城市軌道交通車載ATC系統與車輛接口研究

晏鑫（南京南車浦鎮(zhèn)城軌車輛有限責任公司技術部，工程師，江蘇　南京　210031）

城市軌道交通車載ATC系統與車輛接口研究

晏鑫
（南京南車浦鎮(zhèn)城軌車輛有限責任公司技術部，工程師，江蘇南京210031）

摘要：重點介紹了基于CBTC的西門子車載ATC與車輛的接口關系，便于有關人員詳細了解了OBCU與車輛、牽引控制系統的相關接口，以保證信號系統與車輛系統接口調試和測試的順利進行。

關鍵詞：城市軌道交通；車輛；ATC；接口

10.13572/j.cnki.tdyy.2015.04.009

城市軌道交通車載ATC系統作為地鐵車輛的一個組成部分，起著超速防護與車輛運行控制的功能，是地鐵車輛車載設備系統聯調過程中的重點與難點。蘇州地鐵1號線車輛的車載信號設備采用德國西門子公司的Trainguard MT自動列車控制系統。該系統采用車載設備（簡稱OBCU）與軌旁設備相結合的工作方式，實現不同自動化等級列車的混跑運營要求〔1〕。只有詳細了解了OBCU與車輛、牽引控制系統的相關接口，才能保證蘇州地鐵1號線車載信號設備單系統的調試、信號與車輛系統聯調的順利進行。

1　 ATC車載設備配置及功能

1.1 ATC車載設備配置車載ATC設備安裝于由4節(jié)（Tc-Mp-Mp-Tc，其中Tc為帶駕駛室的拖車，Mp為帶受電弓的動車）車廂構成的電動車組列車上。每一個Tc車安裝有車載信號設備一套，包括：1臺ATP車載單元、1臺ATO/ITF車載單元、1臺無線通信DCS單元、1個脈沖速度傳感器、1個測速雷達，以及在駕駛室安裝的信號顯示屏HMI。頭尾兩套設備互為冗余備用的關系〔2〕，其設備配置如圖1所示。

圖1　ATC車載設備配置圖

1.2 ATC車載設備功能Trainguard MT車載ATP采用2取2安全計算機系統〔3〕，負責ATC下的列車運行保護，主要實現與安全有關的子系統的控制。Trainguard MT的軌旁設備根據列車位置報告、聯鎖狀態(tài)信息、調度指令和線路數據連續(xù)的確定授權列車行駛的區(qū)域，并通過無線通信發(fā)給車載ATC設備，車載設備根據這些信息計算列車可以達到的最高行駛速度以及門控授權，對列車的安全狀態(tài)進行實時監(jiān)督。

車載ATO為非安全子系統，主要功能是驅動司機室內的操作設備，并根據信號及運行管理系統的輸入指令來控制運行。實現ATO模式下的列車牽引/制動控制及定點停車控制。

車載DCS實現連續(xù)的車地雙向無線通信功能。DCS將車載ATP產生的列車的位置和設備狀態(tài)以報文形式實時發(fā)送給地面ATC設備，并將地面線路狀況和運行授權命令傳遞給車載ATC系統。

2　車載ATC與車輛的接口

2.1 OBCU供電電源OBCU的額定電源輸入電壓為直流110 V，車輛為其供電的電源電壓應當在標稱電壓值的-30%到+25%的范圍內。為避免產生較大的干擾，OBCU需盡可能的通過最短路徑連接到車載110 V直流電源上（電源連接見圖2所示），且必須單獨安裝斷路器（斷路器容量見表1所示）。電源電纜的芯線橫截面應不小于1.5 mm2。

圖2　OBCU與車載電源的連接

表1　OBCU設備電源斷路器

2.2 OBCU-ATP與車輛之間的接口OBCU-ATP與車輛之間包含安全相關、非安全相關的輸入、輸出接口〔4〕。

2.2.1 ATP安全輸入車載ATP設備的安全輸入一方面來自于駕駛室控制臺（見表2），另一方面來自于列車牽引/制動控制系統（見表3）。

表2　來自駕駛室接口的OBCU_ATP安全輸入

表3　來自列車牽引/制動控制系統的OBCU_ATP安全輸入

2.2.2 ATP非安全輸入車載ATP設備的非安全輸入一方面來自于駕駛臺的按鈕輸入，另一方面來自于另一端冗余OBCU。車載ATP非安全輸入接口如表4所示。

表4　OBCU_ATP駕駛室非安全輸入

2.2.3 ATP安全輸出OBCU-ATP設備的安全輸出包括緊急制動、牽引釋放、左側車門和右側車門的釋放信號。

其中，緊急制動輸出是OBCU-ATP最重要故障-安全功能。車輛將ATC的緊急制動接點串在列車緊急制動回路中。當緊急制動接點斷開時，緊急制動施加。另外，ATP切除開關應能旁路ATP緊急制動輸出的信號。

牽引釋放輸出接點的作用是防止車門和站臺屏蔽門處于開啟狀態(tài)時列車牽引被允許。此接點的接口定義是：當牽引釋放接點斷開時牽引被信號鎖閉（禁止牽引）；當接點閉合時牽引被信號釋放（可以施加牽引）。在ATP切除時由ATP切除開關旁路該信號。車輛應能夠讀入和處理該信號，以切斷牽引允許回路。

門釋放信號的作用是為了防止列車車門未經ATC許可而開啟，此接點的接口定義是車門釋放信號接點斷開時禁止車門開啟；當接點閉合時允許車門開啟。當列車運行時車門釋放信號將被斷開。只有在車站指定停車區(qū)域且列車停穩(wěn)時門釋放信號才被允許。車門釋放信號在OBCU-ATP運營模式下提供，在ATP切除情況下，車輛電路跨接車門釋放信號，旁路該信號輸出。車載ATP安全輸出接口如表5所示：

表5　OBCU_ATP的安全輸出

2.2.4 ATP非安全輸出OBCU-ATP至車輛的非安全輸出信號見表6。其接點的最大電流荷載不得高于規(guī)定的0.1 A（電壓為110 V時）。

表6　OBCU_ATP的非安全輸出

2.3 OBCU-ATO與車輛之間的接口ATO與車輛間的所有輸入/輸出均為非安全接口。

2.3.1 ATO輸入OBCU-ATO輸入包括列車左側/右側車門的開啟/關閉命令讀入，門控模式開關狀態(tài)讀入，電源關閉（預告）信號。其中，門控模式選擇開關位于列車駕駛室內，有自動開/自動關、自動開/手動關、手動開/手動關3個位置，列車司機必須選擇一種門控模式。OBCU-ATO非安全輸入接口如表7所示。

表7　OBCU_ATO非安全輸入

2.3.2 ATO輸出ATO輸出接口主要包括ATO牽引、制動、ATO模式表示、保壓制動、混合使能、開啟/關閉車門、折返運行、自動折返表示燈、ATO啟動表示燈以及模擬信號輸出。其中，

1）ATO牽引觸點/制動輸出接點被連接到牽引系統TCMS以用于牽引/制動控制。當這個輸出被激活且模擬信號的設定值大于0%時，OBCU-ATO要求列車加速/減速。這兩個信號在同一時間內只允許有一個觸點有效。

2）ATO模式表示觸點用于通知車輛當前ATC的駕駛模式是否為ATO模式。牽引系統以此釋放用于列車自動駕駛的幾個信號（牽引和制動等）；

3）保壓制動觸點為ATO模式下停車狀態(tài)時OBCU對車輛施加的駐車保持制動。

4）混合使能信號用于實現停車過程中從電制動到空氣制動的轉換，該轉換過程平滑無沖動并且無振蕩，以滿足列車舒適度的要求。

5）開啟/關閉車門觸點允許OBCU在ATO模式和自動門控模式下直接控制列車車門的開啟和關閉。

6）折返運行輸出信號主要連接到車輛的AR繼電器，用于列車在運營終站折返時頭尾的交互操作。

7）自動折返表示燈用于在運營終站提示司機可以使用ATC的自動折返功能。

8）ATO啟動表示燈用于向司機提示ATO的可用及工作狀態(tài)。

9）模擬信號是從OBCU-ATO到列車牽引系統的電流環(huán)接口，用于傳輸ATO模式下OBCU對列車的加速度/減速度控制值。該接口的輸出范圍是0-20 mA，其中0-2 mA和19-20 mA范圍內的輸出視為無效。2-4 mA的范圍用于標識采用0%的牽引/制動加速度（即完全不產生任何加速度或減速度，列車處于惰行狀態(tài)），而18-19 mA的范圍用于標識采用100%的牽引/制動加速度。剩余范圍（大于4 mA，小于18 mA）標識為對應0%到100%之間的牽引/制動加速度范圍。OBCU-ATO非安全輸出接口如表8所示。

表8　OBCU_ATO非安全輸出

3　結束語

車載信號系統作為地鐵車輛的一個子系統，對于整個車輛的運行控制起著十分重要的作用。車載信號系統的調試測試項目多，技術含量高，是車輛聯調工作的重點之一。只有詳細了解了OBCU與車輛、牽引控制系統的相關接口才能保證蘇州地鐵1號線車載信號設備單系統的調試、信號與車輛系統的聯調的順利進行，最終保證蘇州地鐵1號線車輛按時、順利交付運行。

參考文獻：

〔1〕基于通信的軌道交通列車運行控制系統〔j〕.《現代城市軌道交通》2007年第02期；7-10.

〔2〕黃鐘，城市軌道交通ATC系統的國產化及其發(fā)展策略〔j〕.《城市軌道交通研究》1999年第04期；43-44.

〔3〕蘇州地鐵1號線信號系統與車輛接口技術要求.蘇州，2010：9-23.

〔4〕南車集團南京鋪鎮(zhèn)車輛廠城軌公司技術部.蘇州地鐵1號線ATC電氣接口圖.南京，2010：1－13.

文章編號：1006-8686（2015）0024-03

文獻標識碼：B

中圖分類號：U284.48