淺談軌道車輛的智能控制系統研究

宋會平 肖 淵 楊娜云 王璟軒 丁明輝 梁 雪

北京軌道交通技術裝備集團有限公司 北京 100071

1 概述

作為軌道車輛中樞神經的控制系統,結合軌道交通智慧升級的發展契機,實現列車子系統、智能系統和健康管理系統的信息交互和監控功能,形成車輛+信號+智能系統的整體解決方案,打造智慧軌道交通。

2 智能控制系統

2.1 系統組成 列車智能控制系統從以下方面出發：車輛信號一體化技術,環境主動感知技術、聯掛技術等。隨著這些技術的研究,使車輛具有事物識別功能、分析判斷功能、控制功能、發現異常情況的感覺功能、警戒功能等。使車輛可以正確地起動、停止,精確地控制速度,及時對緊急情況作出反應。隨著列車智能的進一步發展,將實現列車群控,最大限度地提高線路通過能力。

實現車輛系統與信號系統有機融合,有助于提高列車設備整體利用率,提升列車整體的自主運行和RAMS(可靠性、可用性、維修性和安全性)水平。采用視覺及雷達設備感知環境,基于軌道識別進行控制及報警,維持全運營周期的全自動運行。采用實時以太網、多網融合、快速交換技術構建列車控制總線和列車智能網絡,實現智能控制網絡架構搭建。對車輛進行系列化、模塊化、集成化設計,并根據線路情況對車輛進行整體設計。

2.2 功能實現

2.2.1 車輛信號一體化技術 車輛信號一體化控制平臺作為車輛的智能中樞系統,實現對車輛的監視和控制管理功能及信號系統的列車控制功能并使車輛和信號系統進行整體控制實現車輛的安全可靠運行。車輛信號一體化技術符合IEC 61375標準,網絡設備包括車輛智能中控主機(CCU)、RIOM模塊、交換機、事件記錄模塊和車輛信號一體化人機接口單元(HMI)。通過以太網接口連接所有的微機控制單元,負責通訊管理、車輛控制、狀態監視、故障診斷及記錄、遠程輸入輸出、列車數據存儲、信息顯示等功能；同時連接所有的維護端口,用以遠程訪問、調試、維護、健康管理等。

TCMS通過實時以太網與車門、牽引、制動等車輛子系統接口,實現車輛列車控制及監控系統(TCMS)基本功能,即對車輛運行過程進行實時監視和控制。車輛智能中控主機(CCU)主機同時處理信號系統和列車控制及監控系統(TCMS)相關業務,列車控制及監控系統(TCMS)與信號系統的通信由外部接口改為內部接口,減少數據傳輸時間和提升系統數據處理速度。在智能控制系統中,CCU控制牽引直接完成全自動功能下的跳躍,實現更精準的跳躍控制。列車網絡系統還可以實現整車車載設備當車載部分組件或單個設備異常,通過監控中心下發遠程復位命令重啟異常設備使之恢復正常的功能。CCU可根據根據運行環境感知系統實現精確定位,分場景實現智能化系統功能,服務乘客智慧出行。HMI通過以太網與CCU進行信息交互,在同一個界面同時顯示車輛運行時司乘人員關心的所有信息。

2.2.2 軌道運行環境主動感知系統 軌道運行環境主動感知系統采用的探測傳感器可根據車輛的運行環境自動適應,實現實時遠距離運行環境探測和告警能力。一旦探測到障礙物,車載監控觸摸屏自動切換到軌道運行環境主動感知系統界面,并發出報警提示,為列車運行提供安全保障。

圖1 運行環境探測示意圖

2.2.3 特定場景下的車輛連掛 全自動駕駛系統由于沒有乘務人員在車上進行針對車輛臨時發生故障的復位、隔離、旁路等處理操作,特別是在突發事件發生時,全自動駕駛系統由于沒有工作人員事發現場進行應急處理,極容易造成事件的擴大和升級,并形成整個線路的聯鎖反應,造成重大損失。攝像機拍攝的車鉤連接畫面一方面在司機室CCTV監控屏上實時顯示,讓司機了解車鉤的連接狀態。同時系統會把對車鉤的監控畫面記錄在硬盤錄像機內,用于后期的查看。條件允許的情況下,也可以將監控畫面通過車地無線網絡上傳到地面控制中心,方便地面人員的遠程監控。

圖2 攝像機安裝位置及視角

3 總結

通過對車輛信號一體化技術、環境主動感知技術和特定場景下的車輛連掛技術的研究,為軌道車輛的智能運行系統提供了新的思路和方法,結合5G技術、物聯網、大數據等新一代信息化技術整合軌道車輛控制及監控系統、信號系統部分功能和車載智能化系統,嘗試探索建立一個集信息集成、智能監控集中管控、統一傳輸和智能決策于一體的車輛智能化管理系統。