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全自动无人驾驶地铁车辆触发紧急制动网络和信号因素研究

发表时间：2021/3/26 来源：《中国科技信息》2021年3月作者：夏遵奥、赵耸、王硕、石金柱、王思伟

[导读] 为了更好地提高全自动无人驾驶地铁车辆的运营稳定性，保证车辆在触发紧急制动时及时处理并快速找到问题原因，需要对全自动无人驾驶地铁车辆列车控制与监控系统（TCMS）控制原理进行研究，紧急制动触发机制进行分析，指出相关设计的重点及其注意事项。

吉林省长春市长春中车轨道车辆有限公司夏遵奥、赵耸、王硕、石金柱、王思伟 130062

摘要：为了更好地提高全自动无人驾驶地铁车辆的运营稳定性，保证车辆在触发紧急制动时及时处理并快速找到问题原因，需要对全自动无人驾驶地铁车辆列车控制与监控系统（TCMS）控制原理进行研究，紧急制动触发机制进行分析，指出相关设计的重点及其注意事项。
关键词：全自动无人驾驶列车控制与监控系统紧急制动
        引言：列车网络控制系统采用两级网络架构：列车级和车辆级总线均采用冗余的EMD通信介质MVB多功能车辆总线，并具有良好的信号屏蔽功能。TCMS正常情况下，列车总制动力由TCMS和制动系统分别计算。TCMS负责电制动力的分配，并把牵引系统的电制动力状态发送给制动系统。空气制动力的分配由制动系统实现。一般情况下，制动控制确定以网络为主，硬线作为备份，即使网络信号与硬线信号不一致，亦相信网络信号。

        一、 TCMS与制动控制单元的接口功能
        TCMS实现的主要功能包括但不限于：
        制动系统上电自检信息反馈
        列车级静态自检
         列车级动态自检
         整车制动力计算
         电制动力分配
         踏面清扫命令
         空压机管理
         满载率计算
         制动引起的限速管理
         制动自检命令及自检结果的记录、显示
         保持制动的缓解指令及保持制动施加/缓解状态显示
         空气制动、停放制动的施加/缓解状态的显示
         单个转向架制动远程切除
         制动测试（用于在列车级静态自检时，由制动缓解保持制动）
         减速度测试
          紧急制动监视
        二、紧急制动监视
        为了保证列车行车安全，TCMS需要对某些影响列车运行的条件进行监视，当这些条件发生时，TCMS将触发紧急制动，并且记录相关触发条件：
        ① 紧急制动按钮
        ② ATP紧急制动
        ③ 安全回路
        ④ 无方向
        ⑤ 警惕触发
        ⑥ 总风低压
        ⑦ 脱轨及障碍物检测
        ⑧ 客室紧急拉手
        ⑨ 无司机室激活
        ⑩ 四个以上转向架已切除
        案例：关于YF002车紧急制动TCMS和信号问题的初步分析
        2018年1月27日8:24行调报YF002车在阎村东站进站时列车起紧急，然后自动恢复。车辆回库后，下载车辆TCMS故障数据如图1所示进行分析，分析过程如下：

        从以上数据可以看出，车辆紧急制动继电器动作时，ATP紧急制动指令监视线也出现了变化。ATP触发紧急制动的方式比较特殊，是通过干接点直接串入紧急制动环路中，而不是通过控制继电器间接接入，因此TCMS无法直接采集ATP动作DI信号，导致目前无法完全确定判断出ATP触发紧急与车载触发紧急的先后顺序（见图2），但可以依据目前数据进行合理推测。

         车辆触发紧急制动的原因有如下10种（如图3）:

         首先分析MVB网络中传递的，仅用于显示不用做控制的10个紧急触发原因信号（如图4）：

        从上图可见，10个触发紧急的原因中，在早8:：23至8：24的一分钟时间段内，只有标注为“TC1车ATP触发紧急制动”的MVB信号短时间内置1。
        下一步分析紧急环路的硬线DI信号，判断紧急制动环路的得电失电情况。下图为紧急制动环路中串联的各继电器（如图5）：

        与图3中10个紧急触发原因对比：
        A处对应司机室激活
        B处对应ATP触发紧急制动
        C处对应紧急制动按钮
        D处安全环路中（见安全环路原理图）包括总风状态、脱轨障碍物检测。此时列车为FAM模式，列车方向和警惕信号被旁路，不会触发紧急制动。
        另外两个触发紧急的原因，乘客紧急拉手、制动重故障通过硬线信号单独输入给信号系统，通过ATP间接触发紧急制动，并不直接串在紧急环路中。
        因此车辆方面需分析司机室激活、ATP触发紧急制动、紧急按钮、安全回路四个硬线DI信号。
为排除紧急环路的供电对紧急环路的影响，“制动装置\制动控制供电”信号为紧急环路的供电监视（如图6）。

        从图6可以看出环路供电监视、司机室激活、安全回路、紧急按钮持续置1，在8:：23至8：24时间段内无变化，并没有触发紧急制动，排除其触发紧急制动可能性。
        由图6可知，ATP触发紧急制动与紧急制动环路失电为同时动作，推断ATP触发紧急制动，并且上图中车载数据截图也符合推断。在排除其他9种可能的情况下，初步结论为ATP触发紧急制动。
        三、结束语:
        因上述初步结论涉及信号系统，结论的验证需要与信号采集的数据相互参照后得出。
总之全自动无人驾驶地铁车辆的制动指令和信号指令直接关系到列车的运营安全。因此，在设计这些指令的时候，就要充分考虑到它们对电磁的抗干扰能力。
四、参考文献：北京地铁燕房线电器原理图
                           北京地铁燕房线全自动驾驶TMS与信号接口协议