城市軌道交通車(chē)輛與信號(hào)系統(tǒng)接口分析

馮光旭

摘要 信號(hào)系統(tǒng)作為控制車(chē)輛的重要構(gòu)成，承載著保證駕駛過(guò)程中車(chē)輛安全以及提高運(yùn)輸?shù)男实淖饔?。研究城市軌道交通?chē)輛與信號(hào)系統(tǒng)接口，促進(jìn)城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)優(yōu)化。文章分析了當(dāng)前信號(hào)系統(tǒng)與車(chē)輛接口上存在的問(wèn)題，根據(jù)問(wèn)題提出相關(guān)措施。對(duì)城市軌道交通車(chē)輛的信號(hào)系統(tǒng)接口分析，提供一些合理的建議。

關(guān)鍵詞 城市軌道交通;信號(hào)系統(tǒng);接口

中圖分類(lèi)號(hào) U284 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）07-0011-03

0 引言

城市軌道交通是城市建設(shè)的重點(diǎn)，在城市的交通系統(tǒng)中承擔(dān)著重要的運(yùn)輸責(zé)任。城市軌道交通的信號(hào)系統(tǒng)通常是由兩部分組成的，分別由列車(chē)運(yùn)行的自動(dòng)控制系統(tǒng)和車(chē)輛段信號(hào)系統(tǒng)組成。該文中重點(diǎn)研究的系統(tǒng)為自動(dòng)控制系統(tǒng)的信號(hào)接口，為一些接口問(wèn)題提出解決方案。

1 信號(hào)系統(tǒng)的全部組成以及實(shí)現(xiàn)的功能

列車(chē)運(yùn)行的自動(dòng)控制系統(tǒng)和車(chē)輛段信號(hào)系統(tǒng)共同組成了城市軌道的信號(hào)系統(tǒng)，兩個(gè)子系統(tǒng)彼此之間是相輔相成的，具體如圖1。

自動(dòng)控制系統(tǒng)中包括自動(dòng)防護(hù)列車(chē)和自動(dòng)運(yùn)行以及列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控三個(gè)系統(tǒng)模塊，自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)中包括聯(lián)鎖閉塞和超速防護(hù);列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)包括旅客向?qū)?、列?chē)進(jìn)路及間隔控制、運(yùn)行信息處理、運(yùn)行圖管理及電力車(chē)輛調(diào)整;列車(chē)自動(dòng)模型系統(tǒng)包括定位停車(chē)、列車(chē)速度調(diào)整、自動(dòng)折返;車(chē)輛段信號(hào)系統(tǒng)包括聯(lián)鎖、進(jìn)路控制、維修管理、車(chē)輛調(diào)度[1]。列車(chē)自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的主要功能是對(duì)超速的時(shí)候進(jìn)行防護(hù)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)列車(chē)的允許運(yùn)行速度和列車(chē)負(fù)載后實(shí)際的速度進(jìn)行結(jié)合。讓其發(fā)揮最大的價(jià)值，并且一直在安全的情況下運(yùn)行。當(dāng)車(chē)輛的列車(chē)自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)開(kāi)啟后，一旦速度超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定的數(shù)值，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出命令，讓列車(chē)自動(dòng)制動(dòng)。當(dāng)列車(chē)自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)檢測(cè)到列車(chē)的速度降到安全數(shù)值后，該模式就會(huì)自動(dòng)緩解。列車(chē)自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)還具備各種防護(hù)功能，例如，列車(chē)位置彼此的安全間隔、停車(chē)點(diǎn)以及速度的檢測(cè);還有故障報(bào)警和在運(yùn)行過(guò)程中速度的自我調(diào)節(jié)控制記錄司機(jī)的駕車(chē)操作等，以保證駕駛的全部行為安全。同時(shí)，還可以與列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)和列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)行聯(lián)動(dòng)與交換信息的功能。

列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的基礎(chǔ)概念為實(shí)現(xiàn)列車(chē)與車(chē)站位置定位自動(dòng)停車(chē)的功能。列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)控列車(chē)和地面信息的驅(qū)動(dòng)控制，包括對(duì)于列車(chē)的自動(dòng)折返的過(guò)程。其中自動(dòng)駕駛屬于列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的基本功能，可見(jiàn)其未來(lái)的潛力之深[2]。除此之外，列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)還有著PTI系統(tǒng)支持和巡航等基礎(chǔ)服務(wù)功能。該系統(tǒng)能夠?yàn)槌丝吞峁└觾?yōu)質(zhì)的乘車(chē)體驗(yàn)以及乘車(chē)過(guò)程的精確度，在長(zhǎng)途駕駛的過(guò)程中，避免出現(xiàn)工作人員駕駛疲勞的情況。

列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)是一套集計(jì)算機(jī)科學(xué)拓?fù)鋵W(xué)及數(shù)據(jù)通信于一身的綜合性系統(tǒng)模塊，通過(guò)所有模塊對(duì)于列車(chē)的運(yùn)營(yíng)和信號(hào)管理進(jìn)行控制。列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)詳細(xì)的功能是對(duì)于列車(chē)任何功能的絕對(duì)控制，以及在列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中所有行為的全程監(jiān)督[3]。從而方便工作人員對(duì)車(chē)輛現(xiàn)狀的了解，對(duì)于車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)共分為兩個(gè)子模塊，分別是控制中心系統(tǒng)和集中控制站設(shè)備。列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的主要工作路徑為：從調(diào)度員工作站到調(diào)度長(zhǎng)工作站對(duì)于列車(chē)進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過(guò)FAS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和SCAD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)。最后再通過(guò)外接輸出設(shè)備將運(yùn)行圖和時(shí)刻表進(jìn)行輸出工作，與此同時(shí)值班員的控制臺(tái)也會(huì)收到信息。其中的功能有：在一定的區(qū)域內(nèi)車(chē)輛的運(yùn)行狀況的監(jiān)控、在進(jìn)路的過(guò)程中進(jìn)行前路監(jiān)控、對(duì)于列車(chē)之間的間隔情況進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋、對(duì)于出現(xiàn)的異常進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控反饋以及自我優(yōu)化調(diào)整、列車(chē)車(chē)次號(hào)碼的自動(dòng)傳遞等。

2 信號(hào)系統(tǒng)與車(chē)輛之間關(guān)系和相關(guān)接口

在列車(chē)的運(yùn)行過(guò)程中，接口能夠?yàn)檐?chē)輛帶來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的信息，幫助工作人員及時(shí)處理故障，減少故障排查花費(fèi)的時(shí)間[4]。不但降低了車(chē)輛運(yùn)行成本，還減少了在人力成本上不必要的浪費(fèi)。車(chē)載信號(hào)與車(chē)輛系統(tǒng)擁有的接口，大致可以分為三種類(lèi)型，分別是車(chē)輛電路為車(chē)載控制器提供的電源、車(chē)輛電路在車(chē)載控制器端的信號(hào)輸入、車(chē)載控制器給車(chē)輛電路的輸出命令。在地鐵的設(shè)計(jì)中地鐵列車(chē)一共存在七種模式，其中的OFF模式是為了VOBC和控制中心的通信狀態(tài)下準(zhǔn)備的關(guān)閉模式;一旦啟動(dòng)了這種模式，VOBC會(huì)開(kāi)始執(zhí)行緊急制動(dòng)的命令。AUTO模式則與之相反，駕駛員只需要在車(chē)輛啟動(dòng)時(shí)開(kāi)啟就可以。PM模式則是一種自動(dòng)駕駛模式，在VOBC的檢測(cè)下為汽車(chē)提供無(wú)人駕駛且全程對(duì)命令進(jìn)行檢測(cè)。ATP反向模式，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)列車(chē)與站臺(tái)的距離，當(dāng)列車(chē)離站臺(tái)過(guò)近的時(shí)候就會(huì)對(duì)列車(chē)進(jìn)行退回的操作，讓列車(chē)重新保持與站臺(tái)的安全距離[5]。PM模式是一個(gè)檢測(cè)程序，當(dāng)列車(chē)在人工駕駛的過(guò)程中會(huì)對(duì)于司機(jī)的命令進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)。CUT-OUT模式下，VOBC模式就會(huì)徹底失靈。列車(chē)將不會(huì)自動(dòng)發(fā)出任何命令，全程由駕駛員對(duì)列車(chē)進(jìn)行把控。一旦VOBC模式出現(xiàn)故障，無(wú)法保證乘客的安全。CUT-OUT模式就會(huì)成為救命稻草一般的存在。在列車(chē)的運(yùn)行的過(guò)程中，VOBC模式就會(huì)全程開(kāi)啟對(duì)于各個(gè)模式的檢測(cè)，出現(xiàn)了任何一個(gè)模式的不回應(yīng)，VOBC就會(huì)陷入故障模式發(fā)出警報(bào)。在列車(chē)自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)加成的模式下，列車(chē)自身就可以實(shí)現(xiàn)控制列車(chē)的時(shí)速和完成智能折返作業(yè)。在列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)啟的狀態(tài)下，列車(chē)可以自由實(shí)現(xiàn)反復(fù)智能折返。在折返的過(guò)程中，信號(hào)系統(tǒng)車(chē)載設(shè)備牽引力、智能指令、針對(duì)路況的列車(chē)速度要求以及制動(dòng)控制的裝置;這幾類(lèi)功能模塊都會(huì)根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)做出相應(yīng)調(diào)整。信號(hào)系統(tǒng)車(chē)載設(shè)備會(huì)為列車(chē)的兩個(gè)車(chē)門(mén)設(shè)定專(zhuān)屬的釋放信號(hào)，分別是左門(mén)釋放和右門(mén)釋放。當(dāng)出現(xiàn)了釋放的命令以后，車(chē)門(mén)只會(huì)接收到開(kāi)門(mén)的命令，對(duì)于關(guān)門(mén)的指令會(huì)做出不執(zhí)行的決定。在此功能的加持下，可以保證乘客的安全，避免意外事件。與此同時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)車(chē)載設(shè)備也會(huì)給車(chē)輛提供緊急的制動(dòng)信號(hào)。在緊急情況的道路上，如果出現(xiàn)失電的情況后可以自動(dòng)發(fā)出緊急制動(dòng)命令，讓車(chē)以最安全的狀態(tài)逐漸降速為零。

車(chē)輛系統(tǒng)能夠提供的信號(hào)系統(tǒng)功能有：列車(chē)的完整輸入、車(chē)輛產(chǎn)生的緊急制動(dòng)輸入、門(mén)關(guān)閉的信號(hào)、門(mén)打開(kāi)的信號(hào)、空轉(zhuǎn)和滑行的信號(hào)、自動(dòng)完成換頭作業(yè)、運(yùn)行方向的改變、牽引和制動(dòng)主控制狀態(tài)、緊急制動(dòng)失效、緊急制動(dòng)故障、常用功能制動(dòng)和快速制動(dòng)失效、常用功能制動(dòng)和快速制動(dòng)的故障、牽引失敗以及牽引故障。信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)該提供給車(chē)輛系統(tǒng)的功能：涉及安全性的關(guān)鍵功能、超速報(bào)警顯示信息、緊急制動(dòng)顯示信息、列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的狀態(tài)信息顯示、列車(chē)自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的狀態(tài)信息顯示、允許開(kāi)門(mén)命令、允許關(guān)門(mén)命令、開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)、緊急制動(dòng)、常用制動(dòng)、牽引力的實(shí)時(shí)改變以及運(yùn)行方向的改變，具體如表1。

3 信號(hào)系統(tǒng)與車(chē)輛之間相關(guān)接口的參數(shù)

車(chē)輛自身要為信號(hào)系統(tǒng)提供的接口信息以及相關(guān)參數(shù)有以下要求：

（1）列車(chē)自身的電氣系統(tǒng)的頻率參數(shù)以及靈敏度水平的測(cè)試參數(shù)。

（2）與信號(hào)設(shè)備靠近的接地點(diǎn)。

（3）列車(chē)在行駛過(guò)程中用到的線(xiàn)和用到的電纜相關(guān)數(shù)值。

（4）列車(chē)自身帶的管理通信系統(tǒng)的相關(guān)協(xié)議和彼此相應(yīng)的時(shí)間。

（5）信號(hào)設(shè)備中要用到的DC 110 V的電源斷路器的參數(shù)與特點(diǎn)。

（6）執(zhí)行命令的反應(yīng)時(shí)間，例如接收到門(mén)控命令到門(mén)做出執(zhí)行命令的時(shí)長(zhǎng)。

（7）列車(chē)執(zhí)行惰性命令的反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)。

（8）列車(chē)一旦接收到ATC信號(hào)的執(zhí)行命令并且執(zhí)行命令啟動(dòng)牽引的反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)。

（9）當(dāng)列車(chē)的任何一個(gè)單元出現(xiàn)故障以后，其緊急制動(dòng)力的最快反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)與常用的制動(dòng)率。

（10）列車(chē)的牽引特性。

（11）列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中常用的制動(dòng)以及緊急制動(dòng)的特點(diǎn)，還有速度變化的指標(biāo)。

4 信號(hào)系統(tǒng)在安裝車(chē)輛過(guò)程面對(duì)的問(wèn)題

在進(jìn)行列車(chē)安裝的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)很多車(chē)輛與信號(hào)接口的安裝問(wèn)題。該文列舉出來(lái)一些重點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行探討，通過(guò)分析尋找到解決方案。

4.1 接口的安裝問(wèn)題

在地鐵安裝成功后還未運(yùn)營(yíng)時(shí)，讓其在規(guī)定的路線(xiàn)上，進(jìn)行千百次的模擬測(cè)試實(shí)驗(yàn)，不斷完成重復(fù)的工作，以確認(rèn)地鐵下方支架的承受能力，推斷出支架的狀態(tài)以及使用的大概年限。在安裝雷達(dá)的過(guò)程中，也要注意將雷達(dá)的工作面安裝到輪對(duì)的反方向，避免廢水沾污雷達(dá)表面，影響雷達(dá)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.2 車(chē)輛與信號(hào)接口安裝問(wèn)題

在車(chē)輛最初的設(shè)計(jì)階段，要把車(chē)輛的詳細(xì)駕駛功能以及信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案告知司機(jī)。地鐵在駕駛的過(guò)程中司機(jī)控制器通常有選擇模式與開(kāi)關(guān)的選項(xiàng)。駕駛模式有非常多的選擇，例如自動(dòng)運(yùn)行、限速運(yùn)行和自動(dòng)駕駛等駕駛模式。限速運(yùn)行模式下，車(chē)輛會(huì)根據(jù)司機(jī)控制器設(shè)定的模式而對(duì)車(chē)輛進(jìn)行限速處理。在向前與向后過(guò)程中限速運(yùn)行模式的限制速度為25 km/h。

在列車(chē)的自動(dòng)運(yùn)行模式下，列車(chē)的折返方式分成四種。分別是列車(chē)的自動(dòng)防護(hù)監(jiān)督模式、人工折返的模式、非限制人工折返模式，以及無(wú)人自動(dòng)的折返模式，最難設(shè)計(jì)的是無(wú)人自動(dòng)折返的模式。在這種模式下，信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)該將折返時(shí)序的設(shè)計(jì)方案提供給專(zhuān)業(yè)人員，并且對(duì)該方案進(jìn)行說(shuō)明。明確指出在不同的時(shí)序程序中列車(chē)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行什么命令。而專(zhuān)業(yè)人員也應(yīng)該對(duì)內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)充理解。車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行緊急制動(dòng)命令后，要進(jìn)行的操作過(guò)程如下：

（1）將列車(chē)通過(guò)駕駛員人工駕駛的模式下駛?cè)虢K點(diǎn)站，進(jìn)入折返的正確路徑。

（2）將駕駛室存在的兩個(gè)開(kāi)關(guān)均進(jìn)行斷聯(lián)的操作。

（3）駕駛員在激活無(wú)人折返駕駛模式的操作至少保持5 s。

（4）無(wú)人折返駕駛模式能夠快速得到所有門(mén)關(guān)閉的信息反饋。

針對(duì)上文情況進(jìn)行細(xì)致的分析：在無(wú)人折返的情況下，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)高斷，就需要等待10 s后才可以重新發(fā)動(dòng)牽引命令。針對(duì)這樣的情況，有兩個(gè)方案可以解決：前者為對(duì)于車(chē)輛進(jìn)行修改，在按鈕觸發(fā)的過(guò)程中不斷開(kāi)高斷，讓高斷一直運(yùn)行。后者為信號(hào)系統(tǒng)上的改變，在信號(hào)系統(tǒng)的延遲牽引上進(jìn)行改進(jìn)。其延遲性可能會(huì)影響到折返的具體時(shí)間，在120 s內(nèi)完全無(wú)法進(jìn)行無(wú)人駕駛折返模式的開(kāi)啟工作?？赡軙?huì)造成一定安全隱患，對(duì)緊急情況是非常大的考驗(yàn)。

5 總結(jié)

城市軌道交通車(chē)輛與信號(hào)系統(tǒng)之間相輔相成，面對(duì)設(shè)定過(guò)程的各個(gè)階段以及接口關(guān)系環(huán)節(jié)，要做到詳細(xì)了解，對(duì)后續(xù)工作的開(kāi)展進(jìn)度以及工作效率都有非常強(qiáng)大的幫助。在日常工作中，人員需要日常檢查與定期維護(hù)，不斷學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)，充分熟悉城市軌道交通車(chē)輛的設(shè)備、系統(tǒng)、線(xiàn)路等構(gòu)造，提高管理維護(hù)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]何玉琴， 張潛. 城市軌道交通與信號(hào)主要接口問(wèn)題分析[J]. 城市軌道交通研究， 2016（8）： 33-35.

[2]馬妍. 城市軌道交通無(wú)人駕駛系統(tǒng)中信號(hào)與車(chē)輛接口分析[J]. 城市軌道交通研究， 2018（6）： 56-57.

[3]肖杰. 城市軌道交通車(chē)輛與信號(hào)系統(tǒng)接口研究[J]. 信息系統(tǒng)工程， 2018（10）： 221-222.

[4]黃雷. 軌道交通信號(hào)系統(tǒng)與車(chē)輛接口的幾個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題探討[J]. 城市軌道交通研究， 2017（6）： 234-235.

[5]劉毅. 城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)對(duì)外接口關(guān)鍵技術(shù)分析與實(shí)現(xiàn)[J]. 華東科技（學(xué)術(shù)版）， 2018（6）：89-91.