乘客觸發(fā)全自動駕駛列車車門緊急手柄的防護措施研究

孫永生，趙 斌

(1.南京恩瑞特實業(yè)有限公司，南京 211106；2.蘭州交通大學自動化與電氣工程學院，蘭州 730070)

1 概述

軌道交通全自動駕駛是以實現(xiàn)列車運行全過程自動化為目的的新一代軌道交通列車控制技術。

采用全自動駕駛技術運營的線路正常運營時，當發(fā)生接觸網(wǎng)跳閘或停電、列車故障、火災、爆炸、車地通信中斷等緊急狀況，列車不得不在區(qū)間迫停時，乘客必須在不完全具備正常上下車條件的情況下離開全自動駕駛列車進入到區(qū)間軌道區(qū)域。

而乘客必須要通過簡單操作列車內(nèi)相應的裝置，打開停穩(wěn)列車的車門，并經(jīng)過相應授權和指引，才能安全離開列車。車載ATC 系統(tǒng)作為地鐵車輛裝備的一個關鍵子系統(tǒng)，對于整個車輛的運行控制起著十分重要的作用[1]。因此，車載ATC 系統(tǒng)必須用有序、安全、可靠的一系列信息或信號來保證車門正常打開和關閉。

在人工駕駛CBTC 線路中，列車車門緊急裝置被觸發(fā)后，列車緊急制動直至停車；或者由司機根據(jù)當前情況判斷是否施加制動停車[2]。干線鐵路、城軌交通、城際鐵路，車門開關的控制，尤其是特殊情況下的聯(lián)動控制，都可能會影響到列車運行、乘客上下車、緊急疏散等[3-5]。

由于全自動駕駛列車無司機跟車操控，故當乘客誤操作運行中列車車門緊急裝置[6]或列車停在區(qū)間但區(qū)間疏散還未得到調(diào)度人員授權時，僅靠車載ATC 系統(tǒng)的“門釋放”信號[7]和車輛的“零速”信號，無法保證列車門仍被鎖死及保持關門狀態(tài)。所以需要對車載ATC 系統(tǒng)與車輛列車門之間的開關門信號進行改進，以保證來自信號系統(tǒng)的開關門信號能使列車門正常開關，而來自其他系統(tǒng)或裝備的“門釋放”信號不足以使車門打開。

2 全自動駕駛列車車門及其緊急裝置

2.1 車門及緊急裝置布置

由于沒有司機控制臺，全自動駕駛列車通常會配備客室門和逃生門，每一個門都會配備相應的解鎖開門裝置，供緊急情況下乘客和運維人員上下車使用。通常，列車兩端車頭位置配備乘客逃生門以及逃生門緊急手柄；列車兩側配備客室門以及緊急手柄，如圖1 所示。

正常運營期間，乘客從車廂兩側的客室門上下車。異常情況下，車頭的逃生門和兩側的客室門均可用于乘客上下車。

2.2 客室門緊急手柄

客室門緊急手柄設計為3 個檔位，分別為：“正?！?、“請求”和“解鎖”，手柄常態(tài)為“正?！蔽粻顟B(tài)，如圖2 所示。

圖1 列車車門及其緊急裝置布置示意圖Fig.1 Schematic diagram of the layout of train doors and their emergency devices

圖2 客室門緊急手柄示意圖Fig.2 Schematic diagram of an emergency handle of a passenger compartment door

客室門緊急手柄具有如下功能和特點：

1）非自復式手柄，如需更改檔位需手動切換；

2）當由正常位轉到請求位時，將輸出持續(xù)的“門釋放”信號，并向車載ATC 發(fā)送疏散請求信息，但車門鎖閉信號不會丟失；

3）當沒有開門授權時，手柄無法轉到解鎖位；

4）當收到開門授權時，手柄可以轉到解鎖位，車門鎖閉信號丟失，車門可以被人工打開；

5）手柄在解鎖位時，疏散請求信號繼續(xù)保持；當手柄復位到正常位后，疏散請求信號消失。

2.3 逃生門緊急手柄

逃生門緊急手柄設計為2 個檔位，分別為：“正?！?、“請求”，手柄常態(tài)為“正?！睜顟B(tài)位，如圖3所示。

逃生門緊急手柄具有如下功能和特點：

1）為非自復式手柄，如需更改檔位須手動切換；

2）當由正常位轉到請求位時，將輸出持續(xù)的“門釋放”信號，并向車載ATC 發(fā)送疏散請求信息，但車門鎖閉信號不會丟失；

圖3 逃生門緊急手柄示意圖Fig.3 Schematic diagram of an emergency handle of an emergency exit door

3）當沒有開門授權時，逃生門無法被解鎖并打開；

4）當收到開門授權時，逃生門可以被人工解鎖并打開；

5）當手柄復位到正常位后，疏散請求信號消失。

2.4 緊急手柄觸發(fā)

從列車運行控制系統(tǒng)的角度看，要想產(chǎn)生系統(tǒng)信號（或稱之為信息）并使之在系統(tǒng)內(nèi)按照既定流程自動傳輸和處理，源頭應該是列車客室門或逃生門的緊急手柄被轉動至“請求”位。

車載ATC 正常運行時，通過硬線持續(xù)向車輛輸出一對車門開關電平信號：門釋放/低電平、保持門關閉/高電平，如圖4 所示。通過信號系統(tǒng)發(fā)出的列車門釋放信號（低電平→高電平）將自動觸發(fā)撤銷保持門關閉信號（高電平→低電平），列車門可以自動或通過人工打開。

圖4 車載ATC門釋放信號觸發(fā)保持門關閉信號Fig.4 The“release doors”signal of onboard ATC triggers the“maintain doors closed”signal

保持門關閉信號高低電平的改變由信號系統(tǒng)內(nèi)部的門釋放信號觸發(fā)，門釋放信號的改變可以由車載ATC 判定正常到發(fā)站時刻自動產(chǎn)生，也可由調(diào)度人員通過ATS 系統(tǒng)遠程下達。

由車輛（比如車門緊急手柄）等觸發(fā)的車門釋放信號，不會撤銷保持門關閉信號，因此車門不能夠打開。此時，對于信號系統(tǒng)來講，列車具備保持現(xiàn)有模式和狀態(tài)繼續(xù)運行直至下一站停車的條件，但對于車輛、乘客等對象而言需要盡可能停車，因此，這種情況屬于“條件停車”，即需經(jīng)過調(diào)度人員確認是否立即停車，否則信號系統(tǒng)將指揮列車盡可能運行至下一站對標停車，且停穩(wěn)后會觸發(fā)緊急制動，以保證列車不再移動。緊急手柄觸發(fā)涉及的功能塊和主要信號如圖5 所示。

圖5 緊急手柄觸發(fā)的功能塊和信號圖Fig.5 Function module and signal diagram for triggering an emergency handle

當某一處乘客門緊急手柄被激活，車輛通過兩路硬線向車載ATC 子系統(tǒng)發(fā)送“疏散請求”（即手柄觸發(fā)）和“條件停車”電平信號。調(diào)度員通過ATS 系統(tǒng)的相關報警、界面顯示等獲知信息，并決定采取停車疏散乘客或其他措施。

列車停在區(qū)間，車門打開之前，調(diào)度員需要足夠的時間按照運營規(guī)則和應急預案采取相應的措施，以保證疏散開始后人員和設備的安全，例如人工迫停相鄰列車、調(diào)取CCTV 視頻監(jiān)控、人工廣播等。當列車門打開，即疏散開始進行時，軌旁ATP 需要對相應區(qū)域進行防護。

一旦信號系統(tǒng)撤銷保持門關閉信號（高電平→低電平），列車逃生門和客室門都可以被解鎖，但逃生門只能由人工解鎖并打開。

3 區(qū)間內(nèi)車門緊急手柄觸發(fā)

3.1 列車運行時觸發(fā)客室門緊急手柄

ATS 收到“疏散請求”信息時，立即向調(diào)度員呈現(xiàn)相關顯示、報警，調(diào)度員通過遠程操作，命令全自動駕駛列車在區(qū)間停車（一般為遠程緊急制動），列車停穩(wěn)后會有一段時間的延時，以供調(diào)度員采取切斷事發(fā)區(qū)間第三軌供電、開啟通風等措施。延時結束后，信號系統(tǒng)自動觸發(fā)車門釋放、撤銷保持門關閉信號，整個運營體系進入?yún)^(qū)間疏散流程，如圖6 所示。

圖6 觸發(fā)運行中列車客室門緊急手柄信號時序Fig.6 Time sequence of signals for triggering the emergency handle of a passenger compartment door of a train in operation

t1：緊急手柄被轉至請求位，觸發(fā)疏散請求。

t2：列車在區(qū)間停穩(wěn)后，車載ATC 開始計時。

t3：計時結束，車載ATC 自動撤銷保持門關閉信號，不給出門釋放信號。

t4：緊急手柄轉至解鎖位，門關閉且鎖閉信號丟失，信號系統(tǒng)激活“疏散進行中”狀態(tài)，并自動建立防護區(qū)域。

t5：緊急手柄復位，疏散請求取消，保持門關閉信號恢復。

t6：車門自動關閉，門關閉且鎖閉信號恢復。

t7：調(diào)度員取消防護區(qū)域以及相應的疏散設置。

t8：列車重新開始移動。

3.2 遠程迫停后觸發(fā)客室門緊急手柄

當運營人員發(fā)現(xiàn)異常需要列車停在區(qū)間進行疏散時，立即命令列車停穩(wěn)后，再通過廣播指引乘客轉動車門緊急手柄，信號時序如圖7 所示。

t1：列車在區(qū)間停穩(wěn)。

t2：緊急手柄被轉至請求位，觸發(fā)疏散請求，車載ATC 開始計時。

圖7 遠程迫停列車后的信號時序Fig.7 Time sequence of signals after remote forced stopping of a train

t3：計時結束，車載ATC 自動撤銷保持門關閉信號，不給出門釋放信號。

t4：緊急手柄轉至解鎖位，門關閉且鎖閉信號丟失，信號系統(tǒng)激活“疏散進行中”狀態(tài)，并自動建立防護區(qū)域。

t5：緊急手柄復位，疏散請求取消，保持門關閉信號恢復。

t6：車門自動關閉，門關閉且鎖閉信號恢復。

t7：調(diào)度員取消防護區(qū)域以及相應的疏散設置。

t8：列車重新開始移動。

3.3 車地通信丟失

當車載ATC 檢測到車地通信丟失，將觸發(fā)緊急制動直至列車停穩(wěn)。軌旁ATP 將該列車作為非位置報告列車對待，以聯(lián)鎖模式監(jiān)督列車運行，并報告給ATS。調(diào)度員通過ATS 系統(tǒng)和其他途徑得知并確認該列車丟失通信，采取相應措施疏散車內(nèi)乘客，如圖8 所示。

t1：列車在區(qū)間停穩(wěn)。

t2：調(diào)度員通過ATS 建立相應的防護區(qū)域，迫停相鄰列車，或相鄰列車扣在站臺。

t3：乘客將緊急手柄轉至請求位，觸發(fā)疏散請求，車載ATC 開始計時。

t4：計時結束，車載ATC 自動撤銷保持門關閉信號，不給出門釋放信號。

圖8 車地通信丟失引發(fā)的區(qū)間疏散信號時序Fig.8 Time sequence of signals for evacuating passengers due to loss of vehicle-ground communication in a section

t5：緊急手柄轉至解鎖位，門關閉且鎖閉信號丟失，車載ATC 激活“疏散進行中”狀態(tài)。

t6：緊急手柄復位，疏散請求取消，保持門關閉信號恢復。

t7：車門自動關閉，門關閉且鎖閉信號恢復。

t8：調(diào)度員取消防護區(qū)域以及相應的疏散設置。

t9：列車重新開始移動。

3.4 遠程停車故障恢復

列車停穩(wěn)后，短時間內(nèi)故障恢復，調(diào)度人員可遠程取消疏散，并指引乘客將緊急手柄恢復至初始位置，信號及動作時序如圖9 所示。

t1：列車在區(qū)間停穩(wěn)。

t2：乘客將緊急手柄轉至請求位，觸發(fā)疏散請求，車載ATC 開始計時。

t3：調(diào)度人員通過ATS 發(fā)送拒絕疏散命令，車載ATC 重新計時。

t4：計時結束前，調(diào)度人員指導乘客恢復緊急手柄至初始位置，疏散請求被撤銷，區(qū)間疏散終止。

t5：列車重新開始移動。

3.5 區(qū)間停車遠程授權開門

列車在區(qū)間停穩(wěn)后車載ATC 開始計時，計時結束前，調(diào)度人員通過ATS 系統(tǒng)下發(fā)強制車門釋放指令，以提前授權打開車門進入疏散流程，如圖10所示。

圖9 停車后故障恢復信號時序Fig.9 Time sequence of signals for returning the emergency handle to its initial position after train stopping

圖10 區(qū)間停車遠程開門信號時序Fig.10 Time sequence of signals for remote door opening when the train stops in a section

t1：緊急手柄被轉至請求位，觸發(fā)疏散請求。

t2：列車在區(qū)間停穩(wěn)后，車載ATC 開始計時。

t3：計時未結束，調(diào)度員通過ATS 遠程強制車門釋放，車載ATC 自動撤銷保持門關閉信號。

t4：調(diào)度員指導乘客將緊急手柄轉至解鎖位，門關閉且鎖閉信號丟失，信號系統(tǒng)激活“疏散進行中”狀態(tài)，并自動建立防護區(qū)域。

t5：緊急手柄復位，疏散請求取消，保持門關閉信號恢復。

t6：車門自動關閉，門關閉且鎖閉信號恢復，車門釋放信號撤銷。

t7：調(diào)度員取消防護區(qū)域以及相應的疏散設置。

t8：列車重新開始移動。

4 站內(nèi)車門緊急手柄觸發(fā)

4.1 計劃停站站內(nèi)觸發(fā)車門緊急手柄

當列車進站并仍在運行時，乘客觸發(fā)車門緊急手柄，信號系統(tǒng)按照正常邏輯指揮列車對標停穩(wěn)，觸發(fā)緊急制動，防止列車移動。按照正常的上下客場景打開車門和站臺門，乘客進行正常的上下車作業(yè)[8]。調(diào)度人員安排站內(nèi)值班人員或遠程指揮車內(nèi)乘客恢復車門緊急手柄至初始位置。在確認事件處理結束后，緩解緊制，車門和站臺門關閉，立車可以發(fā)車，如圖11 所示。

圖11 計劃停站站內(nèi)觸發(fā)緊急手柄信號時序Fig.11 Time sequence of signals for an emergency handle triggered when the train is in a scheduled station

t1：緊急手柄被轉至請求位，觸發(fā)疏散請求。

t2：列車在站臺停穩(wěn)后，車載ATC 觸發(fā)緊制，軌旁ATP 建立防護區(qū)域。

t3：車載ATC 自動撤銷保持門關閉信號。

t4：車門打開。

t5：車門緊急手柄恢復至初始位置。

t6：緩解緊急制動，保持門關閉信號恢復。

t7：車門關閉。

t8：取消防護區(qū)域。

t9：列車離站。

4.2 非計劃停站站內(nèi)觸發(fā)車門緊急手柄

當列車經(jīng)過跳停站臺并在站臺運行時，車載ATC將該站臺區(qū)段視為區(qū)間的一段，具體的車門緊急手柄觸發(fā)場景中的信號時序與圖6或圖7的描述一致。

4.3 停站時觸發(fā)車門緊急手柄

列車在站臺停車，乘客觸發(fā)車門緊急手柄時，車載ATC 需觸發(fā)緊急制動防止列車移動，調(diào)度人員進行相關處理，如圖12 所示。

圖12 站內(nèi)停車觸發(fā)緊急手柄信號時序Fig.12 Time sequence of signals for an emergency handle triggered when the train has stopped in a station

t1：列車在站臺停穩(wěn)。

t2：車載ATC 自動撤銷保持門關閉信號。

t3：車門打開。

t4：緊急手柄被轉至請求位，觸發(fā)疏散請求，車載ATC 觸發(fā)緊制，軌旁ATP 建立防護區(qū)域。

t5：車門緊急手柄恢復至初始位置。

t6：緩解緊急制動，保持門關閉信號恢復。

t7：車門關閉。

t8：取消防護區(qū)域。

t9：列車離站。

5 結束語

全自動駕駛線路列車的開關門情景不同于普通CBTC 線路列車的開關門，需要克服無司機掌控、乘客“不負責任”給出車門釋放信號的問題。

因此，相對于CBTC 系統(tǒng)，在全自動駕駛列車的車載ATC 系統(tǒng)與車輛的車門控制接口里增加“保持門關閉”的硬線信號，作為最終的開門授權信號，可以防止列車運行中車門打開，能夠保證列車運行安全。

在以下情況下，“保持門關閉”信號將撤銷（高電平→低電平），信號系統(tǒng)允許車門打開：

1）車載ATC 提供門釋放；

2）列車靜止，人工遠程強制車門釋放；

3）車門緊急手柄被觸發(fā)，列車停穩(wěn)，并達到延時時間。

由于增加“保持門關閉”信號，使得乘客觸發(fā)運行中列車的車門緊急手柄后，信號系統(tǒng)仍會指揮列車以當前模式盡可能運行至下一站停車，停穩(wěn)后觸發(fā)緊制，保證列車不移動。這樣可以有效避免乘客誤操作而導致運營停滯。