洛陽地鐵車輛緊急制動(dòng)故障分析及應(yīng)對(duì)策略

朱 琳,牛秀蓉

(洛陽市軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司 運(yùn)營(yíng)分公司,河南 洛陽 471023)

0 引言

洛陽地鐵1號(hào)線自試運(yùn)行以來,在前期人員設(shè)備磨合階段,車輛正線運(yùn)行過程中,經(jīng)常發(fā)生緊急制動(dòng)。本文以洛陽地鐵車輛緊急制動(dòng)故障為例,分析緊急制動(dòng)產(chǎn)生的原因及應(yīng)對(duì)策略。緊急制動(dòng)設(shè)置的目的是保障列車在緊急狀況下能夠以最大減速度停車,保障行車安全。緊急制動(dòng)采用純空氣制動(dòng),一旦觸發(fā)緊急制動(dòng),直至列車停止才能緩解制動(dòng)[1]。

洛陽地鐵1號(hào)線列車采用故障導(dǎo)向安全原則設(shè)計(jì),只要出現(xiàn)危及行車安全的操作或者設(shè)備故障,制動(dòng)優(yōu)先原則,都會(huì)觸發(fā)安全回路,產(chǎn)生制動(dòng)[2]。電客車的主電路、高壓分配、牽引、網(wǎng)絡(luò)控制、零速、警惕、PIS控制、車門控制等指令均采用高電平有效的設(shè)計(jì)原則。但是制動(dòng)指令與之相反,包括常用制動(dòng)、快速制動(dòng)、緊急制動(dòng)、停放制動(dòng)指令均采用“低電平有效”。即采用失電制動(dòng),得電緩解這種控制方式,發(fā)生緊急制動(dòng)列車線失電時(shí),列車將會(huì)自動(dòng)施加緊急制動(dòng)[3]。

1 車輛制動(dòng)控制原理

1.1 車輛制動(dòng)控制

司機(jī)控制器的面板上有控制手柄、換向手柄2種可操作機(jī)構(gòu)?？刂剖直瑺恳齾^(qū)、0位、制動(dòng)區(qū)、快速制動(dòng)位;換向手柄有“向后”、“0”、“向前”3個(gè)擋位。

車輛在正線運(yùn)行中,方向手柄發(fā)出向前指令,車輛執(zhí)行該命令。向前運(yùn)行過程中,列車有惰行、牽引、制動(dòng)3種狀態(tài)。牽引制動(dòng)邏輯判斷如表1所示[4]。

表1 牽引制動(dòng)邏輯判斷

洛陽地鐵1號(hào)線采用架控空氣制動(dòng)系統(tǒng),制動(dòng)設(shè)備包括動(dòng)力轉(zhuǎn)向架的電制動(dòng)和每個(gè)轉(zhuǎn)向架的電空制動(dòng)控制及基礎(chǔ)制動(dòng)裝置;基礎(chǔ)制動(dòng)采用踏面制動(dòng)單元,車輛采用成熟的三點(diǎn)懸掛方式。

空氣制動(dòng)系統(tǒng)按一列車進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì),車與車之間的接口、功能相匹配,編成列車后互不干擾。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)高度完整,以安全為導(dǎo)向。

列車配備有2套制動(dòng)系統(tǒng):一套電制動(dòng)系統(tǒng)(ED制動(dòng)),電制動(dòng)由牽引系統(tǒng)提供;一套電空制動(dòng)系統(tǒng)(EP制動(dòng)),電空制動(dòng)系統(tǒng)為模擬式單管直通摩擦制動(dòng)系統(tǒng)(見表2)。

表2 制動(dòng)方式區(qū)別

制動(dòng)模式分為可恢復(fù)制動(dòng)和不可恢復(fù)制動(dòng),2種模式之間存在區(qū)別。任何時(shí)候,操作人員均可緩解可恢復(fù)制動(dòng);而不可恢復(fù)制動(dòng)一旦施加,直至列車停止才能緩解制動(dòng)。列車安全回路失電,列車施加緊急制動(dòng)。緊急制動(dòng)不可恢復(fù),并予以零速互鎖。只有在車輛停止,并且觸發(fā)緊急制動(dòng)的條件復(fù)位后,安全回路重新得電,才能緩解緊急制動(dòng)[5]。

1.2 駕駛模式分類

車輛在正線操作模式分為切除ATC信號(hào)非限制人工駕駛(NRM)、ATP防護(hù)下的手動(dòng)駕駛(ATP模式)、系統(tǒng)自動(dòng)駕駛(ATO模式)等模式,駕駛模式分類如表3所示。

表3 駕駛模式

在距離碼ATP系統(tǒng)的基礎(chǔ)上安裝了ATO系統(tǒng),列車就可采用手動(dòng)方式或自動(dòng)方式進(jìn)行駕駛。在選擇自動(dòng)駕駛方式時(shí),ATO 系統(tǒng)代替司機(jī)操縱,諸如列車啟動(dòng)加速、勻速惰行、制動(dòng)等基本駕駛功能均能自動(dòng)進(jìn)行。不論是由司機(jī)手動(dòng)駕駛還是由ATO系統(tǒng)自動(dòng)駕駛,ATP系統(tǒng)始終是執(zhí)行其速度監(jiān)督和超速防護(hù)功能。當(dāng)列車處于手動(dòng)駕駛模式,即非AM/AM-H/AR模式下,在牽引工況下,警惕按鈕須一直觸發(fā),若警惕按鈕被釋放3 s后,警惕延時(shí)繼電器(=22- K110)失電,列車將產(chǎn)生緊急制動(dòng)。

非限制人工駕駛(NRM):切除ATC信號(hào),司機(jī)人工駕駛。

手動(dòng)駕駛(ATP) :在ATP防護(hù)下的,司機(jī)人工駕駛。

系統(tǒng)自動(dòng)駕駛(ATO):在ATP防護(hù)下,ATO自動(dòng)駕駛。

1.3 駕駛模式轉(zhuǎn)換說明

1.3.1進(jìn)入AM駕駛模式

當(dāng)ATP處于監(jiān)督模式且ATO設(shè)備處于可用狀態(tài)時(shí),可以激活A(yù)TO的自動(dòng)駕駛功能。當(dāng)以下條件得到滿足時(shí),駕駛室2個(gè)ATO啟動(dòng)按鈕/指示燈處于閃爍狀態(tài)提示司機(jī)可以啟動(dòng)自動(dòng)駕駛功能:(1)列車處于CM/ AM模式。(2)列車預(yù)設(shè)最高模式為AM。(3)方向手柄在向前位,并且牽引/制動(dòng)手柄在零位。(4)ATO設(shè)備工作正常。(5)列車未實(shí)施緊急制動(dòng)。

當(dāng)ATO啟動(dòng)燈閃爍時(shí),司機(jī)確認(rèn)前方線路條件后,通過同時(shí)按壓2個(gè)ATO啟動(dòng)按鈕來啟動(dòng)ATO的自動(dòng)駕駛。ATO自動(dòng)駕駛時(shí),ATO燈將保持一直亮燈狀態(tài),表示ATO系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài),同時(shí)MMI上將顯示當(dāng)前列車的駕駛模式,列車將由ATO自動(dòng)駕駛到下一站或下一個(gè)紅燈信號(hào)機(jī)處。

車載ATO設(shè)備能自動(dòng)識(shí)別ATC監(jiān)控區(qū),當(dāng)列車自非ATC監(jiān)控區(qū)進(jìn)入ATC監(jiān)控區(qū)時(shí),車載設(shè)備能立即進(jìn)入工作狀態(tài)。

1.3.2退出AM駕駛模式進(jìn)入CM模式

當(dāng)不滿足自動(dòng)駕駛條件時(shí),ATO會(huì)自動(dòng)退出,這些條件包括:(1)列車最高預(yù)設(shè)模式不是ATO模式。(2)方向手柄不向前或者牽引/制動(dòng)手柄不在零位。(3)列車實(shí)施了緊急制動(dòng)。(4)ATO設(shè)備故障。(5)當(dāng)列車回段,確認(rèn)轉(zhuǎn)為RM模式時(shí)。

司機(jī)隨時(shí)都可以停用自動(dòng)駕駛功能并且重新獲得對(duì)列車運(yùn)行的控制。只要移動(dòng)一下方向手柄或牽引/制動(dòng)手柄就可以切除ATO對(duì)列車的控制。

列車退出自動(dòng)駕駛后,新的駕駛模式將顯示在MMI上。

1.3.3退出CM駕駛模式進(jìn)入非限制人工模式

司機(jī)操作司機(jī)室控制柜中ATC切除旋鈕(=43-S105)。司機(jī)通過操作司機(jī)控制器的方向和牽引制動(dòng)級(jí)位手柄執(zhí)行非限制人工模式。在牽引工況下,司機(jī)手掌一直要放在牽引制動(dòng)級(jí)位手柄,一直要觸發(fā)警惕按鈕(司控器=22-A101,警惕按鈕行程開關(guān)S00)。

1.4 緊急制動(dòng)觸發(fā)條件

下列條件之一時(shí),TCMS將觸發(fā)緊急制動(dòng)指令:

(1)ATC車載設(shè)備(=43-A01)觸發(fā)緊急制動(dòng)。

(2)當(dāng)列車處于非AM/AM-H/AR模式下,且在牽引工況下,警惕按鈕被釋放3 s后;警惕延時(shí)繼電器(=22- K110)失電。

(3)數(shù)字量輸入輸出模塊(=24-A104.04)緊急制動(dòng)信號(hào)輸出,EGWM緊急制動(dòng)繼電器(=22-K188,5-9觸點(diǎn))得電吸合。

(4)任一端“L_本端緊急停車按鈕按下”有效;任意一端緊急停車按鈕按下,緊急停車?yán)^電器(=22- K109,3-11觸點(diǎn))得電吸合。

(5)主風(fēng)管壓力低于0.55 MPa且無旁路信號(hào),無占有端“總風(fēng)壓可用旁路”有效;總風(fēng)壓力可用繼電器(=22-K104,3-11觸點(diǎn))得電吸合。

(6)列車運(yùn)行過程中(列車非零速),車門未關(guān)好且無旁路信號(hào);即在司機(jī)室操作端“DXM11(DXM61)通信正?！睍r(shí),司機(jī)室占有端的“列車門關(guān)好左”和“列車門關(guān)好右”信號(hào)無效且“客室車門關(guān)好旁路”信號(hào)無效;或者主控端“司機(jī)室門關(guān)好”信號(hào)無效且“司機(jī)室門關(guān)好旁路”信號(hào)無效。

(7)列車綜合速度超過88 km/h觸發(fā)緊急制動(dòng),低于 86 km/h解除緊急制動(dòng);車輛在緊急牽引模式下,緊急牽引速度超速(=22-K145,5-9觸點(diǎn))得電吸合。

(8)拖動(dòng)模式下速度超過 50 km/h。

(9)運(yùn)行過程中方向丟失或轉(zhuǎn)換。

(10)緊急制動(dòng)繼電器(=22-K125)、(=22-K127)、(=22-K128)故障。

(11)司機(jī)室占有繼電器(=22-K152)的3-11觸點(diǎn)故障。

(12)22-A01-S11的1-2觸點(diǎn)故障。

當(dāng)緊急制動(dòng)有效,且滿足下列條件之一時(shí),網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行緊急制動(dòng)提示:

(1)任一DCU“硬線緊急制動(dòng)反饋”有效。

(2)ATC的MVB數(shù)據(jù)流中“ATP觸發(fā)緊急制動(dòng)”有效。

(3)緊急制動(dòng)環(huán)線有效:1車或6車IO模塊通信正常且“緊急停車列車線”有效。

1.5 緊急制動(dòng)不能緩解原因

根據(jù)緊急制動(dòng)列車線(見圖1)[6],可知引起整列電客車制動(dòng)不能緩解的原因有9點(diǎn):

圖1 緊急制動(dòng)控制列車線

(1)司機(jī)室占有繼電器(=22-K152)的3-11觸點(diǎn)故障。

(2)22-A01-S11的1-2觸點(diǎn)故障。

(3)ATC車載設(shè)備(=43-A01)故障。

(4)緊急停車?yán)^電器(=22- K109)的3-11觸點(diǎn)故障。

(5)EGWM緊急制動(dòng)繼電器(=22-K188)的5-9觸點(diǎn)故障。

(6)緊急牽引超速繼電器(=22-K145)的5-9觸點(diǎn)故障。

(7)總風(fēng)壓力可用繼電器(=27-K104)的3-11觸點(diǎn)故障。

(8)零速繼電器(=22-K119)的4-14觸點(diǎn)故障。

(9)緊急制動(dòng)繼電器(=22-K125)、(=22-K127)、(=22-K128)故障。

2 解決策略

根據(jù)洛陽地鐵線網(wǎng)故障統(tǒng)計(jì)、車輛控制邏輯、緊急制動(dòng)控制列車線電氣原理分析,緊急制動(dòng)故障主要分三類:一是人為操作觸發(fā),二是信號(hào)設(shè)備觸發(fā),三是車輛設(shè)備觸發(fā)[7]。洛陽地鐵1號(hào)線現(xiàn)場(chǎng)緊急制動(dòng)故障部分?jǐn)?shù)據(jù)如表4所示。針對(duì)3種不同的故障提出相應(yīng)解決策略。

表4 緊急制動(dòng)部分故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.1 人為操作觸發(fā)緊急制動(dòng)

加強(qiáng)司機(jī)業(yè)務(wù)培訓(xùn),避免因業(yè)務(wù)不熟練造成方向手柄回零位、列車超速、警惕手柄松開、緊急停車按鈕觸發(fā)的緊急制動(dòng)。當(dāng)然司機(jī)人為操作觸發(fā)的緊急制動(dòng),在車輛零速后,司機(jī)操作司控器能夠緩解緊急制動(dòng)。通過緊急制動(dòng)是否緩解可以判定是設(shè)備故障還是人才操作故障,優(yōu)先保證列車動(dòng)車,避免故障列車占用線路,導(dǎo)致救援和大規(guī)模晚點(diǎn)。

2.2 信號(hào)設(shè)備觸發(fā)緊急制動(dòng)

第一種情況是ATC設(shè)備故障引發(fā)的緊急制動(dòng)且制動(dòng)無法緩解。列車在ATO模式下,無須按壓警惕按鈕,但是當(dāng)ATO模式丟失時(shí),車輛屏幕報(bào)“ATP觸發(fā)緊急制動(dòng)”、“DCU硬線緊急制動(dòng)反饋有效”,此時(shí)需要人工按壓警惕按鈕,但是司機(jī)默認(rèn)在ATO模式,此時(shí)警惕超4 s未被按下,車輛根據(jù)邏輯判斷觸發(fā)緊急制動(dòng),在HMI報(bào)“警惕按鈕DMS斷開超時(shí)”、“運(yùn)行中警惕按鈕釋放時(shí)間過長(zhǎng)”。列車停穩(wěn)后,緊急制動(dòng)不能緩解,若列車切除ATC,列車可以以人工駕駛動(dòng)車,則排除是車輛設(shè)備故障,基本鎖定ATC設(shè)備故障。

緊急制動(dòng)命令經(jīng)由ATP觸發(fā),當(dāng)司機(jī)在操作RM按鈕使列車進(jìn)入RM模式時(shí)緊急制動(dòng)緩解故障消除,或者RM模式建立失敗后,嘗試切除ATC設(shè)備,人工駕駛動(dòng)車,可判斷電客車產(chǎn)生緊急制動(dòng)為ATC車載設(shè)備(=43-A01)故障。對(duì)信號(hào)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造,通過軟硬件整改,避免非正常緊急制動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生。

第二種情況是ATC設(shè)備的正常邏輯防護(hù)。ATC車載系統(tǒng)監(jiān)控到列車運(yùn)營(yíng)狀態(tài)不對(duì)或者司機(jī)操作不當(dāng)時(shí),信號(hào)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)緊急制動(dòng)。但是列車停穩(wěn)后,緊急制動(dòng)緩解,車輛可正常在信號(hào)控車模式下運(yùn)行,則判斷為ATC設(shè)備的正常邏輯防護(hù)觸發(fā)的緊急制動(dòng)。

2.3 車輛設(shè)備觸發(fā)緊急制動(dòng)

為提升緊急制動(dòng)控制回路可靠性,可通過提升設(shè)備質(zhì)量或者環(huán)路優(yōu)化技術(shù)改造,解決緊急制動(dòng)環(huán)線故障引發(fā)的緊急制動(dòng)無法緩解問題。

在提升設(shè)備質(zhì)量方面,在設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)階段加強(qiáng)設(shè)備選型把關(guān)。正式運(yùn)營(yíng)過程中加強(qiáng)關(guān)鍵回路電氣設(shè)備檢查,確保電氣元件功能質(zhì)量,同時(shí)跟蹤電氣元件壽命,定期更換關(guān)鍵電氣元件,更換后的電氣元件進(jìn)行測(cè)試,質(zhì)量良好的可以裝用在非關(guān)鍵回路中。同時(shí),在車輛設(shè)計(jì)時(shí)加入LCU設(shè)備代替部分非關(guān)鍵繼電器,降低繼電器故障的概率,提高設(shè)備可靠性[8]。

在安全回路優(yōu)化設(shè)計(jì)方面,開展大旁路技術(shù)改造及功能驗(yàn)證,解決緊急制動(dòng)無法正常緩解或者牽引無法建立的情況,減少正線清客、救援事故[9],大旁路設(shè)計(jì)如圖2所示。主要體現(xiàn)在2個(gè)方面:(1)解決當(dāng)緊急制動(dòng)接觸器 (=22-K127) 和 (=22-K128)的觸點(diǎn) 1-2、3-4、5-6 中任意一對(duì)觸點(diǎn)出現(xiàn)卡分時(shí),將會(huì)導(dǎo)致緊急制動(dòng)指令有效,無法緩解影響車輛動(dòng)車的故障。增加2個(gè)繼電器(=22-K129)、(=22-K130),緊急制動(dòng)備用,通過2個(gè)繼電器的觸點(diǎn) 1-2、3-4、5-6旁路原有緊急制動(dòng)接觸器 (=22-K127) 和 (=22-K128)的觸點(diǎn) 1-2、3-4、5-6。(2)解決當(dāng)司機(jī)室占有繼電器(=22-K152)中3- 11 觸點(diǎn)的無法閉合或者緊急制動(dòng)回路中其他部分?jǐn)嚅_時(shí),將導(dǎo)致緊急制動(dòng)狀態(tài)一直存在,影響車輛動(dòng)車的故障[10]。

圖2 緊急制動(dòng)不緩解旁路

3 總結(jié)

本文以洛陽地鐵1號(hào)線車輛緊急制動(dòng)控制回路為研究點(diǎn),重點(diǎn)探討了車輛產(chǎn)生緊急制動(dòng)的原因,對(duì)原因類型進(jìn)行劃分,分為人為操作觸發(fā)、信號(hào)設(shè)備觸發(fā)、車輛設(shè)備觸發(fā)三大類,并提出不同故障下的處理措施。通過洛陽地鐵1號(hào)線緊急制動(dòng)回路優(yōu)化和人員技能培訓(xùn),緊急制動(dòng)故障從開通初期的一周7次降低到現(xiàn)在的一個(gè)月不超過2次。并且通過大旁路優(yōu)化設(shè)計(jì)緊急制動(dòng)控制回路,實(shí)現(xiàn)電客車在正線運(yùn)行時(shí)的緊急動(dòng)車,降低正線救援風(fēng)險(xiǎn)。