基于TCMS 數(shù)據(jù)的地鐵電客車制動(dòng)故障分析與根除

盧亞芳，張 玉

（1.南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司，江蘇南京 210046；2.安徽工業(yè)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院，安徽馬鞍山 243032）

0 引言

南京地鐵軌道交通2 號(hào)線于2010 年的5 月開通，該線路地鐵電客車是由中車南京鋪鎮(zhèn)車輛有限公司生產(chǎn)制造，其地鐵電客車的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（Train Control and Management System，TCMS）和制動(dòng)系統(tǒng)使用了法國阿爾斯通（ALSTOM）公司的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案、牽引系統(tǒng)則使用了德國克諾爾公司的設(shè)計(jì)方案。該線路地鐵電客車使用的TCMS 系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)在保證地鐵車輛安全正點(diǎn)運(yùn)行中起著關(guān)鍵作用。該線路地鐵電客車自投入使用，運(yùn)營期間內(nèi)在手動(dòng)模式下曾多次出現(xiàn)無法牽引、制動(dòng)不緩解的問題，導(dǎo)致該線路正線救援事件頻次的增加。在手動(dòng)模式下地鐵電客車無法牽引制動(dòng)問題的發(fā)生，對(duì)電客車的日常安全運(yùn)行存在較大安全隱患。

1 原因分析

1.1 牽引制動(dòng)故障

在2020 年3 月19 日10:35 信號(hào)樓報(bào)061062 次地鐵電客車在洗車回庫的途中，061A 端手動(dòng)模式下，該電客車司機(jī)對(duì)電客車實(shí)施制動(dòng)后電客車不減速，對(duì)此司機(jī)通過拍蘑菇（一種緊急停車的裝置）進(jìn)行緊急制動(dòng)，緊急制動(dòng)后推動(dòng)電客車的牽引，卻發(fā)現(xiàn)制動(dòng)不緩解無法動(dòng)車，隨后電客車司機(jī)經(jīng)多次牽引、制動(dòng)操作后電客車的牽引、制動(dòng)才恢復(fù)正常。2020 年4 月17 日09:13信號(hào)樓報(bào)回庫的061062 次電客車再次出現(xiàn)牽引制動(dòng)故障，電客車司機(jī)在061A 端手動(dòng)模式下時(shí)無法正常駕駛，司機(jī)只好改為緊急牽引模式動(dòng)車回庫。2020 年5 月4 日12:06 行車調(diào)度中心來電，1508 次電客車在云錦路段報(bào)061A 端手動(dòng)模式下發(fā)生牽引制動(dòng)故障。2020 年6 月17 日18:38 在馬群轉(zhuǎn)軌時(shí)，電客車司機(jī)報(bào)手動(dòng)駕駛模式發(fā)生故障，司機(jī)經(jīng)過轉(zhuǎn)換模式開關(guān)、斷合KS 后均無故障改善效果，最后改為緊急牽引模式動(dòng)車回庫。2020 年8 月6 日4:31 行車調(diào)度中心報(bào)061A端手動(dòng)駕駛模式發(fā)生故障，此故障原因是因電客車無牽引制動(dòng)力。

1.2 電客車的車輛數(shù)據(jù)分析

如圖1 所示，電客車司機(jī)制動(dòng)信號(hào)已經(jīng)發(fā)出，此時(shí)制動(dòng)需求為2.488 V，但是圖中可以看出沒有電制動(dòng)與氣制動(dòng)完成量，氣制動(dòng)沒有施加，隨后電客車司機(jī)拍蘑菇進(jìn)行緊急制動(dòng)。如圖2 顯示緊急制動(dòng)后，電客車司機(jī)多次對(duì)列車進(jìn)行牽引操作，且牽引信號(hào)均已發(fā)出，牽引需求為3.775 V，但圖中并未看到牽引力完成量，且氣制動(dòng)沒有緩解，經(jīng)多次牽引制動(dòng)后故障消失，地鐵車輛恢復(fù)正常運(yùn)行。

圖1 列車事件記錄儀（EVR）數(shù)據(jù)1

圖2 列車事件記錄儀（EVR）數(shù)據(jù)2

通過上述2 組數(shù)據(jù)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，電客車不論是在牽引還是制動(dòng)工況下，從列車事件記錄儀（EVR）數(shù)據(jù)中可看出，各項(xiàng)必要條件均已發(fā)出，但牽引和制動(dòng)系統(tǒng)均沒有執(zhí)行發(fā)出的牽引、制動(dòng)指令。對(duì)此情況進(jìn)行分析，如果只是牽引系統(tǒng)沒有收到網(wǎng)絡(luò)指令的情況，在制動(dòng)工況下牽引系統(tǒng)也許不會(huì)施加電制動(dòng)，但不應(yīng)該影響氣制動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償；或在牽引工況下也許會(huì)沒有牽引力，但不應(yīng)該影響氣制動(dòng)緩解。因此考慮TCMS 或許并沒有發(fā)出牽引或制動(dòng)指令，或TCMS 的判斷并不符合牽引或制動(dòng)指令發(fā)出的條件。2020年5 月4 日和2020 年6 月12 日地鐵列車司機(jī)顯示單元（Driver Display Unit，DDU）都報(bào)了手動(dòng)駕駛模式故障，但在MPU（微處理器）中沒有相關(guān)事件記錄，考慮TCMS 判斷牽引或制動(dòng)指令的條件與該故障會(huì)有一定聯(lián)系。

1.3 手動(dòng)模式故障的原因及影響

如圖3 所示，關(guān)于手動(dòng)駕駛模式故障判定邏輯中可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)在人工模式下TCMS 對(duì)故障的判斷邏輯是，如果收到LI_ATOEffDmd1_＜cab＞或LI_ATOEffDmd2_＜cab＞信號(hào)就判定VB_TBS_EffDmdValid 為0，當(dāng)該變量為0 且該司機(jī)室的司機(jī)控制器激活情況下，TCMS 就會(huì)報(bào)手動(dòng)駕駛模式故障。

圖3 手動(dòng)駕駛模式故障判定邏輯

如圖4 所示，手動(dòng)駕駛模式故障對(duì)牽引與制動(dòng)指令的影響：當(dāng)TCMS 判定到VB_TBS_EffDmdValid 值為0 時(shí)，向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送惰行指令（MPU_CEffDmd=0、MPU_CDemCoast=1、MPU_CDemTract=0、MPU_CDemBrak=0、MPU_CDemFastBrk=0）。

圖4 手動(dòng)駕駛故障下牽引與制動(dòng)的關(guān)系

因?yàn)镽IOM2A 和RIOM3A 采集AMR2 的信號(hào)LI_ATOEffDmd1、LI_ATOEffDmd2 對(duì)VB_TBS_EffDmdValid 值的判定有直接影響，而VB_TBS_EffDmdValid 的值又間接影響了牽引與制動(dòng)指令的判定，因此判斷此故障為AMR2 繼電器故障或串電導(dǎo)致LI_ATOEffDmd1 或LI_ATOEffDmd2 信號(hào)異常。

2 故障驗(yàn)證與處理

2.1 故障驗(yàn)證

因手動(dòng)駕駛模式故障問題并不是持續(xù)存在，故無法捕捉到其故障下電客車的車輛數(shù)據(jù)，因此通過故障模擬的形式進(jìn)行故障還原，并對(duì)電客車故障時(shí)的車輛數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。如圖5 所示，以飛線的方式模擬手動(dòng)駕駛模式下的故障邏輯，使輸入信號(hào)LI_ATOEffDmd1=1，此時(shí)手動(dòng)模式推動(dòng)牽引VB_TBS_EffDmdValid_1=0，DDU 將會(huì)顯示手動(dòng)駕駛模式故障，TCMS 則只發(fā)出惰行指令。

圖5 手動(dòng)駕駛模式故障邏輯模擬

2.2 故障處理

后續(xù)通過在TCMS 數(shù)據(jù)流中植入“種子”，在2020 年8 月6 日此類故障再次出現(xiàn)時(shí)，捕捉到了電客車的車輛異常數(shù)據(jù)（圖6）。根據(jù)該故障異常數(shù)據(jù)確定了手動(dòng)駕駛模式下LI_ATOEffDmd2_1 信號(hào)異常為高電平，更換了AMR2 至RIOM3A 的LI_ATOEffDmd2_1 故障線纜。

圖6 故障后的異常數(shù)據(jù)

3 問題與解決方案

3.1 存在的問題

由于在手動(dòng)駕駛模式下發(fā)生故障后，系統(tǒng)會(huì)直接給出惰性的網(wǎng)絡(luò)指令，致使地鐵車輛不能按照駕駛司機(jī)要求的控制方式對(duì)電客車的牽引及制動(dòng)進(jìn)行控制，此問題對(duì)日后地鐵車輛的日常運(yùn)行構(gòu)成極大的安全隱患。

3.2 解決方案

（1）故障判斷邏輯進(jìn)行修改：通過將手動(dòng)駕駛模式故障的判斷邏輯由RIOM2A 和RIOM3A 采集AMR2 的信號(hào)LI_ATOEffDmd1、LI_ATOEffDmd2，“或”的關(guān)系變更為“與”的關(guān)系，即在手動(dòng)駕駛模式下，上述兩個(gè)信號(hào)同時(shí)都為高電平時(shí)就判定為手動(dòng)駕駛模式故障。通過對(duì)故障判斷邏輯進(jìn)行修改，修改前后結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，修改后使該故障的判定更加嚴(yán)謹(jǐn)。

（2）故障后傳達(dá)指令進(jìn)行：將手動(dòng)駕駛模式故障發(fā)生后傳達(dá)的網(wǎng)絡(luò)惰性指令改為制動(dòng)指令，降低了電客車在運(yùn)行中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語

牽引制動(dòng)指令是地鐵電客車安全運(yùn)行的必要條件，南京軌道交通地鐵2 號(hào)線在手動(dòng)駕駛模式下出現(xiàn)故障問題時(shí)會(huì)強(qiáng)制給出惰性指令，進(jìn)而導(dǎo)致電客車司機(jī)推動(dòng)牽引與制動(dòng)后列車對(duì)此無反應(yīng)。鑒于此故障對(duì)電客車的行車安全性具有重大影響，因此對(duì)TCMS 故障判定的控制與管理邏輯進(jìn)行優(yōu)化改善。通過上文對(duì)故障判斷邏輯及指令傳達(dá)進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)前后運(yùn)營數(shù)據(jù)的比對(duì)與跟蹤可發(fā)現(xiàn)，該設(shè)計(jì)方案可以有效解決手動(dòng)模式下的故障問題。