電客車緊急制動(dòng)電路優(yōu)化方案研究

何清泉

[摘? ? 要]信號(hào)系統(tǒng)作為城市軌道交通運(yùn)輸安全的有力保障，遵循故障導(dǎo)向安全的原則，在電客車駕駛過程中觸發(fā)信號(hào)系統(tǒng)安全限制條件或信號(hào)系統(tǒng)故障時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)輸出緊急制動(dòng)命令，緊急制動(dòng)命令發(fā)出后須施加制動(dòng)直至電客車停穩(wěn)。本文首先對國內(nèi)某信號(hào)系統(tǒng)緊急制動(dòng)電路設(shè)計(jì)方案進(jìn)行簡要介紹，然后分析該方案中存在的設(shè)計(jì)不足，提出緊急制動(dòng)電路設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案。最后，以某電客車為例，基于該優(yōu)化方案進(jìn)行緊急制動(dòng)電路改造試驗(yàn)，結(jié)果表明該方案具有較好可行性。

[關(guān)鍵詞]信號(hào)系統(tǒng);緊急制動(dòng);零速;繼電電路

[中圖分類號(hào)]U269.6[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）09–00–03

[Abstract]As a powerful guarantee for the safety of urban rail transportation， the signal system follows the principle of failure-oriented safety. When the safety restriction condition of the signal system is triggered or the signal system fails during the driving of the metro vehicle， the signal system outputs an emergency brake command， which ensures the continuous application of the braking force during the stopping process of the metro vehicle. In this paper， the emergency brake circuit design scheme of a domestic signal system is briefly introduced， and then， the design deficiencies in the scheme are analyzed， and the optimization scheme of emergency brake circuit design is proposed. Finally， taking an electric bus as an example， the emergency brake circuit modification test is carried out based on the optimization scheme. The results show that the scheme is feasible.

[Keywords]signal system;emergency brake;stop stability;relay circuit

城市軌道交通系統(tǒng)在城市公共交通中扮演著極其重要的角色，安全、準(zhǔn)時(shí)、舒適的特點(diǎn)使城市軌道交通成為市民出行的首選。如今城市軌道交通系統(tǒng)發(fā)展迅猛，自動(dòng)化、智能化的程度越來越高，同時(shí)也對城市軌道交通系統(tǒng)的安全性提出了嚴(yán)苛的要求，在保證故障導(dǎo)向安全的原則下[1]，一切涉及軌道交通運(yùn)營安全的動(dòng)作必須精準(zhǔn)無誤，且為這些執(zhí)行命令設(shè)置可靠的安全措施。

緊急制動(dòng)是信號(hào)系統(tǒng)車載設(shè)備保障電客車運(yùn)行安全的有效措施。信號(hào)車載設(shè)備給車輛提供緊急制動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)作為安全電路（雙線、雙斷）全車串接。緊急制動(dòng)環(huán)路失電時(shí)導(dǎo)致電客車緊急制動(dòng)，使車速一直降到零[2]。若信號(hào)側(cè)緊急制動(dòng)命令因故發(fā)出后取消，電客車在速度未降到零時(shí)緊急制動(dòng)措施也隨之緩解，則證明此緊急制動(dòng)電路設(shè)計(jì)不合理，存在一定的安全隱患。

1 緊急制動(dòng)未能持續(xù)施加至電客車零速問題分析

1.1 緊急制動(dòng)電路原理

信號(hào)側(cè)輸出的緊急制動(dòng)命令屬于安全輸出。車輛側(cè)確保在緊急制動(dòng)繼電器接點(diǎn)斷開后電客車須切除牽引，施加緊急制動(dòng)。信號(hào)側(cè)通過車載板卡內(nèi)部繼電器EBRD1和EBRD2分別接入正負(fù)電源，通過本身觸點(diǎn)的狀態(tài)控制外部信號(hào)緊急制動(dòng)繼電器1和信號(hào)緊急制動(dòng)繼電器2兩個(gè)繼電器。在列車正常行駛過程中信號(hào)緊急制動(dòng)繼電器得電保持勵(lì)磁，繼電器的常開觸點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，信號(hào)緊急制動(dòng)控制原理如圖1所示。

在列車緊急制動(dòng)主回路的正負(fù)電源中各串接了信號(hào)緊急繼電器1和信號(hào)緊急制動(dòng)繼電器2的一組接點(diǎn)，任一緊急制動(dòng)繼電器觸點(diǎn)斷開時(shí)，緊急制動(dòng)主回路失電，列車觸發(fā)緊急制動(dòng)，同時(shí)并聯(lián)了信號(hào)切除繼電器常開觸點(diǎn)，ATC切除時(shí)，信號(hào)緊急制動(dòng)命令失效，緊急制動(dòng)主回路原理如圖2所示。

1.2 緊急制動(dòng)電路設(shè)計(jì)及存在的問題

該緊急制動(dòng)電路根據(jù)功能可將電路分成控制層和執(zhí)行層兩部分。信號(hào)側(cè)緊急制動(dòng)控制電路根據(jù)ATP的計(jì)算結(jié)果確定是否輸出緊急制動(dòng)命令，緊急制動(dòng)主回路負(fù)責(zé)根據(jù)信號(hào)側(cè)發(fā)出的緊急制動(dòng)命令執(zhí)行或取消緊急制動(dòng)。ATP是信號(hào)系統(tǒng)列車安全防護(hù)的核心，正常情況下，通過ATP軟件本身計(jì)算的緊急制動(dòng)命令一旦輸出，則由ATP軟件負(fù)責(zé)持續(xù)請求施加緊急制動(dòng)直至列車速度為零。從電路原理上分析，信號(hào)側(cè)的整個(gè)緊急制動(dòng)控制電路中并未設(shè)置零速信息的限制條件，當(dāng)緊急制動(dòng)控制電路中出現(xiàn)板卡內(nèi)部繼電器接點(diǎn)接觸不良、信號(hào)緊急制動(dòng)繼電器硬線連接不良的硬件故障時(shí)，同樣會(huì)導(dǎo)致緊急制動(dòng)命令觸發(fā)。在此硬件故障情況下，信號(hào)側(cè)可能間歇性的發(fā)出緊急制動(dòng)命令，列車執(zhí)行該系列緊急制動(dòng)命令，造成列車頓挫，無法滿足緊急制動(dòng)命令須施加至列車零速的設(shè)計(jì)規(guī)范。

在某城市的軌道交通運(yùn)營過程中，電客車在出站信號(hào)已開放的情況下以自動(dòng)駕駛模式進(jìn)站，因ATP軟件運(yùn)行異常輸出緊急制動(dòng)命令，300 ms后軟件恢復(fù)正常，緊急制動(dòng)命令取消，但300 ms不足以讓車輛完成緊急制動(dòng)，列車實(shí)際上還未獲得制動(dòng)，同時(shí)信號(hào)系統(tǒng)因發(fā)出緊急制動(dòng)命令，判斷列車會(huì)因緊急制動(dòng)而停車，因此不再調(diào)整列車制動(dòng)控制級(jí)位（自動(dòng)駕駛模式下信號(hào)系統(tǒng)輸出的制動(dòng)力要求，用來保障列車對標(biāo)停車），若司機(jī)未提前介入，電客車將沖出站臺(tái)于區(qū)間自動(dòng)停車。

2 緊急制動(dòng)電路優(yōu)化方案

2.1 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)原理

該緊急制動(dòng)電路的缺陷在于信號(hào)側(cè)緊急制動(dòng)控制命令因某些特殊原因無法持續(xù)輸出直至列車零速，因此該優(yōu)化方案主要通過在信號(hào)側(cè)的緊急制動(dòng)控制電路中加入零速條件，利用信號(hào)緊急制動(dòng)繼電器本身觸點(diǎn)構(gòu)成自閉電路來解決此缺陷[3]，同時(shí)充分利用現(xiàn)有的條件，降低施工改造難度，提高該優(yōu)化方案的可行性，該優(yōu)化方案需要實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)條件。

2.1.1 零速條件

信號(hào)車載電路設(shè)計(jì)中有一個(gè)安全輸出零速信息ZVI，通過車載編碼里程計(jì)計(jì)算出零速信息后，由車載板卡輸出，驅(qū)動(dòng)一個(gè)零速繼電器。在該項(xiàng)目中，零速繼電器共有4組觸點(diǎn)，B1-C1常開觸點(diǎn)為車輛提供零速信息采集;B2-C2和B3-C3常開觸點(diǎn)串接在車輛零速繼電器的勵(lì)磁電路中;B4-C4常開觸點(diǎn)未使用，可作為優(yōu)化方案零速條件的輸入，此本次優(yōu)化方案的第一個(gè)條件，信號(hào)零速繼電器觸點(diǎn)使用情況如圖3所示。

2.1.2 信號(hào)緊急制動(dòng)自閉條件

信號(hào)緊急制動(dòng)繼電器1和信號(hào)緊急制動(dòng)繼電器2各有四組觸點(diǎn)，繼電器的B1-C1和B2-C2常開觸點(diǎn)串入車輛緊急制動(dòng)主回路中;B3-C3常開觸點(diǎn)為車輛提供緊急制動(dòng)監(jiān)控信息采集;B4-C4的常開觸點(diǎn)為信號(hào)設(shè)備提供緊急制動(dòng)信息采集。車輛緊急制動(dòng)監(jiān)控信息采集和信號(hào)設(shè)備緊急制動(dòng)信息采集可使用并聯(lián)方式采用B3-C3常開觸點(diǎn)做為采集觸點(diǎn)，可以保證信號(hào)和車輛的緊急制動(dòng)信息采集同步。空閑的B4-C4觸點(diǎn)可以作為緊急制動(dòng)自閉電路的自閉觸點(diǎn)，作為本次優(yōu)化方案的第二個(gè)條件，信號(hào)緊急制動(dòng)繼電器觸點(diǎn)使用情況如圖4所示。

優(yōu)化后的緊急制動(dòng)控制電路如圖5所示。列車停車時(shí)，列車速度為零，零速繼電器勵(lì)磁吸起，零速繼電器觸點(diǎn)閉合，信號(hào)緊急制動(dòng)繼電器勵(lì)磁吸起，同時(shí)自身觸點(diǎn)閉合構(gòu)成自閉電路。在列車啟動(dòng)后，零速繼電器失電，信號(hào)緊急制動(dòng)繼電器通過自閉電路保持勵(lì)磁，不會(huì)觸發(fā)緊急制動(dòng)。列車因故觸發(fā)緊急制動(dòng)后，信號(hào)緊急制動(dòng)繼電器失電，自身觸點(diǎn)斷開，必須在列車停穩(wěn)后，零速繼電器勵(lì)磁，才具備再次勵(lì)磁的條件，因此可以從電路原理上保證緊急制動(dòng)一旦觸發(fā)，緊急制動(dòng)指令施加直至列車零速，且不影響列車其他功能。

3 緊急制動(dòng)電路優(yōu)化方案驗(yàn)證

根據(jù)該信號(hào)緊急制動(dòng)控制電路優(yōu)化方案，在電客車上開展試點(diǎn)改造工作，并在試車線上進(jìn)行動(dòng)車測試。通過調(diào)試軟件控制板卡內(nèi)EBRD1和EBRD2繼電器短時(shí)間內(nèi)的接通和閉合，模擬故障現(xiàn)象，已驗(yàn)證該優(yōu)化方案具備緊急制動(dòng)施加直至零速的功能，試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如圖6所示。（緊急制動(dòng)指令曲線：低電平代表發(fā)送緊急制動(dòng)命令，高電平代表未發(fā)送緊急制動(dòng)命令;緊急制動(dòng)施加反饋信息：低電平代表施加緊急制動(dòng)，高電平代表未施加積極制動(dòng);速度曲線代表電客車的運(yùn)行速度。）

4 結(jié)束語

該信號(hào)緊急制動(dòng)控制電路可以依照常見設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改造，即將板卡內(nèi)EBRD1和EBRD2的緊急制動(dòng)控制條件串入車輛的緊急制動(dòng)控制電路，通過車輛緊急制動(dòng)信號(hào)繼電器控制列車的緊急制動(dòng)，但是改造難度及施工難度較高。本文通過研究信號(hào)緊急制動(dòng)控制電路，提出在信號(hào)側(cè)通過零速條件和自閉條件解決該電路無法完全滿足緊急制動(dòng)需施加至電客車零速的問題，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)施驗(yàn)證，該方案施工難度更小，具備較高的可執(zhí)行性，是一個(gè)有效且較為合理優(yōu)化方案。

參考文獻(xiàn)

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