基于PRT交通系統的自動防護系統

楊鴻銘 王海龍 王利軍

摘 要：PRT個人捷運交通系統為無人駕駛功能的新型交通系統，具備乘坐舒適、搭乘便捷、較低建設成本、較低運營成本的優點。PRT系統由小型車輛及其專用走行線路組成，將傳統“人等車”的理念轉變為“車等人”。文章分析了適用于PRT車輛的專用自動防護系統（AVP系統），其獨立于PRT的中央控制系統，利用物理塊原理實現車輛自動防護及防撞，確保所有車輛在線路上有序運行，確保車輛無追尾、碰撞等安全事故發生，確保車輛在線路交匯處安全有序通過。文章從AVP系統的結構組成、信號時許、可靠性分析入手，可為后續PRT工程提供參考。

關鍵詞：PRT技術;AVP系統;自動防護;無人駕駛;新型交通

中圖分類號：U491.2 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）19-38-04

Automatic vehicle protection system based on PRT traffic system

Yang Hongming， Wang Hailong， Wang Lijun

（ China Railway Second Hospital Engineering Group Co.， Ltd.， Sichuan Chengdu 610031 ）

Abstract： PRT is short for personal rapid transit， which is a new type of transportation system with driverless function. PRT system has the advantages of comfortable riding， convenient riding， low construction cost and low operating cost. The PRT system consists of small vehicles and their dedicated routes， transforming the traditional concept of people waiting for cars into cars waiting for people. This paper analyzes the special automatic vehicle protection （AVP system） for PRT vehicles， which is independent of PRT the central control system， using the physical block principle to realize automatic vehicle protection and anti-collision The system makes all PRT vehicles run orderly on the straight and branch guideway， so as to ensure that there is no collision， speeding and other unsafe accidents. This paper starts from the structure composition， signal timing and reliability analysis of the AVP system， which can provide references for subsequent PRT projects.

Keywords： PRT technology; AVP system; Automatic vehicle protection; Driverless; The new traffic

CLC NO.： U491.2 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）19-38-04

前言

PRT（Personal Rapid Transit）個人捷運交通系統，是一種采用自導向功能的小型車輛（額定載客1-6人），沿著專用的道路運行，具備自動無人駕駛功能的新型交通系統，由小型車輛及其專用走行線路所組成。車輛由中央控制系統自動調度，乘客平均等待時間不超過10秒，實現“車等人”的交通理念，為乘客提供點到點的私人化、專享化交通服務。PRT可作為機場、碼頭間的客運交通線路，連接大城市和衛星城之間的交通線路，也可作為城市風景觀光游覽線的交通干線。PRT系統由車輛系統、控制系統、自動防護系統、通信系統、屏蔽門系統、充電系統、自動售檢票系統組成。目前英國希斯羅機場PRT線路為全球唯一成功運營的PRT項目，成都天府國際機場將會建成國內首個、全球第二的PRT線路。

1 AVP系統概述

AVP，Automatic Vehicle Protection，車輛自動安全防護系統，獨立于中央控制系統，采用自動防護功能使得所有車輛在線路上有序運行，確保車輛無追尾、碰撞等安全事故發生，確保車輛在線路交匯處安全有序通過。系統以固定塊原理運行，通過控制車輛路徑（稱為導軌）上的固定物理空間塊的占用信息來維持安全性。

2 AVP系統結構組成及功能

AVP系統包含線路AVP系統和車載AVP系統兩個部分。線路AVP為AVP的主要組成部分，由Loop線圈、GEE箱、前置信號放大器。車載AVP主要功能是車載發射器、車載接收器及處理器。

線路AVP中GEE箱為本系統的“大腦中樞”，共分為供電單元、監控單元、控制區。其中控制區由背板PCB（1塊/每GEE箱），線圈控制PCB（≤12塊/每GEE箱），主/從同步PCB（1塊/每GEE箱），振蕩解碼PCB（1塊/每GEE箱），以上電路板均通過承插的方式安裝在機架中。

2.1 線圈控制PCB

每個Loop線圈連接獨立線圈控制器PCB，含發射和接收電路。此類PCB完全相同，實現任意替換。每個GEE箱內至多安裝12塊線圈控制PCB，即一臺GEE箱至多伺服12個Loop線圈，具體數量根據項目實際情況決定。線圈控制PCB功能如下：

（1）接收來自該下游或下兩個GEE箱的“占用”信號。

（2）如果線圈未接收到下游的占用信號，將會連續傳輸編碼信號。

（3）當車輪進入線圈時，車輛發送的信號被前置放大器調制輸入進PCB，該線圈中的閾值檢測器啟動，將會將線圈切換為“占用”。

（4）為前置信號放大器供電24V。

2.2 主/從同步PCB

每個系統僅安裝一個主同步PCB，安裝在主GEE箱機架中的同步槽中。功能如下：

（1）提供方波信號給GEE箱內，并通過兩個互連電纜及從動同步PCB傳遞到下一個GEE箱。

（2）檢測每個GEE箱之間提供信號的連續性。

從同步PCB將主同步PCB方波饋送到下游的下一個GEE箱，實現每個GEE箱之間信號的連續性。

2.3 振蕩解碼PCB

振蕩器編碼器PCB有兩個主要功能：

（1）生成高頻信號。

（2）傳輸下游GEE的“禁止”信號。

2.4 背板PCB

背板PCB為AVP系統最重要的電路板，線圈控制PCB、振蕩編碼PCB和主/從同步PCB都插入背板PCB，覆蓋整個機架背面，實現各個功能電路板之間的通信。

背板PCB分為兩種，一種安裝于直線段GEE箱，另一種安裝于并軌段GEE箱。其區別在于并軌段背板PCB為可配置電路板，實現一臺GEE箱和多臺GEE箱間的互聯。而直線段GEE箱配置的背板PCB為不可配置電路板，只能實現單臺GEE箱與單臺GEE箱的連接。

2.5 供電單元

GEE箱中供電單元為箱內設備提供24V直流電源及兩個12V電池。 如果系統中的電源出現故障，電池容量將為AVP系統持續供電確保在導軌上的車輛完成行程。

2.6 監控單元

GEE箱內各個模塊的運行狀態監測由PLC可編程邏輯控制器實現。該監控單元用于監控GEE箱內各個設備是否良好運行，顯示故障位置，同時實現AVP系統和控制系統的通信。

2.7 前置信號放大器

前置信號放大器密封于金屬盒類，安裝于Loop線圈塊內，由GEE箱中線圈控制PCB供電，用以提高Loop線圈接收/發射信號電平。每一個Loop線圈都應配置一臺前置信號放大器。

3 AVP系統運行原理

整個PRT線路（除車站和維保區域）被AVP系統Loop線圈劃分為若干小塊，塊長約為2.5-16m，塊寬約300-600mm，根據車輛運行速度、線路曲率決定線路Loop線圈布置的密度和尺寸。

每個Loop線圈通過前置信號放大器連接到GEE箱。GEE箱之間也由電纜實現互聯。為便于敷設Loop線圈，線路宜為具有U形截面的混凝土路面。線路AVP布置示意圖如圖4。

線路無車輛行駛時，GEE箱中電路板將會連續發射正弦波信號至Loop線圈，以表示該系統的 “允許行進”的狀態。PRT車輛在中央控制系統控制下在線路上行駛，如果其車載AVP探測的信號總是“允許行進”，則該車輛可實現前進運動，如圖5。

PRT直線段上有車輛運行時（PRT車輛總是沿固定方向單向運動）其車載AVP系統連續發送“占用”信號至線路AVP系統，線路AVP系統檢測到該信號后，將會向車輛上游線路發送“占用”信號，使上游一個或若干個Loop線圈切換到“禁止”狀態，上游車輛的車載AVP系統一旦探測該“禁止”信號，即將信號傳遞給車輛控制系統（VCU，Vehicle Control Unit），該系統停止車輛行駛。即使中央控制系統的行進信號再次出現，車輛也會停止不動。從而禁止上游車輛進入該區域，實現車輛碰撞防護。

線路AVP在直線段和并軌段的GEE箱配置有所不同，并軌段GEE箱通過可配置背板PCB之間的互聯允許一個以上的源命令禁止車輛運動。如圖7-1，運行到并軌段前的車輛發射的“占用”將被并軌段GEE箱同時傳輸至上游Loop線圈和并行其他線路的Loop線圈，以實現行進方向和并軌其他方向的車輛碰撞防護。如圖7-2，車輛剛剛運行進入干路，其并軌段GEE箱將同時向Y字線路上游兩個方向發射“占用”信號，以實現并軌所有方向的車輛碰撞防護。

4 AVP系統信號傳輸

如圖8所示，為了使車載AVP系統和線路AVP系統的通信覆蓋相鄰Loop線圈的對端間隙（約0.2m）， PRT車輛底盤安裝前后2組發射天線。車載AVP系統接收天線和車載VCU相連，實現信息傳輸。

線路AVP系統GEE箱2內的振蕩解碼PCB通過線圈控制器PCB向匹配的Loop線圈發射頻率為45kHz的信號，如圖9，此時線路AVP系統處于發射時段：t1～t2=1.5ms，隨后線路AVP系統切換到接收時段：t2～t3=3ms。為了實現AVP信號在線路系統和車載系統的傳輸，系統預先設定車載AVP系統的接收時段和發射時段相位與線路AVP相反。PRT車輛通過時，車載AVP接收天線將會接收來自GEE箱2的45kHz高頻信號，表明該Loop2為“前進”狀態，同時其發射天線將發送高頻信號至Loop2，Loop2在連續兩個接收時段接收到前后兩個發射天線的高頻信號后，系統將識別此線圈有車輛行駛，GEE箱2內振蕩解碼PCB將識別為禁止信號，并通過電纜，向上游GEE箱傳送“占用”信號，Loop1信號切換為連續的高頻信號，表示該區域“禁止”。

PRT行駛過程中，車載接收天線將持續接收來自Loop線圈的“行進/禁止”和“限速”信號，將兩種信息反饋車載VCU，由VCU進行邏輯判斷并對車輛做出“牽引/制動”的指令，從而實現車輛的智能加速或制動。