膠輪路軌自動旅客運輸系統車輛靈活編組設計

王 振 許彥強 劉東亮 王 洋

(中車浦鎮龐巴迪運輸系統有限公司,241060,蕪湖//第一作者，工程師)

目前，國內城市軌道交通一般將列車靈活編組定義為列車的編組擴充，即：線路運營的初期和近期采用4輛編組、遠期采用6輛編組；或非高峰時段開行固定4輛編組、高峰時段開行固定6輛編組。這兩種編組擴充方式，前者可以在滿足客流需求前提下節省工程初期投資，降低日常運營能耗；后者則是在不降低服務水平(運營間隔)的前提下滿足客流的運輸需求。

國外的一些軌道交通項目做到了列車不固定編組和隨時擴編運行。在機場軌道交通項目中，面對機群集中到達、不同機型到達、晚點等情況，經常性地臨時實施靈活編組很有必要。這就要求車輛具備快速、方便的增編和減編功能，以實現客流與列車運輸能力的平衡匹配。

1 車輛靈活編組的總體技術方案

膠輪路軌制式的自動旅客運輸(APM)系統是一種先進的自動導向膠輪車輛系統，其車輛具備經濟實用、運行安全可靠、使用維護方便、乘坐舒適等優點。

1. 1 車輛編組

APM車輛具備了真正意義上的靈活編組技術，可以實現1～6節編組的任意編組運行。

目前北京首都機場線、廣州珠江新城APM線、深圳寶安機場APM線、成都天府國際機場APM線等項目均采用了靈活編組的APM車輛，用于應對變化多樣的客流組織：非高峰時段采用1～2節編組運行，高峰時段采用3～4節編組運行。圖1為APM車輛靈活編組示意圖。

圖1 APM車輛靈活編組示意圖

1. 2 車輛基本參數

APM車輛采用無人值守全自動運行模式，最高運行速度為80 km/h，能夠適應10%的最大坡度及22 m曲線半徑的線路條件。

車輛的全自動無人駕駛是基于移動閉塞式信號技術，即使單節車也能夠實現全自動運行，其車輛的技術參數如表1所示。每輛車兩端均配置了全自動車鉤，可實現快速聯掛解編。

表1 APM車輛技術參數

1. 3 車輛主要配置

APM車輛每車均設計為動車，擁有相同的配置，包括車載信號系統、網絡控制系統、受流系統、牽引系統、制動系統、輔助供電系統、空調系統、車載通信系統及動力轉向架等。車輛兩端配置全自動車鉤，電鉤上設計了動態觸點、固定觸點和網絡觸點3種觸點，用于實現車輛的快速聯掛。

APM系統在車輛配置上與常規軌道交通的動車和拖車的組合配置不同。兩者的車輛主要配置對比如表2所示。常規的6節編組(4動2拖)軌道交通列車如圖2所示。

表2 常規軌道交通列車與APM系統的車輛主要配置對比表

圖2 常規6節編組軌道交通列車示意圖

1. 4 靈活編組的列車系統架構

APM車輛未設計列車級的供電系統架構，每輛車的供電系統只提供本車的牽引及輔助供電。其牽引性能可實現在喪失一半動力的情況下能維持列車繼續運行，并可保證多節編組列車中某輛車發生供電故障的情況下，仍然能夠運行至下一個車站再退出運營。圖3為APM 6節編組列車在滿載(AW2)工況下喪失一半動力的牽引仿真，因6節編組列車共有12個電機，圖3為其中6個電機失效下的情況。

APM的列車控制和管理系統(TCMS)由列車總線(WTB)和多功能車輛總線(MVB)組成。其中：WTB為雙通道多點串行數據總線，提供列車級車輛間的通信；MVB為多點串行數據總線，用于連接每輛車上的設備。取2節編組來說明APM列車的網絡系統架構，如圖4所示。

圖3 APM 6節編組列車故障模式牽引仿真

APM系統的每輛車同時配置了一套列車自動控制系統(VATC)。組成多編組列車后,只有一輛車的VATC為主控，其余車輛的VATC為熱備。靈活編組對TCMS和VATC的系統架構無影響，由TCMS進行組網，TCMS隨VATC進行主從切換。APM 2節車廂間信號系統互相連接的構架如圖5所示,APM 6節編組列車組網如圖6所示。

圖4 APM列車的網絡系統架構

1. 5 靈活編組對系統仿真及建設的需求

APM項目在系統設計時，列車必須以最大編組數下的性能和參數作為系統仿真及系統建設的輸入。表3以深圳機場APM項目(最大編組數為4節)為例，描述了APM車輛在系統仿真及建設的主要需求。

2 車輛擴編、減編流程

APM車輛可以實現任意數量的車輛在任意方向上的聯掛編組。如果這些車輛在線路上保持同一方向，后車的一位端聯掛前車的二位端，則稱之為不換端聯掛；如果車輛在線路上不是同一方向，后車的二位端聯掛前車的二位端，則稱之為換端聯掛。換端聯掛一般在有不同方向的發車及回庫線路情況下使用。

圖5 APM 2節車輛間信號系統連接架構

圖6 APM 6節編組的列車組網

項點主要需求車輛與軌旁接口以4節編組列車規格提供車輛與站臺門、車輛與軌道、車輛與車輛段設備的接口系統仿真提供單車的牽引仿真數據及系統仿真參數;系統仿真需要按照最大列車編組(4節)的容量進行設計列車碰撞以4節編組列車提供列車的碰撞計算報告,用于車檔的選型及緊急制動距離的計算

APM車輛的快速擴編、減編工作應在車輛段中設置有信號系統的安全軌道上進行，只需配置2名司機，即可在20 min內完成擴編或減編的操作。以2個單節車聯掛為例，具體的操作步驟如下：

1) 行駛至聯掛區域。將聯掛車和被聯掛車分別在全自動模式下運行至信號系統設置的人工駕駛轉換區域；將駕駛模式切換為全手動駕駛后，再分別由司機通過手動駕駛運行至信號系統設置的人工駕駛安全軌道區域中。

2) 施加制動。被聯掛車輛的司機操作緊急制動按鈕，保證被聯掛車輛處于緊急制動施加狀態。

3) 2車聯掛。聯掛車輛的司機手動駕駛車輛，以聯掛模式向被聯掛車移動。在確認全自動車鉤聯掛到位指示燈顯示已聯掛成功后，由被聯掛車輛的司機進行復位操作，復位被聯掛車輛的緊急制動，完成列車的聯掛。

4) 聯掛完成。位于列車前進端的司機操作列車線復位按鈕，駕駛聯掛后的2節編組列車返回至人工駕駛轉換區域，再將列車切換至全自動模式。

5) 恢復運行。司機確認列車安全并離開列車后，控制中心即可控制列車進行回庫或者上線運行等操作。

3 車輛編組信息檢測電路設計

APM車輛擴編或減編并完成列車線復位后， VATC需要知道列車的長度，確定虛擬占用列車的編組數。

固定編組車輛的列車長度固定，只需要知道列車是否完整即可，一般只需進行列車完整性檢測；而對于一列靈活編組的APM列車，則需要改進固定編組列車長度的檢測電路，實現對列車長度的檢測，從而保證軌旁ATP(列車自動防護)虛擬占用的準確性。

如圖7所示，VATC接收到的是電壓信號。APM列車設計了核心的列車長度檢測方案，每輛車的端部電路通過全自動車鉤自動聯掛，聯掛的車輛數量不同，串聯到電路中的電阻R則不同，VATC檢測到的電壓值也不同，從而實現了通過電壓值來確定聯掛列車的編組數量。

圖7 APM列車長度檢測電路原理圖

圖7中，車輛一位端和二位端均配置了繼電器面板，面板上的繼電器分別命名為KT和K。全自動車鉤聯掛的狀態信號發送至相互聯掛端的繼電器面板，控制繼電器K和KT自動斷開；手動操作列車線復位按鈕，控制列車兩端非聯掛端的繼電器K和KT閉合，即可實現整個檢測電路回路。

為保證檢測電壓值的準確性， VATC設計為懸浮接地，需要測量末端電壓值Vc,并作為其參考電壓。

如圖7所示，在車輛聯掛側通過全自動車鉤聯掛信號實現聯掛側的繼電器K和KT斷開，并且在列車中車輛1的一位端K閉合、列車車輛n的一位端KT閉合，即可實現參考電壓Vc的檢測。此時編組數量判斷依據為(V-Vc)/R。通過該APM列車的長度檢測電路，VATC可以準確判斷出列車的編組數，從而在確定列車虛擬占用時，完全確定其列車長度。

4 結語

APM車輛擁有獨特的靈活編組設計理念。在快速擴編或減編后，通過列車長度檢測電路和全自動車鉤聯掛狀態，實現了靈活編組APM列車的長度檢測，用以確認軌旁ATP虛擬占用。這種檢測方法在車輛換端聯掛和不換端聯掛方式下均可適用。

通過快速的擴編、減編，以及列車長度的自動檢測，大大提高了調整列車編組的工作效率，減少操作失誤，保證了APM系統的安全穩定性。