全自動(dòng)駕駛列車控制系統(tǒng)故障遠(yuǎn)程診斷與恢復(fù)*

孫軍國 楊旭文 劉 波 夏夕盛

(交控科技股份有限公司，100070，北京//第一作者，助理工程師)

列車全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能夠提高旅行速度，減少車輛需求，減少定員，提高服務(wù)質(zhì)量，降低系統(tǒng)生命周期成本，將是未來特大型城市軌道交通列車駕駛的首選方案。

全自動(dòng)駕駛列車的喚醒、休眠、出入庫、運(yùn)行、停站、折返等作業(yè)由信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)控制完成，其高可用性和應(yīng)急預(yù)案處理是全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)工程應(yīng)用的關(guān)鍵。

全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)支持列車無人駕駛，司機(jī)不必在駕駛室持續(xù)觀察人機(jī)界面，監(jiān)督設(shè)備運(yùn)行。全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)需要在沒有司機(jī)持續(xù)監(jiān)督設(shè)備運(yùn)行的情況下，提供列車故障遠(yuǎn)程診斷和恢復(fù)功能，保持列車的可用性和自動(dòng)進(jìn)行應(yīng)急處理。

全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)必須處理的故障包括車輛火災(zāi)、制動(dòng)故障、車門故障、障礙物檢測和設(shè)備掉電等。

1 系統(tǒng)故障處理原則

列車全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)(見圖1)故障處理主要考慮3部分：地面控制中心、車載設(shè)備、乘客信息系統(tǒng)(PIS)。車地?zé)o線通信作為車地通信的主要傳輸通道。

注：TCMS為列車監(jiān)控管理系統(tǒng)；VOBC為車載控制器；WLAN為無線局域網(wǎng)；LTE為長期演進(jìn)

圖1 列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)原理圖

TCMS通過電路或傳感器獲得煙火報(bào)警、制動(dòng)系統(tǒng)、車門和空開的狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給VOBC，VOBC處理后通過車地?zé)o線通道發(fā)送至地面控制中心。

地面控制中心與地面PIS接口。地面PIS通過車底無線通信通道(與信號(hào)系統(tǒng)通信通道獨(dú)立)與車載PIS通信并獲取車載PIS安裝在各車廂的CCTV(閉路電視)視頻信息。

地面控制中心根據(jù)VOBC匯報(bào)的故障信息和PIS提供的視頻信息對(duì)遠(yuǎn)程故障進(jìn)行處理。系統(tǒng)根據(jù)故障應(yīng)急處理預(yù)案自動(dòng)下發(fā)控制指令或根據(jù)人工指令下發(fā)控制指令。

2 系統(tǒng)故障遠(yuǎn)程診斷

2.1 車輛火災(zāi)遠(yuǎn)程診斷與恢復(fù)

車輛火災(zāi)判斷是通過安裝在每一節(jié)車廂的多個(gè)煙火報(bào)警傳感器以判斷車輛是否發(fā)生火災(zāi)。煙火報(bào)警傳感器檢測煙霧和溫度，TCMS持續(xù)監(jiān)督全列車的煙火報(bào)警傳感器。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)傳感器檢測到煙霧和溫度超過規(guī)定門限值，則匯報(bào)給信號(hào)系統(tǒng)的VOBC；VOBC立即將煙火報(bào)警信息發(fā)送至地面控制中心，地面控制中心監(jiān)視終端通過PIS，獲得指定車廂的CCTV視頻信息，調(diào)度員據(jù)此進(jìn)一步處理。另一方面，VOBC在未收到中心指示前，控制列車運(yùn)行至最近的站臺(tái)停車，自動(dòng)打開車門和站臺(tái)門疏散乘客。

地面控制中心接收到VOBC匯報(bào)的車輛火災(zāi)報(bào)警時(shí)，自動(dòng)設(shè)置該列車在下一站實(shí)施扣車，自動(dòng)將尚未進(jìn)入該區(qū)間的列車扣停在上一站，并通過地面監(jiān)視終端查看煙火報(bào)警探頭所在車廂的情況；當(dāng)確認(rèn)發(fā)生車輛火災(zāi)時(shí)，通知下一站站臺(tái)組織疏散乘客，通知乘客服務(wù)人員立即就地滅火，未配置乘客服務(wù)人員的列車在站臺(tái)由綜合服務(wù)人員上車滅火。

地面控制中心通過監(jiān)視終端查看煙火報(bào)警探頭所在車廂的情況。當(dāng)確認(rèn)無車輛火災(zāi)時(shí)，遠(yuǎn)程復(fù)位煙火報(bào)警，VOBC收到中心確認(rèn)車輛火災(zāi)誤報(bào)時(shí)，在站臺(tái)完成乘客乘降作業(yè)后自動(dòng)發(fā)車。

2.2 制動(dòng)故障診斷與恢復(fù)

列車制動(dòng)系統(tǒng)是列車的關(guān)鍵組成部分。制動(dòng)系統(tǒng)的性能好壞和制動(dòng)能力大小直接涉及到列車的運(yùn)行安全，是列車控制系統(tǒng)確保列車運(yùn)行安全的前提條件。

制動(dòng)系統(tǒng)故障主要包括兩方面：一是制動(dòng)力損失，按照4節(jié)編組列車計(jì)算，有8個(gè)轉(zhuǎn)向架，每一個(gè)轉(zhuǎn)向架有一套制動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)故障表現(xiàn)為損失1～8個(gè)轉(zhuǎn)向架的制動(dòng)能力；二是制動(dòng)不緩解，制動(dòng)不緩解列車將無法實(shí)施牽引，無法運(yùn)行。

TCMS持續(xù)監(jiān)督轉(zhuǎn)向架制動(dòng)力損失，并匯報(bào)給VOBC，VOBC根據(jù)轉(zhuǎn)向架制動(dòng)損失程度分別進(jìn)行以下處理：

(1) 損失1個(gè)轉(zhuǎn)向架制動(dòng)能力時(shí)，相對(duì)于最高速度限速降低10 km/h；

(2) 損失2個(gè)轉(zhuǎn)向架制動(dòng)能力時(shí)，相對(duì)于最高速度限速降低20 km/h；

(3) 損失3個(gè)及其以上轉(zhuǎn)向架制動(dòng)能力時(shí)，列車實(shí)施緊急制動(dòng)，不緩解。

同時(shí)，VOBC將制動(dòng)損失故障信息匯報(bào)至地面控制中心，地面控制中心按照制動(dòng)損失程度分別進(jìn)行以下處理：

(1) 損失1個(gè)轉(zhuǎn)向架制動(dòng)能力時(shí)，允許列車完成本次運(yùn)行后回庫；

(2) 損失2個(gè)轉(zhuǎn)向架制動(dòng)能力時(shí)，允許列車運(yùn)行至站臺(tái)轉(zhuǎn)人工駕駛；

(3) 損失3個(gè)及其以上轉(zhuǎn)向架制動(dòng)能力時(shí)，通知綜合服務(wù)員或客室服務(wù)員人工排查故障后人工駕駛列車。

TCMS持續(xù)監(jiān)督轉(zhuǎn)向架制動(dòng)不緩解。當(dāng)列車制動(dòng)不緩解時(shí)，切除列車牽引，并匯報(bào)給VOBC，VOBC將制動(dòng)不緩解故障發(fā)送至地面控制中心。地面控制中心綜合列車匯報(bào)的總體信息后，遠(yuǎn)程切除單個(gè)轉(zhuǎn)向架制動(dòng)，緩解故障，繼續(xù)以全自動(dòng)駕駛模式控車。

VOBC接收到中心的遠(yuǎn)程切除指令后，持續(xù)向TCMS輸出切除故障轉(zhuǎn)向架指令，并完成本次運(yùn)行。

2.3 車門故障診斷與恢復(fù)

車門故障是指運(yùn)行列車車門由于電氣元件或機(jī)械零部件損壞，丟失“關(guān)閉且鎖閉”狀態(tài)，使列車運(yùn)行中車門解鎖并存在打開的風(fēng)險(xiǎn)。全自動(dòng)駕駛列車運(yùn)行過程中，TCMS將車門故障狀態(tài)匯報(bào)給VOBC；VOBC一方面將車門故障狀態(tài)匯報(bào)至地面控制中心，另一方面在收到地面控制中心指示前，繼續(xù)使列車運(yùn)行至站臺(tái)停車，并等待控制中心下一步指令。

地面控制中心接收到車門故障狀態(tài)匯報(bào)時(shí)，通過監(jiān)視終端查看指定車廂的CCTV視頻信息，判斷車門故障的嚴(yán)重程度。若危及乘客安全，則按如下措施處理：廣播通知乘客遠(yuǎn)離故障車門；遠(yuǎn)程緊急制動(dòng)停車；通知綜合服務(wù)員或乘客服務(wù)人員本地處理后恢復(fù)運(yùn)營。

若車門故障程度較輕，則通知站臺(tái)人員等待列車到站后上車旁路該車門，繼續(xù)保持列車全自動(dòng)駕駛運(yùn)營。

2.4 障礙物檢測

全自動(dòng)駕駛列車通過脫軌與障礙物檢測傳感器代替司機(jī)監(jiān)督列車運(yùn)行前方是否有障礙物存留在限界內(nèi)。當(dāng)列車與障礙物發(fā)生碰撞時(shí)，故障信息會(huì)立即匯報(bào)給VOBC，VOBC即發(fā)緊急制動(dòng)指令，同時(shí)匯報(bào)至地面控制中心。

列車車體與障礙物發(fā)生碰撞時(shí)，可能將障礙物撞擊至鄰線，對(duì)鄰線列車的運(yùn)行造成安全隱患，故地面控制中心會(huì)采取鄰線相應(yīng)區(qū)域的列車緊急制動(dòng)停車措施。

對(duì)于發(fā)生碰撞的列車，本地人工立即排查障礙物，復(fù)位障礙物檢測傳感器后，恢復(fù)全自動(dòng)駕駛運(yùn)行。

障礙物碰撞列車恢復(fù)全自動(dòng)駕駛運(yùn)行后，對(duì)于發(fā)生碰撞列車的鄰線列車，地面控制中心通過區(qū)間CCTV排查線路情況，確定安全后，授權(quán)鄰線列車恢復(fù)全自動(dòng)駕駛運(yùn)行。

2.5 設(shè)備掉電診斷與恢復(fù)

TCMS持續(xù)監(jiān)督關(guān)鍵設(shè)備的電源空開狀態(tài)，持續(xù)通過VOBC匯報(bào)至地面控制中心。若空開狀態(tài)為斷開狀態(tài)時(shí)，列車將無法維持全自動(dòng)駕駛運(yùn)行。列車停車時(shí)，TCMS可首次自動(dòng)復(fù)位關(guān)鍵設(shè)備的電源空開。

地面控制中心根據(jù)設(shè)備空開狀態(tài)，可遠(yuǎn)程發(fā)送復(fù)位指令，VOBC接收到地面控制中心的控制指令時(shí)，轉(zhuǎn)發(fā)至TCMS執(zhí)行。設(shè)備電源空開恢復(fù)后，若可恢復(fù)全自動(dòng)駕駛運(yùn)行，則繼續(xù)全自動(dòng)駕駛運(yùn)行；若不可恢復(fù)，則通過遠(yuǎn)程復(fù)位，縮短設(shè)備復(fù)位的時(shí)間，縮短系統(tǒng)的救援時(shí)間。設(shè)備掉電診斷與可復(fù)位的設(shè)備有司機(jī)室激活斷路器、空壓機(jī)啟動(dòng)控制斷路器、列車控制斷路器、制動(dòng)控制電源、安全回路電源、轉(zhuǎn)向架遠(yuǎn)程隔離供電電源、輔助電源控制、列車激活控制、車門電源和列車自動(dòng)駕駛供電斷路器等。

3 結(jié)語

全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化、高可靠、高可用的支持無人駕駛的列車控制系統(tǒng)，故障遠(yuǎn)程診斷和恢復(fù)是系統(tǒng)應(yīng)急處理的關(guān)鍵。通過遠(yuǎn)程處理車輛火災(zāi)、制動(dòng)系統(tǒng)故障、車門故障、障礙物檢測和設(shè)備電源，可進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可用性和可維護(hù)性。