全自動無人駕駛系統技術研究

摘要：文章的研究內容以軌道交通工程為依托，實現全自動駕駛軌道交通系統功能需求和接口需求。軌道交通全自動駕駛系統借鑒國內外建設管理先進經驗，在正線和車輛段均采用此項技術。全自動駕駛系統與傳統駕駛系統的功能變化主要體現在車輛、信號、通信、行車綜合自動化等核心子系統要求的改變以及車輛段管理、行車組織的轉變。

關鍵詞：自動控制；防護監控；無人駕駛系統；行車間隔；行車組織 文獻標識碼：A

中圖分類號：U239 文章編號：1009-2374（2017）10-0009-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.005

1 概述

隨著城市軌道交通網絡化進程的不斷推進，如北京已經建成包含10條線、車站數量超過200座、總長接近500km的軌道交通基本網絡，根據北京軌道交通網絡的遠景規劃，軌道交通網絡規模將超過1000km，在遵循科學發展觀、總結以往工程建設經驗的同時，迫切需要采用新的技術，以提高軌道交通網絡建設的先進性。根據燕房線客流量相對少的特征，以燕房線為依托，開展全自動駕駛示范工程，推動軌道交通建設革新。

1.1 提高安全性、可靠性的需要

1.1.1 全自動駕駛系統利用高效ATC系統和綜合監控系統、智能運轉的功能保障，結合人工監視、干預的機制，落實高精度列車運行的同時，減少不必要的誤操作。建立應急預案，具備災害情況下的快速反應能力，大大提高了安全性。

1.1.2 全自動駕駛系統的車輛、信號以及車輛與控制中心的通信系統均采用冗余互備技術，減少運行故障，完善的故障自診斷和自愈功能提高了整個系統的可用性和可靠性。

1.2 控制投資，降低運營成本的需要

1.2.1 全自動駕駛系統能實現對列車的精確定位及實時跟蹤，可以有效縮短行車間隔，提高旅行速度。通過小編組、高密度開行列車大幅提高運能，縮小車站規模，或者在與傳統線路同等運力情況下，加速車輛的周轉，提高列車使用率，減少配置列車數量。

1.2.2 全自動駕駛取消駕駛員，減少定員。傳統軌道交通線路每條線至少有數百名司機，采用全自動駕駛系統由中心集中控制，可以大幅度減少人員配置數量，有效降低運營成本。

1.2.3 全自動駕駛可根據客流量變化，動態調整列車運行計劃，有效控制空車走行，節約牽引能耗，運營組織更加靈活。

1.3 提高乘客服務質量的需要

1.3.1 全自動駕駛能根據實時情況，控制列車的速度/時間大大提高車輛運行的平穩度和舒適性。

1.3.2 全自動駕駛由于自動化程度高，較容易實現準點運行，提高乘客對軌道交通的信任度。

1.4 提高軌道交通的先進性，實現科學管理的需要

1.4.1 軌道交通技術發展已經證明，全自動駕駛是未來重要的技術發展方向和目標。北京市迫切需要這項新技術提高軌道交通路網建設的先進性。

1.4.2 軌道交通現代化科學管理的落實，采用全自動駕駛系統，無論是在人員還是在管理運營模式上都得到合理、有效的精簡，是一次管理創新，將有效提高管理效率。

2 牽引控制單元

2.1 一般描述

列車應通過受流器連接到供電軌。受流器的配置應滿足列車的良好取流及安全通過三軌斷軌區的要求，每個動車配4套受流裝置、Tc車配2套受流裝置（暫定）。高壓電路應配置手動隔離接地開關。操作后，可將牽引設備隔離并使其接地。當隔離接地開關接地后，車間電源、受流器高壓750V不允許接入。每一個高速斷路器給每輛動車的一個或兩個VVVF逆變器單元提供保護。每一個VVVF逆變器單元包括一個線路接觸器、線路輸入濾波器和一個IGBT電壓源逆變器。如果每輛動車配有2個VVVF逆變器單元，則每一個VVVF逆變器單元獨立擁有線路輸入濾波器。每一個VVVF逆變器有一個預充電回路（包括充電接觸器和充電電阻）以限制對線路濾波器的沖擊電流，亦可同一輛車的兩個逆變器單元共用一個預充電回路。每一個VVVF逆變器單元有一個放電回路，亦可同一輛車的兩個逆變器單元共用一個放電回路。每列車安裝2個車間電源連接器。列車高壓回路的保護應與電站的饋出保護相協調。從受流器到隔離接地開關的電纜應通過電纜護管以確保乘客安全。

2.2 輸入濾波器

每輛動車的一個或兩個VVVF逆變器單元配備一個線路濾波器。

2.2.1 線路濾波器由電抗器和電容器及其他高壓器件組成。

2.2.2 線路濾波器的設計應與高速斷路器的分斷能力協調一致，以保證當線路濾波器突然接地時，不損壞任何其他設備。

2.2.3 濾波電抗器的安裝應采取措施，減小磁通密度對客室的影響。（1）客室內濾波電抗器上方磁通密度要求：（2）距地板面450mm時，≤10G；（3）距地板面900mm時，≤5G。

2.2.4 濾波電抗器試驗按IEC60310的規定進行。

2.2.5 濾波電容器試驗按IEC60384的規定進行。

2.3 主要技術數據

額定電壓：DC750V；電壓范圍：DC500～900V；最大電壓：DC1000V；集電靴材料：浸金屬碳。

2.4 受流器結構

2.4.1 受流器為氣動自動受流器，能在各種軌道狀態下保證與第三軌具有良好的接觸狀態和接觸穩定性。

2.4.2 應設置機械止擋，以限制受流器在無第三軌區段上的垂直運動。

2.4.3 在整個車輛速度范圍內，受流器應有良好的動力學特性。

2.4.4 便于用戶的檢查和更換。

2.5 技術性能要求

2.5.1 受流器為空氣驅動受流器；單個受流器能夠遠程受控起落，受流器位置能夠被檢測并上傳至TIMS。在工作高度范圍內，滿足列車供電的要求。

2.5.2 受流器應有足夠的、良好的取流性能，且當只有兩個受流器對一列車供電時（通過牽引供電的斷電區），受流器可保證工作正常。

2.5.3 受流器集電靴與第三軌的接觸壓力、轉動角度應滿足車輛的運行要求。

2.5.4 受流器的電壓、電流額定值應滿足回路工作要求。

2.5.5 受流器裝置應安裝可靠、絕緣良好。

2.5.6 受流器集電靴的壽命不小于5萬公里。

2.5.7 受流器應設置受流器熔斷器。

2.5.8 受流器應具有在故障時脫離第三軌的功能，供貨商應提供每列車2套受流器手動脫離接觸軌裝置，安裝在司機室。在受流器自動起落失效時，可手動操作脫離。

2.5.9 集電靴材質及受流器的結構和性能應適合鋼鋁復合軌的第三軌供電方式。

3 各接口劃分

3.1 控制中心接口劃分

控制中心接口劃分如表1所示：

表1

物理接口編號 接口位置 AFC系統 TIAS系統 接口類型/

數量

TIAS.MLC.01 控制中心、備用中心 AFC設備通信出口處 提供控制中心、備用中心AFC系統機柜側的RJ45形式10/100M以太網電口。 提供從控制中心、備用中心TIAS系統機柜到AFC系統機柜RJ45網口帶標識的五類屏蔽網絡電纜并負責該電纜的敷設、成端及連通等。 冗余10/100M以太網電口，RJ45，2個。

3.2 車站IBP盤接口劃分

車站IBP盤接口劃分如表2所示：

表2

物理接口編號 接口位置 AFC 系統 TIAS 系統 接口類型/數量

TIAS.AFC.02 車站控制室 IBP 盤端子排外線側 提供 AFC 系統設備到IBP 盤配線架帶標識的連接電纜并負責成端上架。

負責 IBP 盤上有關AFC 系統的功能測試。提供 AFC 系統的盤面布置要求、按鈕/指示燈的數量、電氣參數、二次接線原理圖、文字描述。

提供 IBP 盤上所有與AFC 有關的按鈕/指示燈每個回路的電源。 提供 IBP 盤面工藝布置圖、端子分配圖、按鈕/指示燈、接線端子排，并負責盤內接線。

注：IBP 盤采用下進下出線方式。 硬線，數量按需要提供。

注：采用截面面積在1.0～2.5 mm2電纜。

3.3 接地接口

接地接口如表3所示：

表3

物理接口編號 接口位置 AFC 系統 TIAS 系統 接口類

型/數

量

TIAS.AFC.05 控制中心設備機房 接地總箱端子排外側 提供 AFC 系統接地端子數量、接地端子大小等要求；AFC 系統負責接地總箱端子排外側至 AFC 系統設備帶標識的接地電纜的采購、敷設、連接及其預留條件的設計等工作。 提供接地總箱；提供接地總箱分配圖（帶標識的回路號）。注：接地總箱采用下出線方式。 按需要提供。

4 結語

通過本課題的研究，為了加快城市軌道交通網絡現代化的步伐，為全自動駕駛信號控制工程奠定基礎，從全自動駕駛系統集成的過程入手，研究全自動駕駛系統的功能需求、系統集成、接口及驗證，深入論述運營場景、風險源分析和總體需求。介紹系統集成的原則、接口定義和最小系統集成驗證的方法。在此基礎上總結系統集成的經驗，提出建立自主知識產權全自動駕駛系統集成通用模型的方法，為今后工程設計、施工和系統集成提供技術支撐和指導。

參考文獻

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[2] 何宗華.日本城市軌道交通的類型與技術發展[J].城市軌道交通研究，2004，（5）.

[3] 孫延煥，陳麗民，陳軍科.北京機場線無人駕駛模式系統的研究與實踐[J].都市快軌交通，2012，（5）.

作者簡介：高春霞（1980-），女，山東青島人，供職于青島四方機車車輛技師學院，研究方向：機車電氣、自動化控制。

（責任編輯：黃銀芳）