地鐵車輛在緊急牽引模式下牽引系統的功能模式

劉森

摘要：地鐵車輛的工作模式分為正常模式及緊急牽引模式：正常模式工況下車輛網絡系統正常，各車輛子系統可以通過總線與網絡系統進行信息交互;緊急牽引模式下，各子系統與車輛間無總線通訊，對于車輛控制指令及子系統的反饋通過硬線信號進行交互。

關鍵詞：地鐵車輛;正常模式;緊急牽引模式;總線通訊;硬線信號

緊急牽引模式工況下，牽引系統僅響應通過硬線傳輸的指令及狀態信號，并將相應的狀態通過硬線反饋至車輛。此工況下，車輛正常功能受限，牽引系統能夠正常提供限速功能、牽引轉矩施加、沖擊控制、空轉保護等功能。本文以國內常規地鐵車輛牽引系統部分功能為例，簡要描述緊急牽引模式下牽引系統所提供的各項功能。

1 牽引系統硬線接口

常規牽引變流器主要設置如下硬線接口與車輛硬線電路交互相應的指令及狀態信號。

2 功能模式

在車輛處于零速且無牽引指令狀態下，通過操作緊急牽引模式開關，將緊急牽引指令通過硬線發送至牽引變流器，牽引變流器進入緊急牽引模式，在此模式下牽引系統在相關的條件滿足情況下，盡可能的實現“動車”的目的。

2.1 限速及方向判定功能

緊急牽引模式下，車輛最高的運行速度一般會有限制。例如，正常模式下車輛向前運行時的最高運行速度為80km/h，緊急牽引模式下車輛向前運行時的最高運行速度會被限制在45km/h，此限速功能由牽引系統完成。在此模式下牽引系統無法獲知車輛哪一端的司機室被占用，為了限制車輛退行（方向向后）的最高運行速度，當硬線信號“10km/h限速”有效時，牽引系統認為此時車輛在退行，既執行10km/h的最高運行速度限速。

2.2 牽引轉矩施加及沖擊控制

緊急牽引模式下，列車的載重信號及司控器的級位信號無法通過通訊總線傳送至牽引系統，牽引系統使用預設的AW2或AW3車重，根據硬線接口“牽引指令”及“牽引級位50%”施加牽引轉矩。

在牽引轉矩的施加或切除過程中，為確保乘客的舒適性，轉矩不是突變的。地鐵車輛對于牽引的沖擊限值一般為0.75m/s3，意味著每秒鐘加速度的變化率不能超過0.75 m/s2，根據這一限值，牽引系統會根據當前的車重計算出單位時間允許的轉矩變化。

2.3 電制動功能

車輛制動過程中，牽引系統要與制動系統相互配合，制動系統負責管理整車制動力。地鐵車輛會定義各子系統在緊急牽引模式下不聽取車輛總線傳遞的網絡信息，通常情況下，地鐵車輛制動系統配置的制動閘瓦熱容量滿足使用需求，緊急牽引模式情況下電制動將會被切除，整車的制動力完全由空氣制動來施加。

2.4 空轉及防滑保護功能

牽引系統對于車輪的空轉及防滑保護功能主要通過如下檢測方式進行：

2.4.1 單節動車輪對加速度檢測

2.4.2 單節動車輪對參考速度檢測

2.4.3 列車所有動車參考速度檢測

2.4.4 拖車參考速度檢測

在緊急牽引工況下，各牽引變流器間無法通過通訊總線進行信息交互，3.4.3及3.4.4的檢測項點將無法進行，牽引變流器只進行單輛動車的空轉保護，以及防滑保護（如果電制動未被切除）。

2.5 指令沖突及保護

根據輸入給牽引系統的指令的優先級，當檢測到多個牽引、制動指令同時存在的情況下，牽引系統會按照預先定義的優先級進行執行，遵循“故障導向安全”原則。一般情況下，指令狀態的優先級由高到低排序如下：緊急制動、快速制動、常用制動、惰行、牽引。舉例說明，當牽引指令與快速制動指令同時有效時，牽引系統將執行快速制動指令，并將此情況下的指令同時有效的情況以故障信息的形式存在在控制器中，待網絡系統正常時上報至車輛。

2.6 制動未緩解情況下牽引

進入緊急牽引狀態，意味著此時車輛可能發生故障或遇到緊急情況，例如，車輛在隧道、高架線路上發生火災，此時必須盡快將車輛牽引至安全地點，轉移乘客。

制動系統的緩解狀態信號通過硬線接口連接至牽引變流器，牽引系統能夠獲取車輛制動是否已經緩解：

* 在正常模式下，當收到牽引指令一定時間內（10秒），如仍未收到制動已緩解狀態信號，為保護車輛的制動系統，牽引變流器將封鎖牽引轉矩輸出，以防止車輛“抱閘運行”;

* 在緊急牽引模式下，收到牽引指令至收到制動已緩解的狀態信號的時間可適當放寬，例如調整至20秒，并且，可增加此保護功能的復位條件，惰行復位。在此情況下可為連續動車，司機可進行如下操作：將牽引手柄推至牽引位發送牽引指令至牽引變流器，牽引變流器將發出牽引轉矩，司機在20秒內將牽引手柄回退至惰行位一次，在重復推牽引手柄至牽引位，采取此操作即可實現連續動車的目的。

2.7 保護及診斷功能

牽引系統進入緊急牽引后，可以將一些保護策調整放寬，如電機過溫保護、電抗器過溫保護，并允許系統短時間內過載，以達到動車的目的。緊急牽引模式下，牽引系統的一些部件會有損壞的風險。

3 結論

牽引系統進入緊急牽引模式下，能夠滿足車輛的運行需求，并調整了自身系統的保護及診斷策略以實現動車的目的。地鐵車輛及各子系統在世界范圍內有長期的設計及運行經驗，國內各個地鐵項目的功能需求也不盡相同，各家車輛制造商及牽引供應商都有自己的設計能力和使用經驗，完備的功能應該在大范圍內進行推廣，更好的實現城市軌道交通的發展。

參考文獻：

[1] GB T 7928-2003，地鐵車輛通用技術條件.

[2] GB50157-2013，地鐵設計規范.

（作者單位：江蘇經緯軌道交通設備有限公司）