ATO模式下列車對標(biāo)不準(zhǔn)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(wěn)運(yùn)行，通過對列車牽引/制動力的控制，來實現(xiàn)列車自動駕駛。車站站臺均安裝有屏蔽門系統(tǒng)，為了保證乘客順利上下車，就需要列車在規(guī)定位置實現(xiàn)精準(zhǔn)停車。若停車位置有偏差，將需要司機(jī)手動對標(biāo)，影響列車準(zhǔn)點運(yùn)行。

2A4950車自運(yùn)營以來，頻繁出現(xiàn)對標(biāo)不準(zhǔn)問題，且故障固定表現(xiàn)為2A49端欠標(biāo)、沖標(biāo)。自2012年4月8以來該車正線出現(xiàn)對標(biāo)不準(zhǔn)故障102起，司機(jī)均需SM模式二次手動對標(biāo)，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(shù)端的牽引電機(jī)速度傳感器、2B49車的ECU、奇數(shù)端的稱重閥、2B50車的模擬轉(zhuǎn)換閥、2A49車和2C50車的4A14以及奇數(shù)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(guān)板件、機(jī)柜、測速儀、ATP天線等。以上措施均未解決沖標(biāo)問題。

2 故障數(shù)據(jù)分析

通過分析車輛數(shù)據(jù)，列車運(yùn)行狀態(tài)平穩(wěn)，如圖1。

圖1 2A50車故障數(shù)據(jù)

速度：下降平滑，在6 km時，司機(jī)快制制動，沖標(biāo)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(fā)生時列車數(shù)據(jù)，進(jìn)行對比分析。數(shù)據(jù)情況基本一致：列車運(yùn)行曲線平滑，表明車輛牽引和制動系統(tǒng)工作運(yùn)行狀態(tài)均正常，未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。

通過計算列車多次區(qū)間行走距離時，發(fā)現(xiàn)存在差異。在6月6日2A4950車以DTRO模式運(yùn)行至廣州東站折返線2道后不能動車，信號系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)有緊制代碼#35（ATO超速）。列車速度為7 km/h，目標(biāo)距離已經(jīng)到達(dá)143 m，且緊制仍會繼續(xù)運(yùn)行2 m左右，說明列車已沖標(biāo)。

根據(jù)收集的數(shù)據(jù)，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(biāo)）合計總行程距離

（正常常用制動距離為：4.16 m，若不產(chǎn)生緊制常制距離為129.93 m+4.16 m=134.09 m，將達(dá)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(jié)果來看，在廣州東站上行進(jìn)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(jìn)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(fā)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(yīng)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(shù)據(jù)速度-時間曲線

因此，6月6日行程距離較大（大了1 m），就發(fā)生了沖標(biāo)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(xiàn)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(dǎo)致。

從車輛故障數(shù)據(jù)計算過程中，發(fā)現(xiàn)信號系統(tǒng)行走距離計算可能存在異常問題，通過采集到的信號數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)異常干擾現(xiàn)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(dá)停車標(biāo)時出現(xiàn)速度異常（目標(biāo)速度0 km/h，推薦速度0 km/h，實際速度2 km/h），司機(jī)人工介入列車停穩(wěn)后沖標(biāo)2 m的故障數(shù)據(jù)。

經(jīng)分析ATO和ATP報文數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)2A49端為駕駛端時，信號系統(tǒng)每個站停穩(wěn)3 s后，列車速度信號突然增大過程，持續(xù)約1 s后恢復(fù)為0。并且經(jīng)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(tǒng)檢測到的列車實際速度）。

列車停穩(wěn)后，司機(jī)也未反映列車有顫動過程，對比車輛數(shù)據(jù)并未出現(xiàn)該速度突變脈沖（如圖1），可以排除列車突然動車因素。

經(jīng)判斷聯(lián)合分析，認(rèn)為是ATO/ATP系統(tǒng)的速度信號受到異常的干擾引起，導(dǎo)致信號系統(tǒng)ATO速度檢測存在異常突變現(xiàn)象，并且行走距離有變化，可能影響列車ATO行車計算精準(zhǔn)度，最后導(dǎo)致列車實際對標(biāo)不準(zhǔn)現(xiàn)象。

3 故障排查處理

車輛方面進(jìn)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)2A50車4K04該繼電器失電后，也有明顯的反向續(xù)流大電壓，峰值可達(dá)千伏，證明該繼電器具有放電續(xù)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(nèi)部，若ATO控制板內(nèi)部沒有相關(guān)反向二極管或隔離保護(hù)的設(shè)計的話，可能會形成對信號系統(tǒng)工作造成一定干擾影響。

車輛方面將相關(guān)8K01、8K02西門子繼電器、4K04繼電器二極管更換跟蹤，未再次出現(xiàn)對標(biāo)不準(zhǔn)故障。通過ATO報文數(shù)據(jù)，確認(rèn)ATO系統(tǒng)在列車停穩(wěn)后并未再次出現(xiàn)異常速度突變問題。

因此，根據(jù)測量調(diào)查情況來判斷，可確定故障點為4K04繼電器二極管續(xù)流回路斷路引起，導(dǎo)致繼電器失電時，產(chǎn)生反向電壓對ATO信號系統(tǒng)內(nèi)部造成干擾問題，隨即影響ATO計算出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致列車對標(biāo)不準(zhǔn)故障。

4 改進(jìn)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(xù)流回路元件將能量消耗，但不同的方式續(xù)流回路設(shè)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(dǎo)通電壓，但放電時間會長，會持續(xù)到0.5秒左右；西門子繼電器續(xù)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(xù)時間在10 ms內(nèi)，放電時間很短；而施密特、日本安川續(xù)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(biāo)故障調(diào)查處理原因方面顯示：信號系統(tǒng)對外接口回路容易受到干擾，特別是反向電壓或電流，會導(dǎo)致信號系統(tǒng)ATO計算出現(xiàn)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(xiàn)過列車在折返時自動折返失敗、司機(jī)關(guān)鑰匙后兩側(cè)車門自動關(guān)閉的故障，信號系統(tǒng)故障代碼為45#42#（信號系統(tǒng)死機(jī)代碼），也發(fā)現(xiàn)是因8K01 8K02繼電器使用西門子繼電器（壓敏電阻續(xù)流回路），存在反向電壓，導(dǎo)致信號系統(tǒng)不規(guī)律地出現(xiàn)死機(jī)關(guān)閉問題。

目前西門子公司生產(chǎn)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(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。因此，原西門子信號系統(tǒng)在接口回路抗干擾能力設(shè)計存在一定的缺陷，需要進(jìn)一步研究接口電路，提高抗干擾能力，滿足現(xiàn)場實際使用環(huán)境。

5 結(jié)束語

2A4950車在ATO模式下頻繁出現(xiàn)對標(biāo)不準(zhǔn)故障，主要原因為4K04繼電器二極管續(xù)流回路斷路引起，導(dǎo)致繼電器在失電時產(chǎn)生的反向電壓對ATO信號系統(tǒng)內(nèi)部造成干擾導(dǎo)致。

表2 不同設(shè)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(nèi)其他城市地鐵列車發(fā)生的類似故障，其原因也多為列車信號系統(tǒng)干擾導(dǎo)致，因此要從根本上解決必須從信號系統(tǒng)的接口電路設(shè)計入手，提高信號接口電路在各種環(huán)境下的抗干擾能力。

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