城軌列車試車線防護方案研究

肖曉 彭敏

摘要：城軌列車在試車線上的調試安全目前仍然通過司機操作規(guī)范性來保證，在接近線路末端，若發(fā)生司機注意力不集中的情況，列車可能來不及減速停車并沖撞車檔，甚至沖出軌道，造成嚴重的人員和設備損害?；诖?，本文提出了一種自動化的防護方案，避免該危害的產(chǎn)生。方案詳細闡述了防護方案的原理，并對防護系統(tǒng)架構，和防護系統(tǒng)在車輛上的應用方法進行了詳細描述。

關鍵詞：城軌列車;試車線;防護

0? 引言

城市軌道交通系統(tǒng)目前已經(jīng)成為人民出行最重要的交通方式之一。城軌列車在制造完畢或架大修完畢后，開始正線載客運營之前，均要在試車線上進行多次動態(tài)調試。但是，在試車線調試時，信號的ATP防護系統(tǒng)處于未開啟狀態(tài)，且試車線的長度較短（一般不超過3km），所以一旦司機沒有集中精力駕駛，則列車很可能發(fā)生行駛到線路終點前沒有及時減速停車，并發(fā)生沖撞線路末端車擋的事故。甚至，列車有可能沖壞車擋，沖出試車線軌道，造車列車脫軌，并導致設備損害或人員受傷等情況。因此，有必要對試車線上列車運行安全開展研究，從系統(tǒng)設計上確保列車在試車線上調試的安全。

1? 系統(tǒng)方案研究

鑒于傳統(tǒng)列車在試車線上調試存在的安全隱患，本文特提出一種主動式的線路末端防護系統(tǒng)方案，通過對列車前端與線路末端的距離進行實時監(jiān)測、預警以及緊急制動指令輸出，從根本上避免列車與車擋的碰撞，從而避免后續(xù)設備損害或人員傷亡問題的發(fā)生。

系統(tǒng)由一套專用的試車線防護裝置，和相應的接口電路構成，從功能上區(qū)分，主要包含測距系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其測距系統(tǒng)主要包含一臺便攜式的測距主機、一個測距雷達和一個便于固定的應答器構成，如圖1所示。

其中，便攜式測距主機放置于列車上，測距雷達放置于列車前端，使其雷達波發(fā)射方向面向列車前端即可，且雷達不易隨著車輛的運行發(fā)生晃動即可。應答器安裝于試車線的末端，車擋前方的位置。

1.1 測距原理

防護系統(tǒng)實時測量列車距離車擋的距離，具體步驟如下：

第一步：列車行進端司機室內測距雷達向前發(fā)送主動測距信號。

第二步：試車線軌道末端的應答器設備收到主動測距信號后，則向來車的測距雷達發(fā)送被動應答信號。

第三步：測距雷達接收應答器發(fā)射的被動應答信號，并進行距離解算。

最終，列車車頭到軌道末端的距離：

實際運用時，由于一個車場可能存在多條并列試車線的情況下，為了避免兩條試車線上的防護設備產(chǎn)生干擾，測距雷達和應答器發(fā)出的射頻信號內包含設備識別信息。應答器和雷達對該信息進行識別和確認，僅對處于同一試車線內配對的設備發(fā)來的信號才進行應答，從而避免產(chǎn)生錯誤的反饋信息。

1.2 停車距離計算原理

防護系統(tǒng)實施計算列車的制動距離，具體方法如下：

式中，n表示將列車制動特性曲線均等分的份數(shù)，vi表示該段曲線起點對應的列車速度，vi-1表示該段曲線終點對應的列車速度。

1.3 防護控制方法

防護系統(tǒng)實時比較列車到終點距離L，和列車的停車距離Slimit，并根據(jù)結果進行防護控制。防護控制可采用兩級方式，一級為聲光報警，二級為緊急制動指令輸出。具體邏輯如下：

式中：

La指考慮防護系統(tǒng)本身響應時間段內列車的前進距離，具體值在系統(tǒng)調試時進行整定;

Lb指緊急制動停車后列車距離車檔的預留距離，該值主要是考慮列車制動系統(tǒng)施加制動力存在一定偏差而設定的安全裕量，典型偏差為3%，防護系統(tǒng)在計算列車停車距離時需考慮該偏差;

Lc指系統(tǒng)設定的聲光報警時間段內列車前進的距離，該時間段可設定為5s，具體可以通過軟件進行調整。

2? 設備方案研究

根據(jù)前文所述，對滿足該防護系統(tǒng)的硬件設備方案進行規(guī)劃如下：

2.1 測距主機

測距主機除了進行實施距離計算、比較外，還需要能夠提供聲光報警信號，提供緊急制動輸出信號，并由列車的方便插座提供的AC220V控制電源供電?；诖诵枨?，對主機系統(tǒng)架構規(guī)劃如圖2。

機箱內主要包含如下模塊：測距模塊、主控模塊MCU、電源模塊、聲光報警模塊等，其中，電源模塊用于將AC220V轉換為內部各部件所需的控制電源，主控模塊主要用于進行系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理、聲光模塊控制、緊急制動控制等，測距模塊用于處理測距雷達提供的數(shù)據(jù)。

緊急制動輸出被設計為干接點輸出，以跟系統(tǒng)進行隔離后接入列車緊急制動環(huán)路，確保安全。

2.2 測距雷達和應答器

測距雷達和應答器均選擇2.4G射頻RF雷達，以避免接近列車其他車載子系統(tǒng)工作頻段而產(chǎn)生干擾。

2.3 緊急制動控制方法

測距主機內部包含一個“緊急制動”繼電器，該繼電器受MCU控制器直接輸出控制。在防護系統(tǒng)被啟用時，“緊急制動”繼電器的觸點將被接入列車的緊急制動環(huán)路。如圖3所示，一旦測距主機發(fā)出緊急制動指令，將使得主機內的“緊急制動”繼電器觸點斷開，從而使得“列車緊急制動”繼電器失電，一旦該失電，會導致列車產(chǎn)生緊急制動并停車。

相應的，車輛的緊急制動回路在設計時，需考慮預留一對靠近的端子，防護系統(tǒng)通過該端子接入回路。在防護系統(tǒng)未接入時，采用短接片進行短接。如圖4所示。

2.4 設備方案小結

本方案中，防護系統(tǒng)相關部件被設計為便攜和便于安裝的，可以適用于不同線路不同車輛，僅在試車線調試時才加裝和使用，一旦調試完畢可以拆下和存放。防護系統(tǒng)不作為車輛的固定配件進行安裝，一條試車線僅配置有限的1到2臺，不會額外增加車輛的采購成本，也不會因為作為長期配件，額外增加車輛的故障點。且系統(tǒng)采用動態(tài)的距離計算方法，根據(jù)車速和減速度不同，實時更新距離閾值，不會縮短試車線的可使用區(qū)段，可確保試車線的使用效率。

3? 結束語

本文基于城軌列車試車線的應用場景，提出了針對性的防護系統(tǒng)方案，并對其原理，涉及到的硬件和系統(tǒng)應用方法進行了詳細描述，對于后續(xù)項目具有參考意義。特別是在現(xiàn)階段乃至未來很長一段時間范圍內，城市軌道交通線路日益增長的情況下，解決其應用過程中的安全風險也具有現(xiàn)實意義和需求。本方案還對提高動車、機車試車線防護安全有一定的參考意義。

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