城市軌道交通全自動運行系統中的列車車門控制技術

陳 寧

(上海富欣智能交通控制有限公司，201203，上海∥工程師)

太原軌道交通2號線信號項目采用上海富欣智能交通控制有限公司自主研發的JeRail CBTC(基于通信的列車控制)全自動運行(FAO)信號系統，于2020年12月正式開通運行，實現了GoA4(自動控制等級4)的列車控制。與以往GoA2、GoA3的列車控制相比，JeRail CBTC FAO系統具備了列車自動喚醒檢測、自動出庫、FAM(全自動運行模式)自動運行、全自動折返、自動化洗車、車輛自動回庫休眠等一系列全自動運行功能。系統還提供了一整套遠程控制命令，實現故障設備的遠程重啟，車輛關鍵故障的報警、復位及旁路設置，全面提高了系統的故障處理和應急響應能力。太原軌道交通2號線信號項目首次應用了基于云平臺的ATS(列車自動監控)與綜合監控深度集成方案，實現了分散系統資源的集中控制，運營人員可在統一界面獲取所有專業信息，以滿足全方位的自動化運營管理及維護需求。

FAO模式的高度自動化和運營場景的復雜化，給ATP(列車自動防護)系統、ATO(列車自動運行)系統、車載設備與中央控制系統的聯動配合，以及車載與車輛的集成控制提出了更多挑戰。本文基于太原軌道交通2號線信號系統的實現，著重對列車在FAO模式下和車載控制器(OBCU)在正常情況下，以及車門、站臺門故障失效情況下的門控技術做完整介紹。

1 常用的列車車門控制策略

太原軌道交通2號線項目支持從受限制的人工駕駛模式(RM)到點式列車控制(ITC)、FAO的全等級列車運行模式。其主要分為4類(見表1)，根據不同的列車駕駛模式，開、關門控制方式有不同的設置。

表1 不同駕駛模式下的開、關門控制方式Tab.1 Door opening/closing control under different driving modes

在人工開、關門控制方式下，司機通過有效按壓激活側駕駛室的開、關門按鈕來控制車門。而在自動開、關門控制方式下，OBCU通過車門控制相關的列車線向車輛發送門控命令，同時車輛通過車門狀態列車線向OBCU實時上報車門關閉鎖閉狀態。由于OBCU采用2乘2取2的雙端冗余配置，A端車載設備作為主用時發出的左、右側門控制命令與B端車載設備的左、右側控制命令相反;車輛向OBCU傳輸的車門狀態對于A、B端車載設備的左、右側也是相反的。如圖1所示，MC1(A端)輸出的左門控制命令(DOLC(打開左側車門命令)、DCLC(關閉左側車門命令))與MC2(B端)輸出的右門控制命令(DORC(打開右側車門命令)、DCRC(關閉右側車門命令))的列車線交叉連接，MC1(A端)輸出的右門控制命令(DORC、DCRC)與MC2(B端)輸出的左門控制命令(DOLC、DCLC)的列車線交叉連接，實現了雙端車載設備的冗余控制。

圖1 車門控制電路原理圖Fig.1 Train door control circuit schematic diagram

2 FAO場景中的車門控制流程

2.1 上電時的門控電路檢查

在FAO模式下，無論車門模式選擇開關處于什么位置，系統默認列車車門始終為“全自動開、關門”控制模式，車門的開、關完全由OBCU觸發。因此，在列車收到喚醒命令后，OBCU與車輛執行聯合自檢的過程中，需要進行列車關鍵功能的測試，通常包括:激活駕駛室測試，緊急制動測試，車門控制測試，機械自檢，牽引制動動態測試等。在車門控制測試中，OBCU依次發出左門使能、開和關左側車門和右門使能、開和關右側車門的命令，并校驗車門狀態是否依據發出的車門控制命令正確變化，以確保車輛投入運營前的良好狀態。

2.2 停站期間的開、關門控制

如圖2所示，在FAO系統中，OBCU除了具備通用的門使能及開、關門命令，還增加了門抑制安全列車線(LDHC(左側車門抑制命令)、RDHC(右側車門抑制命令))，對車門抑制狀態進行控制。當列車處于非FAO模式時，OBCU始終輸出門抑制釋放;當列車處于FAO模式時，門抑制默認施加。FAO模式下列車在站臺對準且滿足停站開門條件時，OBCU將需要開門側的“門使能”信號與“門抑制釋放”信號同時給出并發送開門命令(開門命令通常持續輸出1 s)，車輛門控器響應開門命令打開車門并聯動站臺門打開。停站倒計時結束后，OBCU自動發出關門命令(關門命令通常持續輸出1 s)，車輛門控器響應關門命令關閉車門并聯動站臺門關閉。OBCU在獲得所有車門關閉并處于鎖閉狀態的信息后，檢查其他發車條件均滿足時，撤銷“門使能”的同時輸出“門抑制施加”信號。車輛具備發車條件后車門抑制始終處于施加狀態。

圖2 車門抑制狀態控制電路原理圖Fig.2 Train door inhibit status control circuit schematic diagram

3 故障場景下的門控操作

3.1 車門緊急解鎖邏輯

列車每扇車門上方設有1個緊急手柄，在系統故障、車輛火災等緊急情況下，乘客能夠通過旋轉緊急手柄將車門打開，進行疏散逃生。

1)區間非零速解鎖。當列車處于FAO、AM、CM狀態時，在區間運行且處于非零速時，若車門緊急手柄被旋轉至“解鎖位”，車輛斷開車門鎖閉回路，但車門關閉回路仍然保持;車輛門控器發送“緊急解鎖請求信號”給TCMS(列車監控管理系統)，TCMS轉發給OBCU(同時TCMS觸發附近的車載CCTV(閉路電視)，激活車門附近的乘客緊急對講，方便OCC(運營控制中心)了解列車上的情況)，OBCU檢測到車門鎖閉狀態丟失的情況下，列車將繼續運行至下一站，打開車門不關閉，等待人員上車處理。

2)站臺區域非零速解鎖。當列車處于FAO、AM、CM狀態時，在站臺區低速運行時，當車門緊急手柄被旋轉至“解鎖位”，車輛斷開車門鎖閉回路，但車門關閉回路仍然保持;車輛門控器發送“緊急解鎖請求信號”給TCMS，TCMS轉發給OBCU，OBCU檢測到車門鎖閉狀態丟失的情況下，通過計算施加緊急制動后確保1個車門仍處在站臺區域，則進行緊急制動，等待人員上車處理，否則將繼續運行至下一站，打開車門不關閉，等待人員上車處理。

3)區間零速解鎖。區間零速解鎖時的車門緊急解鎖流程見圖3。當列車處于FAO模式，并在區間停車處于零速時，車門緊急手柄旋轉至“解鎖位”，車輛斷開車門鎖閉回路，但車門關閉回路仍然保持;車輛門控器發送“緊急解鎖請求信號”給TCMS，TCMS轉發給OBCU(同時TCMS觸發附近的車載CCTV，激活車門附近的乘客緊急對講，方便OCC了解列車上的情況)，OBCU將“緊急解鎖請求信號”發送給中央ATS，OCC調度員判斷是否可以取消門抑制信號，并在規定時間內(目前設置為30 s)發送允許取消門抑制信號命令，緊急解鎖允許指示燈點亮，乘客再次將車門緊急手柄旋轉至“解鎖位”，此時車輛將同時斷開車門鎖閉回路和車門關閉回路，乘客可以從車廂內扒開車門，進行疏散;若OCC調度員沒有在規定的時間內給出取消門抑制信號，OBCU默認給出門抑制釋放信號，乘客可以采用上述操作流程從車廂內扒開車門，進行疏散。

圖3 區間零速解鎖時車門緊急解鎖流程Fig.3 Train door emergency release process in zero speed unlocking section

4)特定站臺自動解鎖。根據運營上的特殊需求，在太原軌道交通2號線信號系統中，還對于停車列檢庫、牽出線及正線存車線的虛擬站臺做了特殊處理。FAO模式列車在此類站臺停車對準的情況下，OBCU將自動釋放雙側車門的門抑制信號，以方便司機登乘。

3.2 車門與站臺門故障對位隔離

1)車門故障隔離。當列車上的1扇或多扇車門出現故障告警時，行車調度人員將派遣多職能隊員登車進行車門故障隔離操作。車門的故障隔離狀態將從車輛依次傳輸到OBCU、綜合監控系統及即將停站站臺的站臺門控制系統;列車到站停準后，故障車門及對應位置的站臺門不進行開啟。設置了故障隔離車門上的隔離指示燈會自動亮起，以提醒乘客車門處于故障狀態。

2)站臺門故障隔離。當某個車站的站臺門出現故障無法正常關閉或開啟時，站務人員將故障站臺門設置為隔離狀態，站臺門故障信息(站臺編號及故障站臺門編號)通過綜合監控系統發送到車載設備及車輛，在列車停站后，故障站臺門及對應的車門不進行開啟;如果故障站臺門的隔離狀態一直保持，后續停站列車對應位置的車門都不會進行自動開啟。設置了車門或站臺門故障對位隔離后，行調界面上將出現報警并顯示車門、站臺門故障隔離狀態。

3.3 控制中心遠程開、關門命令及站臺開、關門按鈕

1)新增的開、關門控制方式。在FAO系統中，除了設置于司機室的人工開、關門控制按鈕及OBCU自動發出的開、關門控制命令，系統還增加了兩種開、關門控制方式:①ATS遠程開、關門命令;②站臺開、關門按鈕。這兩種開、關門控制方式僅在列車處于FAO級別下有效，通常應用于正常開、關門控制失效的情況。當列車停站期間車門關閉后遇到緊急情況需要再次打開，或車門、站臺門遇到障礙物無法正常關閉時，系統支持調度員通過ATS界面發送遠程開關門命令，或通知站務人員通過按壓站臺開、關門按鈕實現再次開、關門的操作。

2)應用場景。列車停站后當車門或站臺門未正常打開，列車發送報警信息到控制中心，由調度員確認車門狀態;若車門處于“使能”狀態時，調度員向該列車發送遠程開門命令，或安排車站人員按壓站臺開門按鈕，使車門、站臺門同步打開。當車門或站臺門未正常關閉，列車發送報警信息到控制中心，調度員確認車門狀態;若車門處于“使能”狀態時，調度員向該列車發送遠程關門命令，或安排車站人員按壓站臺關門按鈕，使車門、站臺門同步關閉;如果開、關車門失效時車門處于“未使能”狀態，則需派遣司機登乘列車后，切除ATC控制并激活“門使能旁路”開關，人工恢復車門故障。另外，在門控方式中，手動打開的車門，系統不支持自動關門控制。因此，當門模式開關設置為手動開、關門的AM列車停站后升級為FAM時，車門也不會自動關閉，需要通過遠程關門命令或站臺關門按鈕控制關門。

3.4 特殊情況下的打開車門不關閉故障

故障情況下，當需要人工干預時，系統能夠依據特殊場景條件，控制列車進站停準后打開車門不關閉，以方便站務人員上車處理故障或切換到降級模式運行。此種情況通常包括以下場景:

1)FAM模式下，發生以下情況，停站后打開車門不關閉:①站間運行過程中門鎖閉丟失;②FAM授權丟失;③收到車輛發來保持車門打開的命令;④制動重故障激活。

2)CAM模式下，列車到達實體站臺后，打開車門不關閉，等待站務人員上車處理故障。

3)其他模式下，當收到ATS的清客指令和扣車指令時，列車到站后均打開車門不關閉。

4)當列車發生某些需要人工干預的故障時，列車到站停準后打開車門不關閉。例如:①車輛輔助逆變器故障;②車輛蓄電池充電機故障;③車輛TCMS完全故障;④車輛空壓機故障;⑤車輛空氣制動無法緩解;⑥車輛停放制動無法緩解;⑦1扇或多扇門故障;⑧列車運行過程中車門鎖閉狀態丟失;⑨軸箱軸承故障;⑩車輛發生火災報警。

對于打開車門不關閉的故障情況，必須在相關故障恢復后，系統才能恢復響應關門命令。

4 結語

列車車門控制是信號車載系統安全防護和自動控制中的重要功能。太原軌道交通2號線FAO系統中門控功能的實現，是基于對運營場景需求的充分分析和討論。本文全面總結了常規運營和故障情況下的各種車門控制流程，需注意，在FAO系統中，由于運行控制場景的復雜化，除了從系統層面對運營需求、行車效率和安全性的充分保障，對參與運營人員的培訓必須全面，調度、維保人員需明確各種場景下的運營操作限制，嚴格遵守系統操作規范來執行操作控制。