師瑞音

摘? 要：文章介紹了車(chē)載系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)列車(chē)風(fēng)管壓力來(lái)確認(rèn)列車(chē)完整性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及檢測(cè)邏輯，并在實(shí)驗(yàn)室仿真環(huán)境及青藏線格拉段現(xiàn)場(chǎng)完成系統(tǒng)驗(yàn)證。該檢測(cè)方法基于列車(chē)風(fēng)管壓力檢測(cè)技術(shù)，不必依賴(lài)于軌旁設(shè)備及周?chē)h(huán)境，依靠車(chē)載系統(tǒng)以及無(wú)線通信即可實(shí)現(xiàn)，為CTCS-4級(jí)列控系統(tǒng)列車(chē)完整性檢測(cè)方案的制定提供一定的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐依據(jù)。

關(guān)鍵詞：列車(chē)完整性;完整性檢測(cè);風(fēng)管壓力檢測(cè);CTCS-4級(jí)列控系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：U284.48? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）27-0115-03

Abstract： This paper introduces the system design and detection logic of the on-board system to confirm the integrity of the train by monitoring the air duct pressure of the train， and completes the system verification in the laboratory simulation environment and the Gala section of the Qinghai-Tibet Line. The detection method is based on the train duct pressure detection technology， and can be realized without relying on the rail side equipment and the surrounding environment， relying on the on-board system and wireless communication， thus providing a certain theoretical and practical basis for the formulation of train integrity testing scheme for CTCS-4 train control system.

Keywords： train integrity; integrity testing; duct pressure detection; CTCS-4 train control system

1 概述

列車(chē)完整性檢測(cè)是列車(chē)安全防護(hù)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)于列車(chē)正常運(yùn)行不可或缺。對(duì)于需要頻繁拆掛重新編組工作的列車(chē)，高效而準(zhǔn)確的列車(chē)完整性檢測(cè)方法尤為重要。列車(chē)完整性檢測(cè)技術(shù)有很多，如軌道電路式、跨接線式、觸點(diǎn)式連接器式和列車(chē)長(zhǎng)度檢測(cè)式等[1]。軌道電路式被CTCS系統(tǒng)采用[2]，其必須依賴(lài)于軌道電路等軌旁設(shè)備;跨接線式和觸點(diǎn)式連接器式通常用于地鐵上[3]，其對(duì)列車(chē)硬件安裝的依賴(lài)性強(qiáng);列車(chē)長(zhǎng)度檢測(cè)式需要利用GPS定位列車(chē)首尾部坐標(biāo)[4]，為了避免列尾裝置安裝在車(chē)鉤處的GPS天線不被車(chē)廂遮擋，對(duì)周?chē)h(huán)境有一定依賴(lài)性。針對(duì)氣制動(dòng)列車(chē)，可利用列車(chē)中既有的主風(fēng)缸、副風(fēng)缸、列車(chē)風(fēng)管等設(shè)備，進(jìn)行列車(chē)完整性檢測(cè)，該方法僅依靠于車(chē)載系統(tǒng)以及無(wú)線通信，不需要復(fù)雜的軌旁設(shè)備，安裝成本低，步驟簡(jiǎn)便，而且不受周?chē)h(huán)境干擾，可以高效、穩(wěn)定的完成列車(chē)完整性檢測(cè)。同時(shí)，該檢測(cè)方法的實(shí)現(xiàn)完全基于無(wú)線通信，與CTCS-4級(jí)列車(chē)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念相同，該檢測(cè)方法的探索和研究可為CTCS-4級(jí)列控系統(tǒng)列車(chē)完整性檢測(cè)方案的制定提供一定的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐依據(jù)。

2 列車(chē)完整性檢測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)及工作原理

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

檢測(cè)系統(tǒng)所需部件全部安裝于列車(chē)上，主要部件的分布情況如圖1所示，包括：（1）總風(fēng)缸，安裝在機(jī)車(chē)中，是整套系統(tǒng)的壓力來(lái)源，實(shí)現(xiàn)列車(chē)風(fēng)管內(nèi)壓力的精確快速控制;（2）車(chē)頭風(fēng)壓檢測(cè)點(diǎn)，安裝有車(chē)頭風(fēng)壓開(kāi)關(guān)1和車(chē)頭風(fēng)壓開(kāi)關(guān)2，二者的輸出信號(hào)互斥，用于檢測(cè)不同時(shí)刻機(jī)車(chē)頭部風(fēng)管中的壓力;（3）風(fēng)管連接器，連接所有列車(chē)風(fēng)管，縱貫整個(gè)列車(chē)，是列車(chē)完整性檢測(cè)過(guò)程中氣體壓力的存儲(chǔ)和傳遞單元;（4）列尾風(fēng)壓開(kāi)關(guān)，安裝在列車(chē)尾部的列車(chē)風(fēng)管中，用于檢測(cè)不同時(shí)刻列車(chē)尾部風(fēng)管中的壓力;（5）緊急排風(fēng)閥，上電時(shí)，列車(chē)風(fēng)管內(nèi)部構(gòu)成一個(gè)封閉系統(tǒng)，在失電情況下，緊急排風(fēng)閥打開(kāi)，此時(shí)列車(chē)風(fēng)管內(nèi)的高壓氣體流向外界大氣環(huán)境。

列車(chē)上安裝列車(chē)尾部安全防護(hù)裝置（列尾裝置），該裝置分為三部分：安裝在列車(chē)尾部的列尾主機(jī)、集成在車(chē)載設(shè)備內(nèi)部的列首裝置以及司機(jī)室內(nèi)的控制盒。當(dāng)整個(gè)列車(chē)的連接發(fā)生問(wèn)題，或者制動(dòng)風(fēng)壓總管發(fā)生斷裂漏風(fēng)時(shí)，將導(dǎo)致管內(nèi)風(fēng)壓下降，車(chē)載系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到風(fēng)管內(nèi)壓力異常，則認(rèn)為當(dāng)前列車(chē)完整性丟失。

2.2 工作原理

列尾裝置工作原理參見(jiàn)圖2，列尾裝置通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)列車(chē)尾部風(fēng)壓檢測(cè)和司機(jī)告警功能：

列尾主機(jī)EOT配備一個(gè)通信模塊和一個(gè)風(fēng)壓檢測(cè)模塊，列首裝置HOT配備一個(gè)通信模塊，進(jìn)行列車(chē)完整性檢測(cè)之前，列首裝置的通信模塊與列尾主機(jī)的通信模塊需要建立通信綁定。

為了更好的解決列尾主機(jī)EOT以及列首裝置HOT之間無(wú)線通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，降低丟包率，列尾主機(jī)EOT以及列首裝置HOT之間無(wú)線通信采用雙通道通信的方式，即450M Hz無(wú)線電臺(tái)和GSM-R網(wǎng)絡(luò)通信。

車(chē)載系統(tǒng)啟動(dòng)后，通過(guò)列車(chē)完整性檢測(cè)邏輯觸發(fā)設(shè)備對(duì)當(dāng)前列車(chē)尾部的風(fēng)管壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢(xún)。

當(dāng)車(chē)載系統(tǒng)發(fā)出充風(fēng)指令時(shí)，總風(fēng)缸中的高壓空氣可進(jìn)入列車(chē)風(fēng)管中。當(dāng)車(chē)載系統(tǒng)發(fā)出放風(fēng)指令時(shí)，總風(fēng)缸中的高壓氣體無(wú)法進(jìn)入列車(chē)風(fēng)管中，同時(shí)列車(chē)風(fēng)管中的高壓氣體將排向大氣環(huán)境。

列尾主機(jī)EOT接收到車(chē)載系統(tǒng)發(fā)出的放風(fēng)指令時(shí)，將打開(kāi)緊急排風(fēng)閥完成輔助排風(fēng)。

列車(chē)的完整性出現(xiàn)故障時(shí)，將引發(fā)風(fēng)管漏風(fēng)，泄漏量超過(guò)某一閾值，設(shè)備將向司機(jī)啟動(dòng)告警功能。

3 列車(chē)完整性檢測(cè)邏輯

列車(chē)在發(fā)車(chē)前，需要先進(jìn)行列車(chē)完整性檢測(cè)，確定當(dāng)前列車(chē)的完整性狀態(tài)。車(chē)載系統(tǒng)執(zhí)行列車(chē)完整性檢測(cè)流程如圖3所示，列車(chē)風(fēng)管經(jīng)歷了確認(rèn)高風(fēng)壓過(guò)程、放風(fēng)過(guò)程和充風(fēng)過(guò)程三個(gè)階段。

在確認(rèn)高風(fēng)壓過(guò)程中，車(chē)載系統(tǒng)先判斷列尾管壓狀態(tài)。如果車(chē)載系統(tǒng)未查詢(xún)到列尾管壓狀態(tài)，則繼續(xù)以固定周期查詢(xún)列尾管壓狀態(tài)，當(dāng)查詢(xún)時(shí)間超過(guò)確認(rèn)高風(fēng)壓時(shí)間T1時(shí)仍未查詢(xún)到列尾管壓狀態(tài)，則完整性丟失。車(chē)載系統(tǒng)在查詢(xún)列尾管壓過(guò)程中，如果列尾管壓小于閾值P0，則完整性丟失;如果列尾管壓大于等于閾值P0，則開(kāi)始查詢(xún)車(chē)頭管壓。如果車(chē)頭管壓小于閾值P1，則完整性丟失;如果車(chē)頭管壓大于等于閾值P1，則進(jìn)入放風(fēng)過(guò)程。

在放風(fēng)過(guò)程中，車(chē)載系統(tǒng)判斷列尾管壓是否小于閾值P0。如果列尾管壓大于等于閾值P0，則繼續(xù)以固定周期查詢(xún)列尾管壓的狀態(tài)，當(dāng)查詢(xún)時(shí)間超過(guò)放風(fēng)等待時(shí)間T2時(shí)列尾管壓仍大于等于P0，則完整性丟失。在查詢(xún)列尾管壓的過(guò)程中，當(dāng)列尾管壓小于P0時(shí)，車(chē)載系統(tǒng)開(kāi)始查詢(xún)車(chē)頭管壓。如果車(chē)頭管壓大于等于閾值P1，則判斷列車(chē)完整性丟失;如果車(chē)頭管壓小于閾值P1，則在輸入相應(yīng)列車(chē)數(shù)據(jù)后，進(jìn)入充風(fēng)過(guò)程。

進(jìn)入充風(fēng)過(guò)程，車(chē)載系統(tǒng)查詢(xún)并檢測(cè)列尾管壓狀態(tài)。如果車(chē)載系統(tǒng)查詢(xún)到的列尾管壓小于P0，則繼續(xù)以固定周期查詢(xún)列尾管壓狀態(tài)，當(dāng)查詢(xún)時(shí)間超過(guò)確認(rèn)高風(fēng)壓時(shí)間T3時(shí)仍未查詢(xún)到列尾管壓大于等于P0，則完整性丟失。車(chē)載系統(tǒng)在查詢(xún)列尾管壓的過(guò)程中，如果列尾管壓大于閾值P0，則繼續(xù)查詢(xún)車(chē)頭管壓。如果車(chē)頭管壓小于閾值P1，則完整性丟失;如果車(chē)頭管壓大于等于閾值P1，則車(chē)載系統(tǒng)判斷列車(chē)具有完整性。

4 系統(tǒng)驗(yàn)證

4.1 實(shí)驗(yàn)室仿真測(cè)試

實(shí)驗(yàn)室搭建仿真測(cè)試環(huán)境如圖4所示，包括：

（1）列車(chē)仿真駕駛系統(tǒng)，操作人員可在系統(tǒng)上模擬完成列車(chē)駕駛相關(guān)操作，并可正確實(shí)現(xiàn)相關(guān)信號(hào)的輸入和輸出;（2）列車(chē)仿真運(yùn)行系統(tǒng)，采用與真實(shí)青藏線格拉段添加列車(chē)一樣的列車(chē)運(yùn)行線路數(shù)據(jù);（3）列尾仿真設(shè)備，采用真實(shí)列尾設(shè)備改裝，通過(guò)外置按鈕可實(shí)現(xiàn)尾部管壓高于閾值和尾部管壓低于閾值的選擇，其余均與真實(shí)列尾裝置一致。

除上述仿真系統(tǒng)外，本實(shí)驗(yàn)需要用到的列首裝置、控制盒以及車(chē)載設(shè)備均為真實(shí)設(shè)備。

環(huán)境搭建完成后，設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，模擬列車(chē)正常狀態(tài)、風(fēng)管壓力異常、排風(fēng)異常、充風(fēng)異常等情況，對(duì)列車(chē)完整性進(jìn)行測(cè)試，最終測(cè)試列車(chē)完整性狀態(tài)如表1所示。

4.2 青藏線格拉段現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

在青藏線格拉段現(xiàn)場(chǎng)采用HXN3型內(nèi)燃機(jī)車(chē)掛接客車(chē)、貨車(chē)分別完成表1中所述測(cè)試序列，測(cè)試結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果一致。

5 結(jié)論

（1）本文詳細(xì)介紹了基于車(chē)載系統(tǒng)的列車(chē)完整性檢測(cè)方法的系統(tǒng)架構(gòu)及測(cè)試邏輯。列車(chē)完整性檢測(cè)過(guò)程中，在確認(rèn)高風(fēng)壓階段，車(chē)載系統(tǒng)需要在一定時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到列車(chē)風(fēng)管處于高風(fēng)壓狀態(tài);在放風(fēng)階段，列車(chē)風(fēng)管在一定時(shí)間內(nèi)必須處于低風(fēng)壓狀態(tài);在充風(fēng)階段，列車(chē)風(fēng)管在一定時(shí)間內(nèi)要恢復(fù)高風(fēng)壓狀態(tài)。（2）車(chē)載系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)列車(chē)風(fēng)管壓力檢測(cè)列車(chē)完整性狀態(tài)，其可行性已通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)以及青藏線格拉段現(xiàn)場(chǎng)機(jī)車(chē)試驗(yàn)得到驗(yàn)證。（3）車(chē)載系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)列車(chē)風(fēng)管壓力來(lái)確認(rèn)列車(chē)完整性方案的實(shí)現(xiàn)不需要計(jì)軸器、軌道電路等設(shè)備，具有運(yùn)營(yíng)以及維護(hù)成本低、受環(huán)境干擾小等優(yōu)點(diǎn)，此外，該方案的實(shí)現(xiàn)僅依賴(lài)于車(chē)載系統(tǒng)以及無(wú)線通信，證實(shí)該設(shè)計(jì)思路的可行性及有效性，對(duì)CTCS-4級(jí)列控系統(tǒng)的列車(chē)完整性檢測(cè)方案的制定具有重要的參考意義。

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