基于車載系統的列車完整性檢測方法探索

師瑞音

摘? 要：文章介紹了車載系統通過監測列車風管壓力來確認列車完整性的系統設計以及檢測邏輯，并在實驗室仿真環境及青藏線格拉段現場完成系統驗證。該檢測方法基于列車風管壓力檢測技術，不必依賴于軌旁設備及周圍環境，依靠車載系統以及無線通信即可實現，為CTCS-4級列控系統列車完整性檢測方案的制定提供一定的理論基礎和實踐依據。

關鍵詞：列車完整性;完整性檢測;風管壓力檢測;CTCS-4級列控系統

中圖分類號：U284.48? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）27-0115-03

Abstract： This paper introduces the system design and detection logic of the on-board system to confirm the integrity of the train by monitoring the air duct pressure of the train， and completes the system verification in the laboratory simulation environment and the Gala section of the Qinghai-Tibet Line. The detection method is based on the train duct pressure detection technology， and can be realized without relying on the rail side equipment and the surrounding environment， relying on the on-board system and wireless communication， thus providing a certain theoretical and practical basis for the formulation of train integrity testing scheme for CTCS-4 train control system.

Keywords： train integrity; integrity testing; duct pressure detection; CTCS-4 train control system

1 概述

列車完整性檢測是列車安全防護的一個關鍵環節，對于列車正常運行不可或缺。對于需要頻繁拆掛重新編組工作的列車，高效而準確的列車完整性檢測方法尤為重要。列車完整性檢測技術有很多，如軌道電路式、跨接線式、觸點式連接器式和列車長度檢測式等[1]。軌道電路式被CTCS系統采用[2]，其必須依賴于軌道電路等軌旁設備;跨接線式和觸點式連接器式通常用于地鐵上[3]，其對列車硬件安裝的依賴性強;列車長度檢測式需要利用GPS定位列車首尾部坐標[4]，為了避免列尾裝置安裝在車鉤處的GPS天線不被車廂遮擋，對周圍環境有一定依賴性。針對氣制動列車，可利用列車中既有的主風缸、副風缸、列車風管等設備，進行列車完整性檢測，該方法僅依靠于車載系統以及無線通信，不需要復雜的軌旁設備，安裝成本低，步驟簡便，而且不受周圍環境干擾，可以高效、穩定的完成列車完整性檢測。同時，該檢測方法的實現完全基于無線通信，與CTCS-4級列車控制系統的設計理念相同，該檢測方法的探索和研究可為CTCS-4級列控系統列車完整性檢測方案的制定提供一定的理論基礎和實踐依據。

2 列車完整性檢測系統架構及工作原理

2.1 系統架構

檢測系統所需部件全部安裝于列車上，主要部件的分布情況如圖1所示，包括：（1）總風缸，安裝在機車中，是整套系統的壓力來源，實現列車風管內壓力的精確快速控制;（2）車頭風壓檢測點，安裝有車頭風壓開關1和車頭風壓開關2，二者的輸出信號互斥，用于檢測不同時刻機車頭部風管中的壓力;（3）風管連接器，連接所有列車風管，縱貫整個列車，是列車完整性檢測過程中氣體壓力的存儲和傳遞單元;（4）列尾風壓開關，安裝在列車尾部的列車風管中，用于檢測不同時刻列車尾部風管中的壓力;（5）緊急排風閥，上電時，列車風管內部構成一個封閉系統，在失電情況下，緊急排風閥打開，此時列車風管內的高壓氣體流向外界大氣環境。

列車上安裝列車尾部安全防護裝置（列尾裝置），該裝置分為三部分：安裝在列車尾部的列尾主機、集成在車載設備內部的列首裝置以及司機室內的控制盒。當整個列車的連接發生問題，或者制動風壓總管發生斷裂漏風時，將導致管內風壓下降，車載系統監測到風管內壓力異常，則認為當前列車完整性丟失。

2.2 工作原理

列尾裝置工作原理參見圖2，列尾裝置通過以下方式實現列車尾部風壓檢測和司機告警功能：

列尾主機EOT配備一個通信模塊和一個風壓檢測模塊，列首裝置HOT配備一個通信模塊，進行列車完整性檢測之前，列首裝置的通信模塊與列尾主機的通信模塊需要建立通信綁定。

為了更好的解決列尾主機EOT以及列首裝置HOT之間無線通信數據傳輸的穩定性，降低丟包率，列尾主機EOT以及列首裝置HOT之間無線通信采用雙通道通信的方式，即450M Hz無線電臺和GSM-R網絡通信。

車載系統啟動后，通過列車完整性檢測邏輯觸發設備對當前列車尾部的風管壓力進行實時查詢。

當車載系統發出充風指令時，總風缸中的高壓空氣可進入列車風管中。當車載系統發出放風指令時，總風缸中的高壓氣體無法進入列車風管中，同時列車風管中的高壓氣體將排向大氣環境。

列尾主機EOT接收到車載系統發出的放風指令時，將打開緊急排風閥完成輔助排風。

列車的完整性出現故障時，將引發風管漏風，泄漏量超過某一閾值，設備將向司機啟動告警功能。

3 列車完整性檢測邏輯

列車在發車前，需要先進行列車完整性檢測，確定當前列車的完整性狀態。車載系統執行列車完整性檢測流程如圖3所示，列車風管經歷了確認高風壓過程、放風過程和充風過程三個階段。

在確認高風壓過程中，車載系統先判斷列尾管壓狀態。如果車載系統未查詢到列尾管壓狀態，則繼續以固定周期查詢列尾管壓狀態，當查詢時間超過確認高風壓時間T1時仍未查詢到列尾管壓狀態，則完整性丟失。車載系統在查詢列尾管壓過程中，如果列尾管壓小于閾值P0，則完整性丟失;如果列尾管壓大于等于閾值P0，則開始查詢車頭管壓。如果車頭管壓小于閾值P1，則完整性丟失;如果車頭管壓大于等于閾值P1，則進入放風過程。

在放風過程中，車載系統判斷列尾管壓是否小于閾值P0。如果列尾管壓大于等于閾值P0，則繼續以固定周期查詢列尾管壓的狀態，當查詢時間超過放風等待時間T2時列尾管壓仍大于等于P0，則完整性丟失。在查詢列尾管壓的過程中，當列尾管壓小于P0時，車載系統開始查詢車頭管壓。如果車頭管壓大于等于閾值P1，則判斷列車完整性丟失;如果車頭管壓小于閾值P1，則在輸入相應列車數據后，進入充風過程。

進入充風過程，車載系統查詢并檢測列尾管壓狀態。如果車載系統查詢到的列尾管壓小于P0，則繼續以固定周期查詢列尾管壓狀態，當查詢時間超過確認高風壓時間T3時仍未查詢到列尾管壓大于等于P0，則完整性丟失。車載系統在查詢列尾管壓的過程中，如果列尾管壓大于閾值P0，則繼續查詢車頭管壓。如果車頭管壓小于閾值P1，則完整性丟失;如果車頭管壓大于等于閾值P1，則車載系統判斷列車具有完整性。

4 系統驗證

4.1 實驗室仿真測試

實驗室搭建仿真測試環境如圖4所示，包括：

（1）列車仿真駕駛系統，操作人員可在系統上模擬完成列車駕駛相關操作，并可正確實現相關信號的輸入和輸出;（2）列車仿真運行系統，采用與真實青藏線格拉段添加列車一樣的列車運行線路數據;（3）列尾仿真設備，采用真實列尾設備改裝，通過外置按鈕可實現尾部管壓高于閾值和尾部管壓低于閾值的選擇，其余均與真實列尾裝置一致。

除上述仿真系統外，本實驗需要用到的列首裝置、控制盒以及車載設備均為真實設備。

環境搭建完成后，設置相應參數，模擬列車正常狀態、風管壓力異常、排風異常、充風異常等情況，對列車完整性進行測試，最終測試列車完整性狀態如表1所示。

4.2 青藏線格拉段現場測試

在青藏線格拉段現場采用HXN3型內燃機車掛接客車、貨車分別完成表1中所述測試序列，測試結果與實驗室測試結果一致。

5 結論

（1）本文詳細介紹了基于車載系統的列車完整性檢測方法的系統架構及測試邏輯。列車完整性檢測過程中，在確認高風壓階段，車載系統需要在一定時間內檢測到列車風管處于高風壓狀態;在放風階段，列車風管在一定時間內必須處于低風壓狀態;在充風階段，列車風管在一定時間內要恢復高風壓狀態。（2）車載系統通過監測列車風管壓力檢測列車完整性狀態，其可行性已通過實驗室模擬試驗以及青藏線格拉段現場機車試驗得到驗證。（3）車載系統通過監測列車風管壓力來確認列車完整性方案的實現不需要計軸器、軌道電路等設備，具有運營以及維護成本低、受環境干擾小等優點，此外，該方案的實現僅依賴于車載系統以及無線通信，證實該設計思路的可行性及有效性，對CTCS-4級列控系統的列車完整性檢測方案的制定具有重要的參考意義。

參考文獻：

[1]陳艷華.軌道交通列車定位技術的選擇與比較[J].電子設計工程，2010，18（11）：186-188.

[2]中國鐵路總公司.科技運函[2004]14號關于印發《CTCS技術規范總則》（暫行）和《CTCS2級技術條件》審查意見的通知[S].北京：中國鐵路總公司，2003.

[3]蔡建峰.列車完整性檢測的不同實現方式對運營安全的影響[J].城市軌道交通研究，2015，18（z2）：40-42.

[4]陳曉乾，王劍，蔡伯根.GPS在列車完整性檢查中的應用研究[J].北京交通大學學報（自然科學版），2006，30（2）：69-71，75.