ATO模式下列車對標不準故障分析

劉 濤，程 婷

目前地鐵列車普遍采用ATO自動駕駛模式，保證列車平穩運行，通過對列車牽引/制動力的控制，來實現列車自動駕駛。車站站臺均安裝有屏蔽門系統，為了保證乘客順利上下車，就需要列車在規定位置實現精準停車。若停車位置有偏差，將需要司機手動對標，影響列車準點運行。

2A4950車自運營以來，頻繁出現對標不準問題，且故障固定表現為2A49端欠標、沖標。自2012年4月8以來該車正線出現對標不準故障102起，司機均需SM模式二次手動對標，造成多次晚點。

1 前期處理措施

車輛方面，該車先后更換過A車BCU速度傳感器、奇數端的牽引電機速度傳感器、2B49車的ECU、奇數端的稱重閥、2B50車的模擬轉換閥、2A49車和2C50車的4A14以及奇數端的DCU/M板和DCU/A板、兩端的VTCU、兩個A車閘瓦等，以及更改整列車制動軟件版本等，信號方面，更換過ATO/ATP相關板件、機柜、測速儀、ATP天線等。以上措施均未解決沖標問題。

2 故障數據分析

通過分析車輛數據，列車運行狀態平穩，如圖1。

圖1 2A50車故障數據

速度：下降平滑，在6 km時，司機快制制動，沖標2 m。

牽引參考值：最大為100%，快制時54%。

牽引和制動指令：正常。

車輛多次采集到故障發生時列車數據，進行對比分析。數據情況基本一致：列車運行曲線平滑，表明車輛牽引和制動系統工作運行狀態均正常，未發現異常現象。

通過計算列車多次區間行走距離時，發現存在差異。在6月6日2A4950車以DTRO模式運行至廣州東站折返線2道后不能動車，信號系統讀取數據有緊制代碼#35（ATO超速）。列車速度為7 km/h，目標距離已經到達143 m，且緊制仍會繼續運行2 m左右，說明列車已沖標。

根據收集的數據，對比之前2A4950車3次折返行程距離的差異：

（1）6月6日該車廣州東站-折返（沖標）合計總行程距離

（正常常用制動距離為：4.16 m，若不產生緊制常制距離為129.93 m+4.16 m=134.09 m，將達到273.3 m）。

（2）5月20日該車廣州東站-正常折返合計總行程距離

（3）5月24日該車廣州東站-正常折返合計總行程距離

表1 三次折返行程距離

從上述計算結果來看，在廣州東站上行進折返線列車啟動牽引惰性行程距離：在6月6日139.236 m比5月20日133.958 m多走了5.278 m，比5月24日137.43 m多走了1.8 m。

在廣州東站上行進折返線列車制動行程距離：在6月6日129.93 m比5月20日136.32 m少走了6.4 m；若6 km時不發生緊急制動，正常常用制動可走4.16 m共走134.09 m，仍比136.32 m短，說明6月6日最后的常用制動力矩應是足夠的；雖然ATO制動參考值累加偏小一點，但最終制動力矩輸出影響不大。

圖2 信號數據速度-時間曲線

因此，6月6日行程距離較大（大了1 m），就發生了沖標故障，主要原因是在DTRO模擬下，列車啟動牽引和惰性行程距離計算出現異常引起多走了2～5 m的（ATO行走距離計算存在錯誤）或制動指令給出計算有時間延誤0.5～1 s左右導致。

從車輛故障數據計算過程中，發現信號系統行走距離計算可能存在異常問題，通過采集到的信號數據分析發現異常干擾現象。

信號采集到 6月 23日 16∶17 1714次 （1A65+66） 以ATO模式在廣州東站上行到達停車標時出現速度異常（目標速度0 km/h，推薦速度0 km/h，實際速度2 km/h），司機人工介入列車停穩后沖標2 m的故障數據。

經分析ATO和ATP報文數據發現：當2A49端為駕駛端時，信號系統每個站停穩3 s后，列車速度信號突然增大過程，持續約1 s后恢復為0。并且經過速度信號突變后，ATO計算的行車距離又增加了1 m左右的距離，與ATP計算行車距離有差異；而2A50端為駕駛端時并沒有該問題，如圖2速度-時間曲線（圖示線代表信號系統檢測到的列車實際速度）。

列車停穩后，司機也未反映列車有顫動過程，對比車輛數據并未出現該速度突變脈沖（如圖1），可以排除列車突然動車因素。

經判斷聯合分析，認為是ATO/ATP系統的速度信號受到異常的干擾引起，導致信號系統ATO速度檢測存在異常突變現象，并且行走距離有變化，可能影響列車ATO行車計算精準度，最后導致列車實際對標不準現象。

3 故障排查處理

車輛方面進行排查，2A4950車兩端VCU與ATO連接MVB線屏蔽良好；由信號控制的繼電器：2K06、4K03、4K04、4K05、8K01、8K02、8K05、8K06繼電器接線正常，線圈電阻正常。測量示波器測量接口繼電器A1腳電壓：發現兩端的8K01、8K02均為西門子2KF40繼電器，存在一定的反向電壓；而另發現2A50車4K04該繼電器失電后，也有明顯的反向續流大電壓，峰值可達千伏，證明該繼電器具有放電續流回路（即二極管）已斷開。

8K01、8K02、4K04繼電器均與ATO指令板直接連接，并由其給出110V電控制。該部分繼電器失電時存在的反向電壓，會直接施加到ATO控制板內部，若ATO控制板內部沒有相關反向二極管或隔離保護的設計的話，可能會形成對信號系統工作造成一定干擾影響。

車輛方面將相關8K01、8K02西門子繼電器、4K04繼電器二極管更換跟蹤，未再次出現對標不準故障。通過ATO報文數據，確認ATO系統在列車停穩后并未再次出現異常速度突變問題。

因此，根據測量調查情況來判斷，可確定故障點為4K04繼電器二極管續流回路斷路引起，導致繼電器失電時，產生反向電壓對ATO信號系統內部造成干擾問題，隨即影響ATO計算出現誤差，導致列車對標不準故障。

4 改進措施

目前地鐵專用繼電器在失電時，總是會有一定能量釋放過程，需要帶有一個續流回路元件將能量消耗，但不同的方式續流回路設計，有不同的效果和影響。如表2所示。

目前地鐵列車使用的繼電器品牌有多種，具有不同特性：AEG、GE、羅克韋爾繼電器使用二極管，反向電壓可以控制在0.7 V以下，即二極管導通電壓，但放電時間會長，會持續到0.5秒左右；西門子繼電器續流回路使用壓敏電阻，有反向電壓，但基本在100～250 V左右，持續時間在10 ms內，放電時間很短；而施密特、日本安川續流回路使用RC和二極管組合回路，反向電壓可以控制在0.7 V以下，放電時間也較短，但價格貴。

從本次2A4950車沖標故障調查處理原因方面顯示：信號系統對外接口回路容易受到干擾，特別是反向電壓或電流，會導致信號系統ATO計算出現偏差，說明ATO接口回路抗干擾功能存在一定缺陷，未報出任何故障代碼。且在前期多次出現過列車在折返時自動折返失敗、司機關鑰匙后兩側車門自動關閉的故障，信號系統故障代碼為45#42#（信號系統死機代碼），也發現是因8K01 8K02繼電器使用西門子繼電器（壓敏電阻續流回路），存在反向電壓，導致信號系統不規律地出現死機關閉問題。

目前西門子公司生產主流地鐵專用繼電器，都采用壓敏電阻，且符合在大部分電路上的應用標準。因此，原西門子信號系統在接口回路抗干擾能力設計存在一定的缺陷，需要進一步研究接口電路，提高抗干擾能力，滿足現場實際使用環境。

5 結束語

2A4950車在ATO模式下頻繁出現對標不準故障，主要原因為4K04繼電器二極管續流回路斷路引起，導致繼電器在失電時產生的反向電壓對ATO信號系統內部造成干擾導致。

表2 不同設計的效果對比

本文提供的解決措施僅針對2A4950車故障，但通過分析國內其他城市地鐵列車發生的類似故障，其原因也多為列車信號系統干擾導致，因此要從根本上解決必須從信號系統的接口電路設計入手，提高信號接口電路在各種環境下的抗干擾能力。

參考文獻：

［1］王道敏.ATO站臺精確停車功能的制約因素分析［J］.鐵路通信信號過程技術（RSCE），2012，9（4）：41-43.

［2］王鵬.地鐵列車ATO模式對標停車不準故障分析［J］.軌道機車車輛，2015（02）：118-120.

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