地鐵車輛牽引制動指令同時激活故障研究

曹 斌

(上海阿爾斯通交通電氣有限公司 陜西 西安 710000)

0 引言

牽引系統對于地鐵車輛的作用十分重要，不僅可以給地鐵車輛提供所需要的動力來源，而且可以給車輛提供電制動力，但當車輛牽引系統出現異常，則會影響到很多方面，尤其與行車安全[1]、準時到達等方面密切相關。

2016年10月西安地鐵3號線車輛投入運營，從2018年開始出現了第一起列車牽引和制動指令信號均激活故障以來，到2020年1月20日，已經累計出現了19次故障，此問題已經嚴重影響到車輛的日常運營，這些故障大致在兩種不同的狀況下出現，其中一種狀況下無法抓住問題原因點，因此，下文針對兩種問題發生的時間點進行系統分析，結合整車設計及相關文獻提出改善措施。

1 問題現狀

針對車輛故障出現的實際狀況，下載BBO(黑匣子)數據進行狀態查看分析，其中查看數據后將故障歸納為兩種狀況(見圖1)。

圖1 故障記錄統計表

狀況1的數據查看如圖2所示。

圖2 狀態數據1

通過數據可以看出，車輛的速度為0(靜止狀態)，司控器模式開關處于人工駕駛模式，車輛手柄處于制動位(制動命令一直存在)，經過1 s后模式開關由人工轉至ATO駕駛模式，且通過200 ms,牽引指令輸出信號激活，此時制動信號一直處于激活狀態。

狀況2的數據查看如圖3所示。

圖3 狀態數據2

從數據中可以看出，車輛正在運行中，其速度為72 km/h，且一直處于ATO模式，牽引狀態200 ms后再次給出，此時牽引指令和制動指令信號均處于激活狀態。

2 問題分析

2.1 牽引與制動指令同時激活條件邏輯

TCMS(列車控制系統)、牽引系統(TCU)、制動系統(BCU)若同時檢查到兩個信號同時存在時，都會將故障信息反饋給TCMS ,與此同時TCMS會將信息發送給DDU(司機顯示單元)，當司機看到故障信息后，會通過司機室話筒將信息反饋給行車調度，以便確認下一步行為。

根據牽引系統邏輯(見圖4)，牽引和制動指令同時激活后，指令輸出無效(F52_mbc_non_valid)，無論是在備用模式或網絡模式下，當出現此種情況后，牽引系統不會輸出任何牽引力。

圖4 牽引極位邏輯條件

DDU顯示出的信息都是通過各個子系統反饋發送給TCMS由其轉至屏幕顯示。

2.2 設計理論分析

根據設計理論，若牽引制動同時激活，僅和司控器及信號ATO指令輸出有關系,且僅存在兩種情況：第一，首先司控器手柄必須置于制動位置，且此時有ATO牽引指令發出；第二，司控器手柄至牽引位置，ATO制動指令發出。因此，需結合實際狀況進行分析。

3 問題調查

3.1 狀況1的調查

結合第一種狀況，調查發現西安地鐵3號線車輛司機在行車至每個站臺時都必須將模式開關從ATO位置轉至手動位置，然后將手柄極位從惰行位置移動至快速制動位置，當車輛離開站臺前，再次將手柄恢復至惰行位置，制動模式開關至ATO,按ATO啟動，車輛發車。

針對此種狀況結合整車原理圖發現，可能存在司控器制動行程開關一直處于閉合狀態的情況，因此將司控器進行返廠測試，司控器設計有以下兩種功能：(1)第一種是用于行駛模式，目的在于傳達列車指令；(2)第二種是駕駛員安全裝置或事故制動的安全功能，其目的在于確保駕駛室人員的安全，并在出現危險時緊急制動。以上功能可以看出，地鐵車輛司控器是司機用來操縱列車運行的主令電器,司控器的可靠性直接影響列車控制的穩定性和行車安全[2]。

運用時司控器的部分功能如下：(1)若要手柄離開惰行位置，模式開關必須離開ATO位置(機械結構設計鎖定)，其他位置均可移動[3]；(2)司控器若要牽引制動信號分別激活，則手柄要么在B1或P1位置，其安全角度分別為8°，若小于8°則牽引和制動形成開關S21和S24無法閉合動作。

司控器測試結論：經廠家系統測試分析發現當手柄從B1位至惰行位置時，大約在6°位置，此時模式開關可以進行轉動且制動S24行程開關處于閉合狀態(見圖5)，單獨針對S24行程開關進行測試，功能結構均正常。

圖5 制動位置時模式開關可以進行切換

3.2 狀況2的調查

狀況2可以發現其模式開關一直處于ATO位，且正在行駛狀態，因此懷疑可能存在司機使其手柄極位改變至制動的動作，另外一種狀況可能為OBCU設備輸出信號有問題，也可能信號系統軟件存在BUG。通過查看司機駕駛視頻，并未發現司機對其進行動作，另外，將司控器返廠測試，一切正常。

4 調查結論

狀況1：通過現場狀況及返廠測試司控器發現，當司機準備開車離開站臺前，將司機控制手柄從快速制動位置推動至惰性位置時(見圖6)，手柄并未真正處于惰行位置(實際仍然處于制動位置，制動指令一直存在)，但此時的方向選擇器可以正常旋轉至ATO模式位置，然后司機按下ATO啟動按鈕(ATO牽引指令發出)，牽引制動同時激活，故障出現，車輛無法動車。

圖6 整車設計原理圖

狀況2：通過查看視頻及返廠檢測司控器，可排除人為因素和司控器本身問題，另外，信號檢查測試其軟件輸出也未發現任何異常。

5 問題優化解決

通過上面的分析及實際調查可以看出，狀況1和狀況2存在很大不同，因此，需要針對不同狀況的分析結果，進行相對應的解決優化。

5.1 狀況1的解決措施

通過分析調查可知司控器本身存在問題，經廠家調查多個司控器均存在此類問題，原因為在裝配時，對于S24行程開關與凸輪的相對位置有較大偏差，因此造成此次問題的發生，通過調整S24行程開關與凸輪相對位置5 mm，并且確保從B1位置至惰行位置間，模式開關無法進行轉動，從而徹底杜絕問題再次發生。

5.2 狀況2的解決措施

通過調查可知并未能準確定位是司控器或信號方問題，通過設計原理圖發現其設計存在缺陷，因為司控器牽引指令信號輸出和ATO牽引指令信號輸出并于一條線路，因此當問題出現后很難準確判斷問題點。

5.2.1設計原理圖優化方案

通過分析設計原理圖，可針對ATO牽引指令信號輸出，即二極管前端增加一條線路信號反饋線路去BBO，通過增加的反饋線路，可以使故障出現后精準定位問題點源頭。

5.2.2設計方案驗證結果

設計方案實施后對其進行了跟蹤調查，故障再次重現，發現故障出現時，模式為ATO，速度為70 km/h，從ATO牽引指令信號轉換至制動指令信號時，牽引指令信號仍然存在，且制動指令信號也存在，此時BBO采集到了反饋信號，發現ATO牽引指令信號一直處于激活狀態，經信號方診斷確認，最后發現是OBCU內部控制牽引指令信號的WAGA繼電器問題。

6 結束語

牽引系統為車輛的重要運行部件，在正常運營中，會碰見許多典型問題，上文通過對于該類問題的原因進行分析調查，最終找出根本原因，并給出了解決方案。 另外，文中增加的信號反饋線路調查方法，也為后續新項目提供了新的思路，在車輛設計前或調試階段應加以防范，使設計思路更加合理化，以此杜絕很多問題查找不便的現象，為車輛的正常維修節省時間，從而提高車輛的使用及運營效率。