城市軌道交通全自動洗車方案研究

秦小虎，孫曉光

(1. 重慶市軌道交通（集團）有限公司，重慶 401120;2. 通號城市軌道交通技術有限公司，北京 100070）

1 概述

隨著城市快速發展，人們的出行需求急劇增加，為提高城市軌道交通系統的運行效率，全自動運行控制系統應運而生，且將被廣泛使用。全自動停車場作為全自動運行控制系統的重要組成部分之一，主要完成全自動洗車的功能。全自動洗車能夠大幅提高洗車效率，降低運營維護人員的工作強度，充分體現了全自動停車場的自動化程度。為實現全自動洗車的功能，信號系統需要增加與洗車機的接口功能和邏輯關系。本文主要對洗車過程中各個相關系統的信息交互、接口方式、通信流程及洗車機狀態等進行研究，給出城市軌道交通全自動洗車方案。

2 接口方案設計

全自動運行控制系統中，系統根據洗車作業計劃給出提示，在人工進行確認后自動觸發至洗車線的進路，列車在全自動駕駛模式（FAM）下，洗車作業由車載VOBC 控制完成，車載VOBC 通過聯鎖系統向洗車機發送洗車請求，收到洗車機的確認回復后，車載VOBC 向車輛發送洗車模式及牽引命令，待列車就位后開始洗車作業；在洗車作業的過程中，車載VOBC 控制列車定點停車及折返換端，完成列車的清洗；洗車完成后，車載VOBC 控制列車出清洗車庫停車點，列車停穩后退出洗車模式，系統再根據洗車作業計劃自動觸發回庫進路。

由此可見，全自動運行控制系統的全自動洗車功能，由信號系統與洗車機間的接口配合實現，因此，首先對信號系統與洗車機間的接口方案進行詳細分析與設計。

2.1 洗車機、聯鎖系統、車載VOBC間信息交互

全自動洗車過程由車載VOBC 控制。聯鎖系統負責傳送車載VOBC 與洗車機之間的交互信息，本身不直接參與洗車過程的相關邏輯。

聯鎖系統根據車載VOBC 發送的狀態及命令，向洗車機發送洗車請求、暫停、頭洗車停穩狀態、暫停、尾洗車停穩狀態、列車通過洗車區請求等信息；同時，采集來自洗車機的洗車機就緒、洗車請求確認、頭洗車允許移動命令、尾洗車允許移動命令、緊急停車命令、返回確認狀態信息以及洗車機故障信息等，轉發給車載VOBC。其具體交互過程如圖1 所示。

2.2 聯鎖系統與洗車機接口方式

圖1 洗車機、聯鎖系統、車載VOBC間信息交互Fig.1 Information interaction among car washer, interlocking system and onboard VOBC

全自動洗車機位于洗車庫內，通過繼電接口與聯鎖系統連接，進行控制信息和狀態信息的交互。繼電電路為雙斷電路，通過安全型輸入/輸出板對安全繼電器進行狀態采集和命令驅動。聯鎖系統將洗車請求、暫停洗車、停穩、通過洗車機請求等信息發送給洗車機；洗車機將洗車機就緒、洗車請求確認、允許移動、洗車機故障、返回確認狀態信息發送給聯鎖系統。具體交互信息如表1 所示。

表1 聯鎖系統與洗車機接口Tab.1 Interface between interlocking system and car washer

3 洗車過程中VOBC-CI通信流程

在確定信號系統與洗車機的接口方案后，為實現全自動洗車功能，需根據正常洗車流程，設計在洗車過程中，VOBC 與CI 需遵循的相應通信流程，以此來控制列車狀態和洗車機以實現自動洗車功能。

洗車機處于自動模式是全自動洗車的前提，正常的洗車流程為：VOBC 發送“洗車請求”，洗車機收到后回復“請求確認”，之后啟動自動洗車功能。根據此流程，VOBC 與CI 的具體通信流程如下。

VOBC 按照CBTC 互聯互通原則，在具備“CI通信軌道區段”屬性的軌道區段前配置距離內，開始 與CI 建 立 通 信。VOBC 發 送VOBC-CI 心 跳幀、VOBC-CI 控制信息幀的條件均與CBTC 互聯互通系統相同。VOBC 發送VOBC-CI 控制信息幀時，應同時發送VOBC-CI 全自動運行交互信息幀。在列車停穩前，VOBC-CI 全自動運行交互信息幀中“自動洗車”部分的全部信息均為默認值（下稱“VOBC 全自動洗車默認幀”）。

CI 與VOBC 建立通信后，發送CI-VOBC 心跳幀、CI-VOBC 狀態信息幀的條件均與CBTC 互聯互通系統相同。CI 發送CI-VOBC 狀態信息幀時，應同時發送CI-VOBC 全自動運行交互信息幀。CI 收到VOBC 發送的VOBC 全自動洗車默認幀后，發送的CI-VOBC 全自動運行交互信息幀中的“自動洗車”部分的全部信息均為默認值（下稱“CI 全自動洗車默認幀”）。

VOBC 控車在“洗車請求停車點”停車，停穩后，VOBC 向CI 發送的VOBC-CI 全自動運行交互信息幀中的“洗車請求”字段取值應變為“請求有效”（下稱“洗車請求有效”），其他字段應均為默認值。

CI 收到VOBC 發送的“洗車請求”信息后，向洗車機轉發洗車請求。

CI 收到VOBC 發送的“洗車請求有效”信息時，應根據收到洗車機的“洗車請求確認”信息判斷向VOBC 發送的CI-VOBC 全自動運行交互信息幀中的“洗車請求確認”字段：若洗車機允許洗車，則該字段取值應為“允許洗車”（下稱“允許洗車”）；若洗車機不允許洗車，則該字段取值應為“不允許洗車”（下稱“不允許洗車”）。

VOBC 發送“洗車請求有效”信息，且未處于洗車工況時，若收到CI 發送的“允許洗車”信息，應進入洗車工況并通知車輛TCMS，允許列車前行（洗車過程中由車輛控制列車前行，VOBC 控制列車停車）。

VOBC 處于洗車工況時，若收到CI 發送的“不允許洗車”信息，應實施緊急制動，退出洗車工況，并停止發送洗車請求。

VOBC 應控制列車在“升后弓降前弓停車點”/“升前弓降后弓停車點”停準，并禁止列車繼續前行。列車在“升后弓降前弓停車點”/“升前弓降后弓停車點”停穩時，VOBC 應通知TCMS 進行該停車點規定的換弓動作，換弓結束后，VOBC 應允許列車繼續前行。若該停車點同時具備“洗車暫停停車點”屬性，則列車停穩時，VOBC 向CI 發送的VOBC-CI 全自動運行交互信息幀中的“暫停洗車”字段取值應變為“請求有效”，換弓結束后，“暫停洗車”字段取值應變為“請求無效”。

CI 應將收到的VOBC-CI 全自動運行交互信息幀中的“暫停洗車”信息轉發給洗車機。

VOBC 應控制列車在“前端洗位停車點”/“后端洗位停車點”停準，并禁止列車繼續前行。列車在“前端洗位停車點”/“后端洗位停車點”停穩時，VOBC 向CI 發送的VOBC-CI 全自動運行交互信息幀中的“洗車停穩1”/“洗車停穩2”字段取值應變為“請求有效”。

CI 應將收到的VOBC-CI 全自動運行交互信息幀中的“洗車停穩1”/“洗車停穩2”信息轉發給洗車機。

CI 收到VOBC 發送的“洗車請求有效”信息時，應根據洗車機發送的前端洗車結束/后端洗車結束信息判斷向VOBC 發送的CI-VOBC 全自動運行交互幀中的“允許通過1”/“允許通過2”字段取值：若前端洗車/后端洗車結束，則“允許通過1”/“允許通過2”字段取值應為“允許通過”，若前端洗車/后端洗車未結束，則“允許通過1”/“允許通過2”字段取值應為“禁止通過”。

VOBC 判斷列車在“前端洗位停車點”/“后端洗位停車點”停準，且向CI 發送“洗車停穩1”/“洗車停穩2”字段取值為“請求有效”時，若收到CI 發送的“允許通過1”/“允許通過2” 字段取值為“允許通過”，則向CI 發送的 “洗車停穩1”/“洗車停穩2”字段取值應變為“請求無效”，并允許列車繼續前行。

VOBC 應根據ATS 發送的折返命令，控制列車在“折返停車點”停車，列車停穩后，退出洗車工況并通知TCMS，之后進行折返換端。換端后，新首端VOBC 應繼續向 CI 發送洗車請求有效信息。換端完成后，VOBC 控制列車前行。

VOBC 應控制列車在“洗車請求通過停車點”停準，并禁止列車繼續前行。列車在“洗車請求通過停車點”停穩后，VOBC 向CI 發送的VOBC-CI全自動運行交互信息幀中的“洗車區通過請求”字段取值應變為“請求有效”。CI 應將收到的VOBCCI 全自動運行交互信息幀中的“洗車區通過請求”信息轉發給洗車機。

CI 收到VOBC 發送的“洗車請求有效”信息時，應根據洗車機發送的允許通過信息判斷向VOBC 發送的CI-VOBC 全自動運行交互幀中的“允許通過洗車機”字段取值：若洗車機允許通過，則“允許通過洗車機”字段取值應為“洗車臂已收回”，若洗車機不允許通過，則“允許通過洗車機”字段取值應為“洗車臂未收回”。

VOBC 判斷列車在“洗車請求通過停車點”停準，且向CI 發送“洗車區通過請求”字段取值為“請求有效”時，若收到CI 發送的“允許通過洗車機” 字段取值為“洗車臂已收回”，則向CI 發送的“洗車區通過請求”字段取值應變為“請求無效”，“洗車請求”字段取值變為“請求無效”，并控制列車繼續前行。

VOBC 發送“洗車請求有效”信息時，若判斷列車安全包絡有重疊的軌道區段均無“洗車停車區域”屬性，則應退出洗車工況，向CI 發送的“洗車請求”字段取值變為“請求無效”。

CI 收到VOBC 發送的“洗車請求有效”信息時，應根據洗車機發送的故障狀態信息及急停按鈕狀態判斷向VOBC 發送的CI-VOBC 全自動運行交互幀中的“洗車機故障”字段取值：若洗車機無故障且急停按鈕未按下，則“洗車機故障”字段取值應為“洗車機無故障”，若洗車機故障或急停按鈕按下，則“洗車機故障”字段取值應為“洗車機故障”。

VOBC 收到CI 發送的“洗車機故障”字段取值為“洗車機故障”時，若處于洗車工況，則應退出洗車工況，輸出緊急制動停車，并通知ATS 報警。洗車工況下，若VOBC 判斷與CI 通信斷開，則應退出洗車工況，輸出緊急制動停車，并通知ATS 報警。

洗車工況下，若VOBC 輸出緊急制動，則應退出洗車工況，輸出緊急制動停車，并通知ATS 報警。

4 洗車機狀態跳轉

在洗車過程中，聯鎖系統對車載VOBC 與洗車機之間的交互信息進行傳送，控制洗車機動作完成自動洗車功能。根據通信流程中CI 傳送過來的通信指令，結合洗車機當前狀態，洗車機進行狀態跳轉。具體狀態跳轉如圖2 所示。

圖2 洗車機狀態跳轉圖Fig.2 Car washer state-jump diagram

洗車機處于圖中狀態情況時，執行的功能如下。

洗車機處于初始態，當洗車機就緒繼電器吸起時，轉為洗車機就緒狀態。

洗車機就緒狀態：向ATS 發送洗車機狀態；判斷是否滿足跳轉條件，若洗車進路辦理成功，則轉為洗車就緒狀態。

洗車就緒狀態：判斷是否滿足跳轉條件，若收到車載VOBC 的洗車請求，則轉為請求洗車狀態。

請求洗車狀態：向洗車機發送洗車請求（驅動對應繼電器吸起）；判斷是否滿足跳轉條件，若收到洗車機的洗車回復，則轉為回復洗車狀態。

回復洗車狀態：向車載VOBC 發送洗車的請求回復信息；判斷是否滿足跳轉條件，若收到車載VOBC 的暫停信息，則轉為暫停狀態。

暫停狀態：向洗車機發送暫停命令信息；判斷是否滿足跳轉條件，若收到車載VOBC 的停穩1 信息，則轉為停穩1 狀態。

停穩1 狀態：向洗車機發送停穩1 列車狀態信息（驅動對應繼電器吸起）；判斷是否滿足跳轉條件，若收到洗車機的移動1 命令，則轉為移動1 狀態。

移動1 狀態：向車載VOBC 發送移動1 的命令信息；判斷是否滿足跳轉條件，若收到車載VOBC 的暫停信息，則轉為暫停狀態。

暫停狀態：向洗車機發送暫停命令信息；判斷是否滿足跳轉條件，若收到車載VOBC 的停穩2 信息，則轉為停穩2 狀態。

停穩2 狀態：向洗車機發送停穩2 列車狀態信息（驅動對應繼電器吸起）；判斷是否滿足跳轉條件，若收到洗車機的移動2 命令，則轉為移動2 狀態。

移動2 狀態：向車載VOBC發送移動2 的命令信息；判斷是否滿足跳轉條件，若收到洗車機恢復繼電器吸起信息，則轉為洗車恢復狀態。

洗車恢復狀態：判斷是否滿足跳轉條件，若洗車機就緒繼電器吸起、洗車進路解鎖，則轉入洗車機就緒狀態。

5 結束語

全自動洗車相比傳統洗車，具有高可靠性、高安全性、高自動化程度的特點，聯鎖系統與洗車機接口的交互信息也更加豐富。本文主要對洗車信息交互、接口方式、通信流程及洗車機狀態轉換等方面進行研究。在設計方案的過程中，需要綜合考慮各方面因素，以更好的實現全自動洗車功能。