城市軌道交通全自動(dòng)洗車方案研究

秦小虎，孫曉光

(1. 重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司，重慶 401120;2. 通號(hào)城市軌道交通技術(shù)有限公司，北京 100070）

1 概述

隨著城市快速發(fā)展，人們的出行需求急劇增加，為提高城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行效率，全自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，且將被廣泛使用。全自動(dòng)停車場(chǎng)作為全自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)的重要組成部分之一，主要完成全自動(dòng)洗車的功能。全自動(dòng)洗車能夠大幅提高洗車效率，降低運(yùn)營維護(hù)人員的工作強(qiáng)度，充分體現(xiàn)了全自動(dòng)停車場(chǎng)的自動(dòng)化程度。為實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗車的功能，信號(hào)系統(tǒng)需要增加與洗車機(jī)的接口功能和邏輯關(guān)系。本文主要對(duì)洗車過程中各個(gè)相關(guān)系統(tǒng)的信息交互、接口方式、通信流程及洗車機(jī)狀態(tài)等進(jìn)行研究，給出城市軌道交通全自動(dòng)洗車方案。

2 接口方案設(shè)計(jì)

全自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)根據(jù)洗車作業(yè)計(jì)劃給出提示，在人工進(jìn)行確認(rèn)后自動(dòng)觸發(fā)至洗車線的進(jìn)路，列車在全自動(dòng)駕駛模式（FAM）下，洗車作業(yè)由車載VOBC 控制完成，車載VOBC 通過聯(lián)鎖系統(tǒng)向洗車機(jī)發(fā)送洗車請(qǐng)求，收到洗車機(jī)的確認(rèn)回復(fù)后，車載VOBC 向車輛發(fā)送洗車模式及牽引命令，待列車就位后開始洗車作業(yè)；在洗車作業(yè)的過程中，車載VOBC 控制列車定點(diǎn)停車及折返換端，完成列車的清洗；洗車完成后，車載VOBC 控制列車出清洗車庫停車點(diǎn)，列車停穩(wěn)后退出洗車模式，系統(tǒng)再根據(jù)洗車作業(yè)計(jì)劃自動(dòng)觸發(fā)回庫進(jìn)路。

由此可見，全自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)的全自動(dòng)洗車功能，由信號(hào)系統(tǒng)與洗車機(jī)間的接口配合實(shí)現(xiàn)，因此，首先對(duì)信號(hào)系統(tǒng)與洗車機(jī)間的接口方案進(jìn)行詳細(xì)分析與設(shè)計(jì)。

2.1 洗車機(jī)、聯(lián)鎖系統(tǒng)、車載VOBC間信息交互

全自動(dòng)洗車過程由車載VOBC 控制。聯(lián)鎖系統(tǒng)負(fù)責(zé)傳送車載VOBC 與洗車機(jī)之間的交互信息，本身不直接參與洗車過程的相關(guān)邏輯。

聯(lián)鎖系統(tǒng)根據(jù)車載VOBC 發(fā)送的狀態(tài)及命令，向洗車機(jī)發(fā)送洗車請(qǐng)求、暫停、頭洗車停穩(wěn)狀態(tài)、暫停、尾洗車停穩(wěn)狀態(tài)、列車通過洗車區(qū)請(qǐng)求等信息；同時(shí)，采集來自洗車機(jī)的洗車機(jī)就緒、洗車請(qǐng)求確認(rèn)、頭洗車允許移動(dòng)命令、尾洗車允許移動(dòng)命令、緊急停車命令、返回確認(rèn)狀態(tài)信息以及洗車機(jī)故障信息等，轉(zhuǎn)發(fā)給車載VOBC。其具體交互過程如圖1 所示。

2.2 聯(lián)鎖系統(tǒng)與洗車機(jī)接口方式

圖1 洗車機(jī)、聯(lián)鎖系統(tǒng)、車載VOBC間信息交互Fig.1 Information interaction among car washer, interlocking system and onboard VOBC

全自動(dòng)洗車機(jī)位于洗車庫內(nèi)，通過繼電接口與聯(lián)鎖系統(tǒng)連接，進(jìn)行控制信息和狀態(tài)信息的交互。繼電電路為雙斷電路，通過安全型輸入/輸出板對(duì)安全繼電器進(jìn)行狀態(tài)采集和命令驅(qū)動(dòng)。聯(lián)鎖系統(tǒng)將洗車請(qǐng)求、暫停洗車、停穩(wěn)、通過洗車機(jī)請(qǐng)求等信息發(fā)送給洗車機(jī)；洗車機(jī)將洗車機(jī)就緒、洗車請(qǐng)求確認(rèn)、允許移動(dòng)、洗車機(jī)故障、返回確認(rèn)狀態(tài)信息發(fā)送給聯(lián)鎖系統(tǒng)。具體交互信息如表1 所示。

表1 聯(lián)鎖系統(tǒng)與洗車機(jī)接口Tab.1 Interface between interlocking system and car washer

3 洗車過程中VOBC-CI通信流程

在確定信號(hào)系統(tǒng)與洗車機(jī)的接口方案后，為實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗車功能，需根據(jù)正常洗車流程，設(shè)計(jì)在洗車過程中，VOBC 與CI 需遵循的相應(yīng)通信流程，以此來控制列車狀態(tài)和洗車機(jī)以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)洗車功能。

洗車機(jī)處于自動(dòng)模式是全自動(dòng)洗車的前提，正常的洗車流程為：VOBC 發(fā)送“洗車請(qǐng)求”，洗車機(jī)收到后回復(fù)“請(qǐng)求確認(rèn)”，之后啟動(dòng)自動(dòng)洗車功能。根據(jù)此流程，VOBC 與CI 的具體通信流程如下。

VOBC 按照CBTC 互聯(lián)互通原則，在具備“CI通信軌道區(qū)段”屬性的軌道區(qū)段前配置距離內(nèi)，開始 與CI 建 立 通 信。VOBC 發(fā) 送VOBC-CI 心 跳幀、VOBC-CI 控制信息幀的條件均與CBTC 互聯(lián)互通系統(tǒng)相同。VOBC 發(fā)送VOBC-CI 控制信息幀時(shí)，應(yīng)同時(shí)發(fā)送VOBC-CI 全自動(dòng)運(yùn)行交互信息幀。在列車停穩(wěn)前，VOBC-CI 全自動(dòng)運(yùn)行交互信息幀中“自動(dòng)洗車”部分的全部信息均為默認(rèn)值（下稱“VOBC 全自動(dòng)洗車默認(rèn)幀”）。

CI 與VOBC 建立通信后，發(fā)送CI-VOBC 心跳幀、CI-VOBC 狀態(tài)信息幀的條件均與CBTC 互聯(lián)互通系統(tǒng)相同。CI 發(fā)送CI-VOBC 狀態(tài)信息幀時(shí)，應(yīng)同時(shí)發(fā)送CI-VOBC 全自動(dòng)運(yùn)行交互信息幀。CI 收到VOBC 發(fā)送的VOBC 全自動(dòng)洗車默認(rèn)幀后，發(fā)送的CI-VOBC 全自動(dòng)運(yùn)行交互信息幀中的“自動(dòng)洗車”部分的全部信息均為默認(rèn)值（下稱“CI 全自動(dòng)洗車默認(rèn)幀”）。

VOBC 控車在“洗車請(qǐng)求停車點(diǎn)”停車，停穩(wěn)后，VOBC 向CI 發(fā)送的VOBC-CI 全自動(dòng)運(yùn)行交互信息幀中的“洗車請(qǐng)求”字段取值應(yīng)變?yōu)椤罢?qǐng)求有效”（下稱“洗車請(qǐng)求有效”），其他字段應(yīng)均為默認(rèn)值。

CI 收到VOBC 發(fā)送的“洗車請(qǐng)求”信息后，向洗車機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)洗車請(qǐng)求。

CI 收到VOBC 發(fā)送的“洗車請(qǐng)求有效”信息時(shí)，應(yīng)根據(jù)收到洗車機(jī)的“洗車請(qǐng)求確認(rèn)”信息判斷向VOBC 發(fā)送的CI-VOBC 全自動(dòng)運(yùn)行交互信息幀中的“洗車請(qǐng)求確認(rèn)”字段：若洗車機(jī)允許洗車，則該字段取值應(yīng)為“允許洗車”（下稱“允許洗車”）；若洗車機(jī)不允許洗車，則該字段取值應(yīng)為“不允許洗車”（下稱“不允許洗車”）。

VOBC 發(fā)送“洗車請(qǐng)求有效”信息，且未處于洗車工況時(shí)，若收到CI 發(fā)送的“允許洗車”信息，應(yīng)進(jìn)入洗車工況并通知車輛TCMS，允許列車前行（洗車過程中由車輛控制列車前行，VOBC 控制列車停車）。

VOBC 處于洗車工況時(shí)，若收到CI 發(fā)送的“不允許洗車”信息，應(yīng)實(shí)施緊急制動(dòng)，退出洗車工況，并停止發(fā)送洗車請(qǐng)求。

VOBC 應(yīng)控制列車在“升后弓降前弓停車點(diǎn)”/“升前弓降后弓停車點(diǎn)”停準(zhǔn)，并禁止列車?yán)^續(xù)前行。列車在“升后弓降前弓停車點(diǎn)”/“升前弓降后弓停車點(diǎn)”停穩(wěn)時(shí)，VOBC 應(yīng)通知TCMS 進(jìn)行該停車點(diǎn)規(guī)定的換弓動(dòng)作，換弓結(jié)束后，VOBC 應(yīng)允許列車?yán)^續(xù)前行。若該停車點(diǎn)同時(shí)具備“洗車暫停停車點(diǎn)”屬性，則列車停穩(wěn)時(shí)，VOBC 向CI 發(fā)送的VOBC-CI 全自動(dòng)運(yùn)行交互信息幀中的“暫停洗車”字段取值應(yīng)變?yōu)椤罢?qǐng)求有效”，換弓結(jié)束后，“暫停洗車”字段取值應(yīng)變?yōu)椤罢?qǐng)求無效”。

CI 應(yīng)將收到的VOBC-CI 全自動(dòng)運(yùn)行交互信息幀中的“暫停洗車”信息轉(zhuǎn)發(fā)給洗車機(jī)。

VOBC 應(yīng)控制列車在“前端洗位停車點(diǎn)”/“后端洗位停車點(diǎn)”停準(zhǔn)，并禁止列車?yán)^續(xù)前行。列車在“前端洗位停車點(diǎn)”/“后端洗位停車點(diǎn)”停穩(wěn)時(shí)，VOBC 向CI 發(fā)送的VOBC-CI 全自動(dòng)運(yùn)行交互信息幀中的“洗車停穩(wěn)1”/“洗車停穩(wěn)2”字段取值應(yīng)變?yōu)椤罢?qǐng)求有效”。

CI 應(yīng)將收到的VOBC-CI 全自動(dòng)運(yùn)行交互信息幀中的“洗車停穩(wěn)1”/“洗車停穩(wěn)2”信息轉(zhuǎn)發(fā)給洗車機(jī)。

CI 收到VOBC 發(fā)送的“洗車請(qǐng)求有效”信息時(shí)，應(yīng)根據(jù)洗車機(jī)發(fā)送的前端洗車結(jié)束/后端洗車結(jié)束信息判斷向VOBC 發(fā)送的CI-VOBC 全自動(dòng)運(yùn)行交互幀中的“允許通過1”/“允許通過2”字段取值：若前端洗車/后端洗車結(jié)束，則“允許通過1”/“允許通過2”字段取值應(yīng)為“允許通過”，若前端洗車/后端洗車未結(jié)束，則“允許通過1”/“允許通過2”字段取值應(yīng)為“禁止通過”。

VOBC 判斷列車在“前端洗位停車點(diǎn)”/“后端洗位停車點(diǎn)”停準(zhǔn)，且向CI 發(fā)送“洗車停穩(wěn)1”/“洗車停穩(wěn)2”字段取值為“請(qǐng)求有效”時(shí)，若收到CI 發(fā)送的“允許通過1”/“允許通過2” 字段取值為“允許通過”，則向CI 發(fā)送的 “洗車停穩(wěn)1”/“洗車停穩(wěn)2”字段取值應(yīng)變?yōu)椤罢?qǐng)求無效”，并允許列車?yán)^續(xù)前行。

VOBC 應(yīng)根據(jù)ATS 發(fā)送的折返命令，控制列車在“折返停車點(diǎn)”停車，列車停穩(wěn)后，退出洗車工況并通知TCMS，之后進(jìn)行折返換端。換端后，新首端VOBC 應(yīng)繼續(xù)向 CI 發(fā)送洗車請(qǐng)求有效信息。換端完成后，VOBC 控制列車前行。

VOBC 應(yīng)控制列車在“洗車請(qǐng)求通過停車點(diǎn)”停準(zhǔn)，并禁止列車?yán)^續(xù)前行。列車在“洗車請(qǐng)求通過停車點(diǎn)”停穩(wěn)后，VOBC 向CI 發(fā)送的VOBC-CI全自動(dòng)運(yùn)行交互信息幀中的“洗車區(qū)通過請(qǐng)求”字段取值應(yīng)變?yōu)椤罢?qǐng)求有效”。CI 應(yīng)將收到的VOBCCI 全自動(dòng)運(yùn)行交互信息幀中的“洗車區(qū)通過請(qǐng)求”信息轉(zhuǎn)發(fā)給洗車機(jī)。

CI 收到VOBC 發(fā)送的“洗車請(qǐng)求有效”信息時(shí)，應(yīng)根據(jù)洗車機(jī)發(fā)送的允許通過信息判斷向VOBC 發(fā)送的CI-VOBC 全自動(dòng)運(yùn)行交互幀中的“允許通過洗車機(jī)”字段取值：若洗車機(jī)允許通過，則“允許通過洗車機(jī)”字段取值應(yīng)為“洗車臂已收回”，若洗車機(jī)不允許通過，則“允許通過洗車機(jī)”字段取值應(yīng)為“洗車臂未收回”。

VOBC 判斷列車在“洗車請(qǐng)求通過停車點(diǎn)”停準(zhǔn)，且向CI 發(fā)送“洗車區(qū)通過請(qǐng)求”字段取值為“請(qǐng)求有效”時(shí)，若收到CI 發(fā)送的“允許通過洗車機(jī)” 字段取值為“洗車臂已收回”，則向CI 發(fā)送的“洗車區(qū)通過請(qǐng)求”字段取值應(yīng)變?yōu)椤罢?qǐng)求無效”，“洗車請(qǐng)求”字段取值變?yōu)椤罢?qǐng)求無效”，并控制列車?yán)^續(xù)前行。

VOBC 發(fā)送“洗車請(qǐng)求有效”信息時(shí)，若判斷列車安全包絡(luò)有重疊的軌道區(qū)段均無“洗車停車區(qū)域”屬性，則應(yīng)退出洗車工況，向CI 發(fā)送的“洗車請(qǐng)求”字段取值變?yōu)椤罢?qǐng)求無效”。

CI 收到VOBC 發(fā)送的“洗車請(qǐng)求有效”信息時(shí)，應(yīng)根據(jù)洗車機(jī)發(fā)送的故障狀態(tài)信息及急停按鈕狀態(tài)判斷向VOBC 發(fā)送的CI-VOBC 全自動(dòng)運(yùn)行交互幀中的“洗車機(jī)故障”字段取值：若洗車機(jī)無故障且急停按鈕未按下，則“洗車機(jī)故障”字段取值應(yīng)為“洗車機(jī)無故障”，若洗車機(jī)故障或急停按鈕按下，則“洗車機(jī)故障”字段取值應(yīng)為“洗車機(jī)故障”。

VOBC 收到CI 發(fā)送的“洗車機(jī)故障”字段取值為“洗車機(jī)故障”時(shí)，若處于洗車工況，則應(yīng)退出洗車工況，輸出緊急制動(dòng)停車，并通知ATS 報(bào)警。洗車工況下，若VOBC 判斷與CI 通信斷開，則應(yīng)退出洗車工況，輸出緊急制動(dòng)停車，并通知ATS 報(bào)警。

洗車工況下，若VOBC 輸出緊急制動(dòng)，則應(yīng)退出洗車工況，輸出緊急制動(dòng)停車，并通知ATS 報(bào)警。

4 洗車機(jī)狀態(tài)跳轉(zhuǎn)

在洗車過程中，聯(lián)鎖系統(tǒng)對(duì)車載VOBC 與洗車機(jī)之間的交互信息進(jìn)行傳送，控制洗車機(jī)動(dòng)作完成自動(dòng)洗車功能。根據(jù)通信流程中CI 傳送過來的通信指令，結(jié)合洗車機(jī)當(dāng)前狀態(tài)，洗車機(jī)進(jìn)行狀態(tài)跳轉(zhuǎn)。具體狀態(tài)跳轉(zhuǎn)如圖2 所示。

圖2 洗車機(jī)狀態(tài)跳轉(zhuǎn)圖Fig.2 Car washer state-jump diagram

洗車機(jī)處于圖中狀態(tài)情況時(shí)，執(zhí)行的功能如下。

洗車機(jī)處于初始態(tài)，當(dāng)洗車機(jī)就緒繼電器吸起時(shí)，轉(zhuǎn)為洗車機(jī)就緒狀態(tài)。

洗車機(jī)就緒狀態(tài)：向ATS 發(fā)送洗車機(jī)狀態(tài)；判斷是否滿足跳轉(zhuǎn)條件，若洗車進(jìn)路辦理成功，則轉(zhuǎn)為洗車就緒狀態(tài)。

洗車就緒狀態(tài)：判斷是否滿足跳轉(zhuǎn)條件，若收到車載VOBC 的洗車請(qǐng)求，則轉(zhuǎn)為請(qǐng)求洗車狀態(tài)。

請(qǐng)求洗車狀態(tài)：向洗車機(jī)發(fā)送洗車請(qǐng)求（驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)繼電器吸起）；判斷是否滿足跳轉(zhuǎn)條件，若收到洗車機(jī)的洗車回復(fù)，則轉(zhuǎn)為回復(fù)洗車狀態(tài)。

回復(fù)洗車狀態(tài)：向車載VOBC 發(fā)送洗車的請(qǐng)求回復(fù)信息；判斷是否滿足跳轉(zhuǎn)條件，若收到車載VOBC 的暫停信息，則轉(zhuǎn)為暫停狀態(tài)。

暫停狀態(tài)：向洗車機(jī)發(fā)送暫停命令信息；判斷是否滿足跳轉(zhuǎn)條件，若收到車載VOBC 的停穩(wěn)1 信息，則轉(zhuǎn)為停穩(wěn)1 狀態(tài)。

停穩(wěn)1 狀態(tài)：向洗車機(jī)發(fā)送停穩(wěn)1 列車狀態(tài)信息（驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)繼電器吸起）；判斷是否滿足跳轉(zhuǎn)條件，若收到洗車機(jī)的移動(dòng)1 命令，則轉(zhuǎn)為移動(dòng)1 狀態(tài)。

移動(dòng)1 狀態(tài)：向車載VOBC 發(fā)送移動(dòng)1 的命令信息；判斷是否滿足跳轉(zhuǎn)條件，若收到車載VOBC 的暫停信息，則轉(zhuǎn)為暫停狀態(tài)。

暫停狀態(tài)：向洗車機(jī)發(fā)送暫停命令信息；判斷是否滿足跳轉(zhuǎn)條件，若收到車載VOBC 的停穩(wěn)2 信息，則轉(zhuǎn)為停穩(wěn)2 狀態(tài)。

停穩(wěn)2 狀態(tài)：向洗車機(jī)發(fā)送停穩(wěn)2 列車狀態(tài)信息（驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)繼電器吸起）；判斷是否滿足跳轉(zhuǎn)條件，若收到洗車機(jī)的移動(dòng)2 命令，則轉(zhuǎn)為移動(dòng)2 狀態(tài)。

移動(dòng)2 狀態(tài)：向車載VOBC發(fā)送移動(dòng)2 的命令信息；判斷是否滿足跳轉(zhuǎn)條件，若收到洗車機(jī)恢復(fù)繼電器吸起信息，則轉(zhuǎn)為洗車恢復(fù)狀態(tài)。

洗車恢復(fù)狀態(tài)：判斷是否滿足跳轉(zhuǎn)條件，若洗車機(jī)就緒繼電器吸起、洗車進(jìn)路解鎖，則轉(zhuǎn)入洗車機(jī)就緒狀態(tài)。

5 結(jié)束語

全自動(dòng)洗車相比傳統(tǒng)洗車，具有高可靠性、高安全性、高自動(dòng)化程度的特點(diǎn)，聯(lián)鎖系統(tǒng)與洗車機(jī)接口的交互信息也更加豐富。本文主要對(duì)洗車信息交互、接口方式、通信流程及洗車機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換等方面進(jìn)行研究。在設(shè)計(jì)方案的過程中，需要綜合考慮各方面因素，以更好的實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗車功能。