淺析地鐵列車自動(dòng)駕駛的欠標(biāo)問題

李斌

（深圳地鐵國(guó)際投資咨詢有限公司，廣東 深圳 518000）

長(zhǎng)沙市軌道交通5號(hào)線初期，ATO欠標(biāo)故障較多。當(dāng)列車未停準(zhǔn)，導(dǎo)致列車不能自動(dòng)開門，影響正常運(yùn)營(yíng)。運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員需研究ATO欠標(biāo)原因，制定有效整改措施。

1 信號(hào)系統(tǒng)簡(jiǎn)述

長(zhǎng)沙市軌道交通5號(hào)線，采用中國(guó)通號(hào)的FZL300型CBTC系統(tǒng)，由列車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）、列車自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)（ATP）、列車自動(dòng)運(yùn)行子系統(tǒng)（ATO）、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)（CI）、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)（DCS）、維護(hù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)（MSS）組成。

2 ATP功能及原理

2.1 ATP主要功能

ATP子系統(tǒng)提供列車間隔控制和速度防護(hù)功能，保證列車運(yùn)行安全，是信號(hào)系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)。ATP子系統(tǒng)滿足故障-安全原則，安全完整性等級(jí)達(dá)到SIL4級(jí)。FZL300型基于通信的CBTC系統(tǒng)中的ATP子系統(tǒng)采用移動(dòng)閉塞原理，列車的追蹤不依賴計(jì)軸設(shè)備，系統(tǒng)同時(shí)具備完善的點(diǎn)式ATP降級(jí)模式。ATP子系統(tǒng)是保證列車運(yùn)行安全、提高運(yùn)輸效率的控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行自動(dòng)防護(hù)的全部功能。ATP子系統(tǒng)能根據(jù)線路狀態(tài)、道岔位置、前行列車位置等條件，實(shí)現(xiàn)列車速度控制，防止列車超速，確保追蹤列車之間的安全行車間隔距離，實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)追蹤運(yùn)行。ATP子系統(tǒng)與ATO子系統(tǒng)接口實(shí)現(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行的安全和自動(dòng)控制。

2.2 車門監(jiān)控及站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)

列車在AM、CM及RM下，車載ATP提供連續(xù)的車門監(jiān)控功能，運(yùn)行中的列車如果車門鎖閉接點(diǎn)斷開時(shí)，ATP系統(tǒng)采取列車切除牽引，實(shí)施緊急制動(dòng)措施；當(dāng)列車停穩(wěn)時(shí)，車門或站臺(tái)門打開，車載ATP給出切除牽引。當(dāng)采集到車門且站臺(tái)門關(guān)閉或旁路后，若沒有其他原因的切除牽引，牽引將恢復(fù)。ATP設(shè)備監(jiān)視列車的停車位置誤差，車站停車誤差超過允許誤差時(shí)，ATP將實(shí)施防護(hù)，不允許開車門。ATP允許車門打開的停車誤差為±0.5m。列車在進(jìn)站時(shí)，在允許打開車門前必須確保滿足下列條件：（1）列車位于指定的停車點(diǎn)，并在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)；（2）停車點(diǎn)上指定列車一側(cè)的車門是被允許打開的；（3）列車停穩(wěn)被檢測(cè)到。在ATP允許打開車門后，可由ATO自動(dòng)打開車門或由司機(jī)按壓允許開門側(cè)的開門按鈕，人工打開車門。站臺(tái)門的開啟和關(guān)閉狀態(tài)由車載ATP監(jiān)視，并在司機(jī)DMI上顯示，當(dāng)列車在車站停穩(wěn)時(shí)，不因站臺(tái)門正常開關(guān)操作而引起列車緊急制動(dòng)。

3 ATO功能及原理

3.1 ATO主要功能

ATO子系統(tǒng)主要功能為完成列車的自動(dòng)運(yùn)行控制。在ATP子系統(tǒng)的安全保護(hù)下，根據(jù)ATS子系統(tǒng)的指令，高效、經(jīng)濟(jì)、合理地控制列車的牽引和制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛、區(qū)間運(yùn)行的自動(dòng)調(diào)整、精確停車、節(jié)能控制、自動(dòng)開關(guān)門、自動(dòng)報(bào)站等功能，確保達(dá)到設(shè)計(jì)間隔及旅行速度要求。

3.2 精確停車原理

列車進(jìn)站后，利用站臺(tái)精確定位應(yīng)答器進(jìn)行距離校正，為保證車載ATO對(duì)停車精度判斷的準(zhǔn)確性，從而控制車門和站臺(tái)門，在站臺(tái)布置一組用于精確定位的應(yīng)答器。沿列車運(yùn)行方向，以出站處停車點(diǎn)(BTM天線)為參考點(diǎn)，應(yīng)答器的布置原則：（1）單向運(yùn)行站臺(tái)：在距停車點(diǎn)約5m、15m、站中心位置、站臺(tái)進(jìn)站端分別設(shè)置精確停車應(yīng)答器，每個(gè)站臺(tái)共設(shè)4個(gè)。（2）雙向運(yùn)行站臺(tái)：在距停車點(diǎn)約5m、15m、站中心位置分別設(shè)置精確停車應(yīng)答器，每個(gè)站臺(tái)共設(shè)5個(gè)。站臺(tái)區(qū)應(yīng)答器布置如圖1、圖2所示。

圖1 單向站臺(tái)區(qū)應(yīng)答器分布

圖2 雙向站臺(tái)區(qū)應(yīng)答器分布

ATO通過采集精確定位應(yīng)答器信號(hào)，結(jié)合線路數(shù)據(jù)中的應(yīng)答器位置進(jìn)行距離校正，將車輪損耗或其他因素導(dǎo)致的定位誤差消除到最小，實(shí)現(xiàn)精確停車功能。ATO子系統(tǒng)接收到精確定位應(yīng)答器數(shù)據(jù)后，通過比較接收應(yīng)答器時(shí)位置信息與電子地圖中的位置信息識(shí)別定位應(yīng)答器的有效性。僅當(dāng)應(yīng)答器有效時(shí)，ATO子系統(tǒng)使用該應(yīng)答器信息進(jìn)行位置校正。

4 數(shù)據(jù)分析

4.1 故障時(shí)間分析

通過對(duì)時(shí)間點(diǎn)分布統(tǒng)計(jì)，集中分布在6:00～7:00，列車運(yùn)營(yíng)首圈欠標(biāo)現(xiàn)象較突出。發(fā)現(xiàn)規(guī)律后，立即與供應(yīng)商溝通，得知ATO有自學(xué)習(xí)功能。ATO存在自學(xué)習(xí)功能，停車誤差在20～50cm范圍內(nèi)，經(jīng)過5個(gè)站臺(tái)后，進(jìn)停車精度調(diào)整，提高后續(xù)ATO停車精度，但當(dāng)列車斷電重啟后，調(diào)整清除，需根據(jù)當(dāng)天運(yùn)行情況，重新開始調(diào)整。故欠標(biāo)故障多集中在列車運(yùn)營(yíng)首圈，且欠標(biāo)出現(xiàn)后，連續(xù)多個(gè)站欠標(biāo)，經(jīng)ATO自學(xué)習(xí)，當(dāng)天后續(xù)運(yùn)營(yíng)未再欠標(biāo)。

4.2 故障地點(diǎn)分析

通過對(duì)故障地點(diǎn)分布統(tǒng)計(jì)，主要發(fā)生在上行站臺(tái)，毛竹塘（下坡2‰）、板塘沖（下坡2‰）、大塘（上坡2‰）、木橋（下坡2‰）、圭塘（下坡2‰）、萬家麗廣場(chǎng)（上坡2‰）、火炬村（上坡2‰）、鴨子鋪（上坡2‰），故：（1）欠標(biāo)在上行站臺(tái)較集中，需重點(diǎn)排查列車上行端的硬件設(shè)備；（2）欠標(biāo)發(fā)生的站臺(tái)有上坡站臺(tái)、下坡站臺(tái)，據(jù)排查發(fā)現(xiàn)所有車站的坡度均為2‰，基本排除坡度影響。

4.3 信號(hào)系統(tǒng)車載數(shù)據(jù)分析

（1）ATO輸出的B6級(jí)位制動(dòng)施加階段，距離停車點(diǎn)的位置基本一致，且欠標(biāo)比不欠標(biāo)的情況，ATO施加的級(jí)位更??；（2）實(shí)際表現(xiàn)出來車輛在3km/h里的減速度偏大，最終導(dǎo)致欠標(biāo)。即如果同一車輛在不同時(shí)間段表現(xiàn)出來的制動(dòng)減速度不同，ATO無法進(jìn)行適應(yīng)。

4.4 車輛TCMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

對(duì)比欠標(biāo)數(shù)據(jù)與不欠標(biāo)數(shù)據(jù)：（1）所有欠標(biāo)數(shù)據(jù)中，車輛網(wǎng)絡(luò)收到信號(hào)發(fā)出的B6級(jí)位時(shí)，車速均低于5km/h以下；（2）所有不欠標(biāo)數(shù)據(jù)中，車輛網(wǎng)絡(luò)收到信號(hào)發(fā)出的B6級(jí)位時(shí)，車速均低于6km/h以下；（3）網(wǎng)絡(luò)的級(jí)位傳輸時(shí)間100ms，制動(dòng)響應(yīng)需要時(shí)間，車輛實(shí)際響應(yīng)B6級(jí)位減速度開始下降時(shí)，速度已到4～5km/h，欠標(biāo)時(shí)速度均在2.5～3km/h。

4.5 分析結(jié)論

（1）信號(hào)在車速是6.7km/h時(shí)發(fā)出B6級(jí)位制動(dòng)，而車輛收到B6級(jí)位的車速是4.5km/h，信號(hào)與車輛的通信存在明顯延遲，施加B6級(jí)位時(shí)的減速度為0.55m/s2,延遲時(shí)間T=(6.7-4.5)×0.28/0.5=1.12s。

（2）因調(diào)整級(jí)位的速度越底，可調(diào)整的停車距離越短，不利于精確停車。

5 整改措施及效果

5.1 硬件排查

完成欠標(biāo)故障車的設(shè)備安裝環(huán)境、線纜聯(lián)接情況排查。

5.2 修改參數(shù)

加強(qiáng)ATO自學(xué)習(xí)的功能，對(duì)自適應(yīng)參數(shù)值進(jìn)行了修正，確保列車出行沖標(biāo)、欠標(biāo)前，每站進(jìn)行精確停車調(diào)整。

5.3 軟件升級(jí)

（1）取消進(jìn)站低速時(shí)的惰性；（2）制動(dòng)級(jí)位由7個(gè)級(jí)位細(xì)化至20個(gè)級(jí)位；（3）優(yōu)化ATO與TCMS之間的通信機(jī)制，降低通信延遲。

5.4 員工培訓(xùn)

加強(qiáng)員培訓(xùn)，提高欠標(biāo)故障處理能力和與外部接口單位溝通能力，提升故障回復(fù)水平，降低欠標(biāo)造成的后續(xù)影響。

5.5 備選措施

當(dāng)列車進(jìn)站，車速達(dá)到車輛電制動(dòng)轉(zhuǎn)空氣制動(dòng)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)時(shí)，ATO施加惰行指令，以避免車輛混合制動(dòng)，隨后在最終停車時(shí)，施加大制動(dòng)力停車，以解決欠標(biāo)故障。但風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)是停車時(shí)，列車沖擊率較大，影響乘客舒適度，可能會(huì)造成客傷。

5.6 整改效果

（1）經(jīng)過硬件排除，未發(fā)現(xiàn)故障硬件。（2）參數(shù)修改后，列車首圈欠標(biāo)問題未能解決，后續(xù)運(yùn)營(yíng)時(shí)的停車精度較好。（3）經(jīng)過三個(gè)月的觀察，使用新版ATO軟件的列車，停車精度良好，無欠標(biāo)沖標(biāo)情況；（4）員工技能素質(zhì)和溝通技巧取得較好效果，顯著降低故障造成的后續(xù)影響。