等。

3. 9 車鉤系統(tǒng)

跨坐式單軌車輛車鉤系統(tǒng)由半自動車鉤、防爬器、半永久牽引桿組成，其中：半自動車鉤和防爬器位于列車頭尾兩端，半永久牽引桿用于列車內(nèi)部車廂與車廂之間的連接。4節(jié)編組列車車鉤系統(tǒng)組成如圖8所示。

圖8 4節(jié)編組車鉤系統(tǒng)組成

6節(jié)編組在4節(jié)編組的基礎上，增加了2輛中間車的半永久牽引桿。列車車鉤系統(tǒng)組成如圖9所示。

圖9 6節(jié)編組車鉤系統(tǒng)組成

3. 10 車載通信系統(tǒng)

跨坐式單軌車輛每輛車有一套車載通信系統(tǒng)，通過環(huán)形以太網(wǎng)絡為列車提供廣播、多媒體顯示和視頻監(jiān)控等功能。車載通信系統(tǒng)設備主要包含車載通信主機、客室主機、交換機、監(jiān)控觸摸屏、功率放大器以及終端設備(攝像頭、揚聲器、多媒體屏、端部顯示器、動態(tài)地圖、車側顯示器等)。4節(jié)編組列車擴展為6節(jié)編組后，增加了2輛中間車的車載通信系統(tǒng)設備，列車環(huán)形以太網(wǎng)絡接入新增中間車的交換機和客室主機。車載通信主機的軟件也隨之需要進行調整。此外，需要注意的是，如果原有4節(jié)編組方案中的視頻監(jiān)控存儲設備位于頭尾車，則擴編后由于列車的攝像頭數(shù)量增加，存儲設備容量要求也會隨之增大。

3. 11 列車控制系統(tǒng)

跨坐式單軌車輛采用全自動無人駕駛。正常情況下列車為自動駕駛模式，由車載信號系統(tǒng)進行列車控制；緊急情況下(如信號系統(tǒng)故障、救援工況)改為由司機手動控制，通過手動控制系統(tǒng)設備發(fā)出主要控制指令。當4節(jié)編組列車擴展為6節(jié)編組后，車載信號系統(tǒng)和手動控制系統(tǒng)軟件需要進行相應調整，用于列車控制的列車線(如車門使能、緊急制動、牽引使能列車線等)長度增加。

3. 12 列車網(wǎng)絡

跨坐式單軌車輛TMS網(wǎng)絡采用CAN總線式網(wǎng)絡。TMS設備包含TMS主機(包括電源模塊、通訊模塊、處理器模塊、輸入/輸出模塊)和顯示屏組成。4節(jié)編組列車擴展為6節(jié)編組后，TMS系統(tǒng)設備軟件需要進行相應調整，比如:TMS主機總線管理和節(jié)點地址分配功能需要改變，以適用更多的總線節(jié)點設備;顯示屏需顯示6節(jié)編組車輛信息等。

4 結語

既有PBTS跨坐式單軌車輛列車擴編是可能的。列車擴編主要涉及列車總體布置、列車網(wǎng)絡、輔助供電、車載通訊、列車控制，以及其它帶有軟件功能的部件和子系統(tǒng)。列車擴編應考慮列車在性能、功能、系統(tǒng)架構、子系統(tǒng)方案等方面的影響，并在設計初期提前預留的遠期擴編條件。