全自動(dòng)駕駛列車喚醒邏輯流程闡述與分析

張 坤，張 豪

（中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東青島 266111）

1 引言

隨著全自動(dòng)駕駛列車在城市軌道交通領(lǐng)域的推廣，高度集中的控制系統(tǒng)代替了人工駕駛的操作，在全自動(dòng)無(wú)人駕駛（FAO）模式下實(shí)現(xiàn)無(wú)人參與的列車庫(kù)內(nèi)自動(dòng)喚醒、正線運(yùn)營(yíng)、回庫(kù)、休眠、自清潔等全過(guò)程的智能控制，而列車的喚醒是系統(tǒng)智能“行使”控制功能的前提。本文設(shè)計(jì)了一種基于應(yīng)用場(chǎng)景的快速喚醒控制技術(shù)，從喚醒方式、喚醒條件到信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出喚醒指令、車輛接收指令，聯(lián)動(dòng)車輛各相關(guān)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自檢、靜動(dòng)態(tài)測(cè)試、非預(yù)期事件發(fā)生的應(yīng)對(duì)，直至列車的遠(yuǎn)程自動(dòng)喚醒。

2 列車喚醒概述

列車喚醒是指從列車上電到列車具備投入運(yùn)營(yíng)條件的整個(gè)過(guò)程。列車喚醒包含3 種方式，分別為遠(yuǎn)程自動(dòng)喚醒、遠(yuǎn)程人工喚醒以及本地喚醒。3 種方式的區(qū)別在于列車在喚醒過(guò)程中列車低壓上電方式的不同。遠(yuǎn)程自動(dòng)喚醒方式是列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）根據(jù)時(shí)刻表自動(dòng)下發(fā)喚醒指令到列車，列車根據(jù)喚醒指令給列車上電。遠(yuǎn)程人工喚醒方式為調(diào)度員在ATS 工作站上操作，使ATS 系統(tǒng)下發(fā)喚醒指令到休眠喚醒模塊，列車根據(jù)喚醒指令給列車上電。本地喚醒方式為司機(jī)在列車上通過(guò)激活旋鈕激活列車，給列車上電。

3 列車喚醒測(cè)試

3.1 喚醒前提

列車能夠被成功喚醒的前提與停車位置、預(yù)設(shè)模式或者全自動(dòng)駕駛模式（FAM）開(kāi)關(guān)位置、運(yùn)行計(jì)劃、車輛狀態(tài)有著密切的關(guān)系，不同的前提條件組合分別對(duì)應(yīng)不同喚醒方式，具體如表1所示。

表1 列車喚醒前提條件

表2 喚醒測(cè)試結(jié)果影響分析表

3.2 喚醒檢測(cè)

正常場(chǎng)景下，列車在低壓上電完成后，進(jìn)入喚醒檢測(cè)，喚醒檢測(cè)含上電自檢、靜態(tài)測(cè)試（含運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試、聯(lián)合測(cè)試）、動(dòng)態(tài)測(cè)試。整個(gè)喚醒檢測(cè)如圖1 所示。

圖1 喚醒檢測(cè)示意

列車上電自檢完成后，執(zhí)行靜態(tài)測(cè)試。上電自檢和靜態(tài)測(cè)試過(guò)程中，某一項(xiàng)或幾項(xiàng)故障，允許繼續(xù)執(zhí)行直到靜態(tài)測(cè)試完成，但不允許執(zhí)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。動(dòng)態(tài)測(cè)試過(guò)程中，若某一項(xiàng)故障，不允許繼續(xù)執(zhí)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。

3.2.1 上電自檢

上電自檢含低壓上電自檢和高壓上電自檢，在低壓上電自檢完成且無(wú)故障輸出后，進(jìn)行高壓上電自檢。

低壓上電自檢主要執(zhí)行車輛低壓系統(tǒng)和車載信號(hào)系統(tǒng)的上電自檢。車輛低壓系統(tǒng)自檢主要為車輛網(wǎng)絡(luò)、牽引、制動(dòng)、車門、廣播、輔助系統(tǒng)、空調(diào)、煙火、乘客信息顯示系統(tǒng)（PIS）（含地面PIS 車載設(shè)備）、視頻監(jiān)視系統(tǒng)（CCTV）、數(shù)字集群通信系統(tǒng)（TETRA）等設(shè)備同時(shí)進(jìn)行上電自檢，自檢結(jié)果由網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給車載信號(hào)系統(tǒng)。車載信號(hào)系統(tǒng)自檢是對(duì)列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)（ATP）、列車自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)（ATO）、休眠喚醒單元、車載數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（DCS）等設(shè)備進(jìn)行設(shè)備自檢。

高壓上電自檢主要執(zhí)行升弓控制、輔助逆變器、牽引逆變器等自檢。當(dāng)輔助逆變器供電系統(tǒng)充電機(jī)未能正常工作時(shí)，車載信號(hào)主機(jī)會(huì)上報(bào)中心報(bào)警，并輸出停放制動(dòng)指令及休眠指令，防止蓄電池過(guò)度消耗。

3.2.2 靜態(tài)測(cè)試

靜態(tài)測(cè)試包括運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試和聯(lián)合測(cè)試。

運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試也指運(yùn)轉(zhuǎn)自檢，運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試包含空調(diào)啟動(dòng)自檢和空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)自檢?？照{(diào)啟動(dòng)測(cè)試是指當(dāng)列車控制及監(jiān)控系統(tǒng)（TCMS）檢測(cè)輔助逆變器運(yùn)行正常且處于FAM 預(yù)備模式時(shí)，則發(fā)送啟動(dòng)測(cè)試指令給空調(diào)，空調(diào)接收指令后執(zhí)行上一次停機(jī)之前的運(yùn)行模式，并反饋啟動(dòng)測(cè)試結(jié)果。

空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試是指當(dāng)TCMS 檢測(cè)到輔助逆變器運(yùn)行正常時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)2 臺(tái)空壓機(jī)，直到總風(fēng)壓力達(dá)到測(cè)試要求后反饋測(cè)試結(jié)果。

列車聯(lián)合測(cè)試是指在上電自檢和運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試通過(guò)后，進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試。聯(lián)合測(cè)試由車載信號(hào)主機(jī)主導(dǎo)，通過(guò)硬線或控制網(wǎng)絡(luò)總線向車輛發(fā)送一系列測(cè)試指令，車輛接收指令后執(zhí)行測(cè)試，并反饋測(cè)試結(jié)果給車載信號(hào)主機(jī)，形成閉環(huán)。聯(lián)合測(cè)試包含制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試、牽引/制動(dòng)指令測(cè)試、緊急制動(dòng)測(cè)試、車門功能測(cè)試。

制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程為當(dāng)制動(dòng)系統(tǒng)檢測(cè)到測(cè)試條件滿足，由TCMS 向信號(hào)系統(tǒng)提出制動(dòng)測(cè)試申請(qǐng)，信號(hào)系統(tǒng)同意后向車輛發(fā)送制動(dòng)測(cè)試允許信號(hào)，車輛系統(tǒng)接收信號(hào)后開(kāi)始執(zhí)行制動(dòng)測(cè)試。完成后通過(guò)TCMS 向信號(hào)系統(tǒng)反饋測(cè)試結(jié)果。

牽引/制動(dòng)指令測(cè)試是指信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)硬線給車輛發(fā)送牽引/制動(dòng)指令，牽引/制動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將牽引/制動(dòng)指令反饋給TCMS，信號(hào)系統(tǒng)收到TCMS 反饋的牽引/制動(dòng)指令后，判定牽引指令測(cè)試成功。

緊急制動(dòng)測(cè)試過(guò)程為信號(hào)系統(tǒng)給車輛發(fā)送緊急制動(dòng)施加/緩解指令，車輛接收到指令后將緊急制動(dòng)狀態(tài)反饋給信號(hào)系統(tǒng)。

車門功能測(cè)試是指信號(hào)系統(tǒng)向車輛系統(tǒng)發(fā)送開(kāi)關(guān)門指令序列，序列順序?yàn)橄乳_(kāi)右側(cè)，再關(guān)右側(cè)，再開(kāi)左側(cè)，再關(guān)左側(cè)。車輛執(zhí)行指令后通過(guò)TCMS 將車門狀態(tài)反饋給信號(hào)系統(tǒng)。

3.2.3 動(dòng)態(tài)測(cè)試

完成靜態(tài)測(cè)試且無(wú)故障輸出，進(jìn)入動(dòng)態(tài)測(cè)試。此時(shí)車載信號(hào)主機(jī)輸出跳躍指令、方向與級(jí)位（牽引、制動(dòng)）信息，車輛系統(tǒng)根據(jù)指令、方向、級(jí)位信息開(kāi)始進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，跳躍動(dòng)作完成后，車載控制器（VOBC）向車輛TCMS 發(fā)送跳躍距離值，車輛將跳躍執(zhí)行反饋給信號(hào)。

4 喚醒異常處理

4.1 司機(jī)鑰匙異常激活

在自動(dòng)喚醒的不同階段司機(jī)鑰匙激活處理策略如下所述。

上電自檢階段，該流程不受司機(jī)鑰匙激活影響，上電自檢完成后有鑰匙激活端的VOBC 自檢成功后成為主控端。

靜態(tài)測(cè)試階段檢測(cè)到司機(jī)鑰匙激活后，退出當(dāng)前的測(cè)試流程，若靜態(tài)測(cè)試失敗，具體處理如下：

（1）車載信號(hào)主機(jī)輸出緊急制動(dòng)（EB）；

（2）門控測(cè)試過(guò)程，輸出開(kāi)/關(guān)門指令執(zhí)行完畢后，車載信號(hào)主機(jī)輸出切除門使能，不再執(zhí)行后續(xù)的測(cè)試；

（3）其他測(cè)試過(guò)程，停止當(dāng)前測(cè)試，不再執(zhí)行后續(xù)的測(cè)試。

4.2 FAM 模式開(kāi)關(guān)位置異常

在自動(dòng)喚醒不同階段，當(dāng)FAM 模式開(kāi)關(guān)檢測(cè)未在FAM 位時(shí)其處理策略如下：立即終止當(dāng)前測(cè)試動(dòng)作，VOBC 控制列車不移動(dòng)，等待司機(jī)鑰匙激活后進(jìn)行手動(dòng)喚醒流程或者再次將 FAM 模式開(kāi)關(guān)恢復(fù)至FAM 位，再次進(jìn)入自動(dòng)喚醒流程。

4.3 測(cè)試異常

自動(dòng)喚醒流程不同階段測(cè)試項(xiàng)異常后的處理策略如下。

低壓自檢階段主要包括2 個(gè)方面的自檢，分別為車載信號(hào)設(shè)備自檢和車輛設(shè)備自檢。

（1）車載信號(hào)設(shè)備的自檢。當(dāng)速傳、應(yīng)容器傳輸模塊（BTM）、網(wǎng)絡(luò)、雷達(dá)等自檢失敗后，系統(tǒng)間隔一定時(shí)間后再自檢1 次，若2 次都失敗后，則判斷上電自檢失敗，若第二次自檢成功，則判斷上電自檢成功。

（2）車輛設(shè)備自檢。系統(tǒng)自檢失敗或旁路開(kāi)關(guān)在旁路位，則判斷自檢失敗，當(dāng)前系統(tǒng)自檢失敗后，后續(xù)系統(tǒng)不進(jìn)行該項(xiàng)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示未檢查。

在高壓自檢階段，高壓自檢測(cè)試是后續(xù)測(cè)試前提條件，若高壓和風(fēng)源測(cè)試異常，則判定本端測(cè)試失敗并跳過(guò)本端后續(xù)所有測(cè)試項(xiàng)，切換到另外一端繼續(xù)測(cè)試。

在靜態(tài)測(cè)試階段，當(dāng)?shù)谝淮螠y(cè)試失敗后，立即發(fā)起再一次測(cè)試，若2 次測(cè)試均失敗后，則判斷靜態(tài)測(cè)試失敗，若第二次測(cè)試成功，則判斷測(cè)試成功。

在動(dòng)態(tài)測(cè)試階段，跳躍接口的測(cè)試最多進(jìn)行2 次。

5 測(cè)試結(jié)果影響分析

全列車上電后，列車各設(shè)備對(duì)自身狀態(tài)進(jìn)行自檢，對(duì)影響行車安全、行車、乘客體驗(yàn)的系統(tǒng)進(jìn)行分類分析，并給出建議，以提高列車的上線運(yùn)營(yíng)的能力，具體如表 2 所示。

6 結(jié)語(yǔ)

全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)有效減少工作人員及設(shè)備數(shù)量，降低運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的成本，并通過(guò)喚醒設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)策略實(shí)現(xiàn)喚醒過(guò)程中各子系統(tǒng)協(xié)同聯(lián)動(dòng)，完全無(wú)須人工介入。同時(shí)根據(jù)各子系統(tǒng)對(duì)安全、行車、乘客體驗(yàn)的影響，約定喚醒成功的條件，提高喚醒成功率，減少喚醒所需的時(shí)間。在喚醒方式的設(shè)計(jì)上，不僅設(shè)置運(yùn)行計(jì)劃中列車的遠(yuǎn)程喚醒方式，同時(shí)配置人工喚醒方式，為車輛提供非預(yù)期事件發(fā)生時(shí)的應(yīng)對(duì)策略。

全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度、提升運(yùn)營(yíng)組織的快捷性、提高運(yùn)營(yíng)人員的效率等方面表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)，喚醒技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)策略更是最大程度的減少人工作業(yè)量，同時(shí)增強(qiáng)信號(hào)系統(tǒng)的可操作性，提升系統(tǒng)的智能化水平。