基于TCMS 數據的地鐵電客車制動故障分析與根除

盧亞芳，張 玉

（1.南京地鐵運營有限責任公司，江蘇南京 210046；2.安徽工業大學管理科學與工程學院，安徽馬鞍山 243032）

0 引言

南京地鐵軌道交通2 號線于2010 年的5 月開通，該線路地鐵電客車是由中車南京鋪鎮車輛有限公司生產制造，其地鐵電客車的列車網絡控制系統（Train Control and Management System，TCMS）和制動系統使用了法國阿爾斯通（ALSTOM）公司的產品設計方案、牽引系統則使用了德國克諾爾公司的設計方案。該線路地鐵電客車使用的TCMS 系統、牽引系統、制動系統在保證地鐵車輛安全正點運行中起著關鍵作用。該線路地鐵電客車自投入使用，運營期間內在手動模式下曾多次出現無法牽引、制動不緩解的問題，導致該線路正線救援事件頻次的增加。在手動模式下地鐵電客車無法牽引制動問題的發生，對電客車的日常安全運行存在較大安全隱患。

1 原因分析

1.1 牽引制動故障

在2020 年3 月19 日10:35 信號樓報061062 次地鐵電客車在洗車回庫的途中，061A 端手動模式下，該電客車司機對電客車實施制動后電客車不減速，對此司機通過拍蘑菇（一種緊急停車的裝置）進行緊急制動，緊急制動后推動電客車的牽引，卻發現制動不緩解無法動車，隨后電客車司機經多次牽引、制動操作后電客車的牽引、制動才恢復正常。2020 年4 月17 日09:13信號樓報回庫的061062 次電客車再次出現牽引制動故障，電客車司機在061A 端手動模式下時無法正常駕駛，司機只好改為緊急牽引模式動車回庫。2020 年5 月4 日12:06 行車調度中心來電，1508 次電客車在云錦路段報061A 端手動模式下發生牽引制動故障。2020 年6 月17 日18:38 在馬群轉軌時，電客車司機報手動駕駛模式發生故障，司機經過轉換模式開關、斷合KS 后均無故障改善效果，最后改為緊急牽引模式動車回庫。2020 年8 月6 日4:31 行車調度中心報061A端手動駕駛模式發生故障，此故障原因是因電客車無牽引制動力。

1.2 電客車的車輛數據分析

如圖1 所示，電客車司機制動信號已經發出，此時制動需求為2.488 V，但是圖中可以看出沒有電制動與氣制動完成量，氣制動沒有施加，隨后電客車司機拍蘑菇進行緊急制動。如圖2 顯示緊急制動后，電客車司機多次對列車進行牽引操作，且牽引信號均已發出，牽引需求為3.775 V，但圖中并未看到牽引力完成量，且氣制動沒有緩解，經多次牽引制動后故障消失，地鐵車輛恢復正常運行。

圖1 列車事件記錄儀（EVR）數據1

圖2 列車事件記錄儀（EVR）數據2

通過上述2 組數據比對發現，電客車不論是在牽引還是制動工況下，從列車事件記錄儀（EVR）數據中可看出，各項必要條件均已發出，但牽引和制動系統均沒有執行發出的牽引、制動指令。對此情況進行分析，如果只是牽引系統沒有收到網絡指令的情況，在制動工況下牽引系統也許不會施加電制動，但不應該影響氣制動進行補償；或在牽引工況下也許會沒有牽引力，但不應該影響氣制動緩解。因此考慮TCMS 或許并沒有發出牽引或制動指令，或TCMS 的判斷并不符合牽引或制動指令發出的條件。2020年5 月4 日和2020 年6 月12 日地鐵列車司機顯示單元（Driver Display Unit，DDU）都報了手動駕駛模式故障，但在MPU（微處理器）中沒有相關事件記錄，考慮TCMS 判斷牽引或制動指令的條件與該故障會有一定聯系。

1.3 手動模式故障的原因及影響

如圖3 所示，關于手動駕駛模式故障判定邏輯中可以發現：當在人工模式下TCMS 對故障的判斷邏輯是，如果收到LI_ATOEffDmd1_＜cab＞或LI_ATOEffDmd2_＜cab＞信號就判定VB_TBS_EffDmdValid 為0，當該變量為0 且該司機室的司機控制器激活情況下，TCMS 就會報手動駕駛模式故障。

圖3 手動駕駛模式故障判定邏輯

如圖4 所示，手動駕駛模式故障對牽引與制動指令的影響：當TCMS 判定到VB_TBS_EffDmdValid 值為0 時，向網絡發送惰行指令（MPU_CEffDmd=0、MPU_CDemCoast=1、MPU_CDemTract=0、MPU_CDemBrak=0、MPU_CDemFastBrk=0）。

圖4 手動駕駛故障下牽引與制動的關系

因為RIOM2A 和RIOM3A 采集AMR2 的信號LI_ATOEffDmd1、LI_ATOEffDmd2 對VB_TBS_EffDmdValid 值的判定有直接影響，而VB_TBS_EffDmdValid 的值又間接影響了牽引與制動指令的判定，因此判斷此故障為AMR2 繼電器故障或串電導致LI_ATOEffDmd1 或LI_ATOEffDmd2 信號異常。

2 故障驗證與處理

2.1 故障驗證

因手動駕駛模式故障問題并不是持續存在，故無法捕捉到其故障下電客車的車輛數據，因此通過故障模擬的形式進行故障還原，并對電客車故障時的車輛數據進行實時監控。如圖5 所示，以飛線的方式模擬手動駕駛模式下的故障邏輯，使輸入信號LI_ATOEffDmd1=1，此時手動模式推動牽引VB_TBS_EffDmdValid_1=0，DDU 將會顯示手動駕駛模式故障，TCMS 則只發出惰行指令。

圖5 手動駕駛模式故障邏輯模擬

2.2 故障處理

后續通過在TCMS 數據流中植入“種子”，在2020 年8 月6 日此類故障再次出現時，捕捉到了電客車的車輛異常數據（圖6）。根據該故障異常數據確定了手動駕駛模式下LI_ATOEffDmd2_1 信號異常為高電平，更換了AMR2 至RIOM3A 的LI_ATOEffDmd2_1 故障線纜。

圖6 故障后的異常數據

3 問題與解決方案

3.1 存在的問題

由于在手動駕駛模式下發生故障后，系統會直接給出惰性的網絡指令，致使地鐵車輛不能按照駕駛司機要求的控制方式對電客車的牽引及制動進行控制，此問題對日后地鐵車輛的日常運行構成極大的安全隱患。

3.2 解決方案

（1）故障判斷邏輯進行修改：通過將手動駕駛模式故障的判斷邏輯由RIOM2A 和RIOM3A 采集AMR2 的信號LI_ATOEffDmd1、LI_ATOEffDmd2，“或”的關系變更為“與”的關系，即在手動駕駛模式下，上述兩個信號同時都為高電平時就判定為手動駕駛模式故障。通過對故障判斷邏輯進行修改，修改前后結果對比發現，修改后使該故障的判定更加嚴謹。

（2）故障后傳達指令進行：將手動駕駛模式故障發生后傳達的網絡惰性指令改為制動指令，降低了電客車在運行中的安全風險。

4 結語

牽引制動指令是地鐵電客車安全運行的必要條件，南京軌道交通地鐵2 號線在手動駕駛模式下出現故障問題時會強制給出惰性指令，進而導致電客車司機推動牽引與制動后列車對此無反應。鑒于此故障對電客車的行車安全性具有重大影響，因此對TCMS 故障判定的控制與管理邏輯進行優化改善。通過上文對故障判斷邏輯及指令傳達進行改進，改進前后運營數據的比對與跟蹤可發現，該設計方案可以有效解決手動模式下的故障問題。