崔志民

(通號(hào)城市軌道交通技術(shù)有限公司，北京 100070)

1 緊急制動(dòng)功能原理

軌道交通連續(xù)列車控制級(jí)別（Continuous Based Train Control，CBTC）信號(hào)系統(tǒng)和車輛系統(tǒng)之間電氣設(shè)計(jì)包含列車自動(dòng)防護(hù)（Automatic Train Protection，ATP）開關(guān)輸入量、ATP 安全輸出量、ATP 非安全輸出量、列車自動(dòng)運(yùn)行（Automatic Train Operation，ATO）輸入輸出量等接口內(nèi)容。其中ATP 安全輸出的緊急制動(dòng)與車輛接口設(shè)計(jì)最復(fù)雜、同時(shí)也是最重要的功能之一，本文將針對(duì)這一功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析。

車輛緊急制動(dòng)列車線為貫穿于全列車的列車環(huán)路，列車緊急制動(dòng)指令線從頭車開始直至尾車，再由尾車回到頭車，利用雙線雙斷的安全原則保證緊急制動(dòng)指令的準(zhǔn)確實(shí)施，是車輛保證安全的最后一道關(guān)。緊急制動(dòng)系統(tǒng)完全是遵循以“故障導(dǎo)向安全”為原則進(jìn)行設(shè)計(jì)的，采用純空氣制動(dòng)。在設(shè)計(jì)上是完全獨(dú)立于列車的常用制動(dòng)系統(tǒng)之外的獨(dú)立系統(tǒng)。這樣就可以保證即使在常用制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，也不會(huì)影響到緊急制動(dòng)的實(shí)施。緊急制動(dòng)指令線采用“失電緊急，得電緩解”的形式。

2 緊急制動(dòng)原理分析

以下通過西安某地鐵項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)例簡要分析信號(hào)系統(tǒng)與車輛緊急制動(dòng)接口設(shè)計(jì)。

2.1 緊急制動(dòng)施加

貫穿整個(gè)列車的DC110 V 連續(xù)電源線控制緊急制動(dòng)系統(tǒng)，環(huán)路中任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)斷開，都能保證緊急制動(dòng)指令線失電，所有車立即實(shí)施緊急制動(dòng)，緊急制動(dòng)環(huán)路失電后會(huì)使緊急制動(dòng)繼電器EBR1 和EBR2 掉電。

車輛的緊急制動(dòng)作為一個(gè)安全保障功能，車輛在無主風(fēng)缸壓力、無方向手柄、超速、司機(jī)未按警惕按鈕、司機(jī)按下緊急制動(dòng)按鈕等多種車輛故障工況下都會(huì)輸出緊急制動(dòng)。信號(hào)ATP 系統(tǒng)作為安全控制系統(tǒng)，也會(huì)有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)串入緊急制動(dòng)的環(huán)路當(dāng)中。當(dāng)信號(hào)設(shè)備發(fā)生故障、測試設(shè)備失效、闖紅燈、應(yīng)答器相關(guān)故障、ZC 通信中斷、移動(dòng)授權(quán)超時(shí)、運(yùn)動(dòng)中車門或站臺(tái)門打開、超速、列車溜車、無意識(shí)移動(dòng)等多種信號(hào)相關(guān)故障時(shí)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)斷開，向車輛輸出緊急制動(dòng)。

2.2 緊急制動(dòng)緩解

當(dāng)緊急制動(dòng)環(huán)路中所有節(jié)點(diǎn)閉合，整個(gè)DC110 V電源線得電時(shí)，所有車的緊急制動(dòng)緩解。緩解緊急制動(dòng)與司機(jī)操作便利性及列車運(yùn)行安全關(guān)系密切。如圖1所示，緊急制動(dòng)繼電器EBR1 的節(jié)點(diǎn)也串聯(lián)接入了緊急制動(dòng)的環(huán)路之中，當(dāng)列車發(fā)生緊急制動(dòng)時(shí)，兩個(gè)緊急制動(dòng)繼電器失電，導(dǎo)致緊急制動(dòng)繼電器EBR1中的B2-C2 與B3-C3 節(jié)點(diǎn)斷開。若要緩解緊急制動(dòng)，需要故障消除，即故障節(jié)點(diǎn)閉合，同時(shí)需要滿足列車停穩(wěn)，輸出零速，零速繼電器吸起。目前很多地鐵項(xiàng)目基于安全考慮，會(huì)要求司機(jī)在列車停穩(wěn)后將牽引制動(dòng)手柄置于快速制動(dòng)（Fast Braking，F(xiàn)B）位置，進(jìn)行一次人工確認(rèn)，如圖1 所示。更有項(xiàng)目加入了確認(rèn)按鈕，需要按下確認(rèn)按鈕進(jìn)行二次確認(rèn)。此類設(shè)計(jì)加強(qiáng)了列車安全性，但同時(shí)也增加了司機(jī)操作的復(fù)雜性。ATP 系統(tǒng)作為安全系統(tǒng)，在列車功能完好、ATP 功能正常的情況下，能夠保證列車行駛的安全性，因此可使用兩個(gè)ATP 激活節(jié)點(diǎn)— 即圖1中ATP 激活繼電器B3-C3 節(jié)點(diǎn)將環(huán)路中的快速制動(dòng)繼電器3-13 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行旁路，當(dāng)ATP 正常激活時(shí)，車停穩(wěn)后，無需通過司機(jī)操作即可緩解緊急制動(dòng)（此功能需要與如圖3 所示中的快速制動(dòng)手柄僅控制本端繼電器配合設(shè)計(jì)達(dá)成）。如果業(yè)主要求在ATP 防護(hù)情況下也必須由司機(jī)進(jìn)行人工確認(rèn)緩解，此節(jié)點(diǎn)需換成無人自折繼電器節(jié)點(diǎn)，以滿足無人自動(dòng)折返時(shí)的緩解緊急制動(dòng)需求。

2.3 警惕產(chǎn)生的緊急制動(dòng)

警惕按鈕主要作用是在ATP 監(jiān)督下人工駕駛模式或非限制人工駕駛模式時(shí)，若司機(jī)出現(xiàn)因精力不集中、精神不振、瞌睡打盹或者意外傷病引發(fā)的喪失操縱能力等情況時(shí)握緊和松開警惕按鈕超過限定時(shí)間，警惕延時(shí)繼電器將會(huì)動(dòng)作失電，如圖2 所示，警惕延時(shí)繼電器的4-12 節(jié)點(diǎn)串聯(lián)接入圖3 中列車安全環(huán)路中，此時(shí)導(dǎo)致安全環(huán)路繼電器失電，安全環(huán)路繼電器中B1-C1 節(jié)點(diǎn)接入圖1 中的緊急制動(dòng)環(huán)路中，此時(shí)列車將自動(dòng)施加緊急制動(dòng)，保證列車運(yùn)行安全。而在ATO 模式時(shí)，由于列車為自動(dòng)駕駛，不需人工操作列車的牽引制動(dòng)，如果仍然要求司機(jī)操作手柄，更容易導(dǎo)致司機(jī)產(chǎn)生抵抗心理，不利于司機(jī)長期駕駛，因此可以采用ATO 模式繼電器中的一組節(jié)點(diǎn)，旁路手柄警惕按鈕功能，解決ATO模式下不按警惕按鈕可能導(dǎo)致的緊急制動(dòng)。

2.4 無人自折中的緊急制動(dòng)

信號(hào)車載系統(tǒng)進(jìn)行無人自動(dòng)折返時(shí)，列車兩端都處于無鑰匙狀態(tài)，牽引制動(dòng)手柄位于N 位（非FB 位），方向手柄位于0 位，此時(shí)信號(hào)系統(tǒng)會(huì)將無人自動(dòng)折返繼電器吸起，用于頂替鑰匙激活司機(jī)室及列車牽引運(yùn)行方向前向位。在圖2 所示中，當(dāng)司控器方向手柄非前向位時(shí)，安全環(huán)路繼電器為失電狀態(tài)。而無人自折過程中方向手柄處于0 位而非前向位，同時(shí)由于無人自折時(shí)車內(nèi)沒有司機(jī)按壓警惕按鈕，因此需要使用一組無人自動(dòng)折返繼電器節(jié)點(diǎn)旁路此處的方向前向節(jié)點(diǎn)及警惕延時(shí)繼電器節(jié)點(diǎn)，保證在無人自折過程中安全環(huán)路繼電器得電吸起，緊急制動(dòng)電路中的安全環(huán)路節(jié)點(diǎn)是閉合狀態(tài)。

圖1 緊急制動(dòng)電路圖Fig.1 Circuit diagram of emergency braking

圖2 警惕功能電路圖Fig.2 Circuit diagram of vigilance function

車輛快速制動(dòng)的邏輯也為“失電制動(dòng)，得電緩解”，電路原理如圖4 所示。牽引制動(dòng)手柄FB 位通過列車線同時(shí)控制兩端司機(jī)室的快速制動(dòng)繼電器，兩端司機(jī)室均未激活或激活端手柄處于FB 位時(shí)，兩端繼電器均為失電；當(dāng)兩端司機(jī)室任意一個(gè)激活后，本端牽引制動(dòng)手柄處于非FB 位時(shí)，兩端快速制動(dòng)繼電器同時(shí)得電，而由于圖1 緊急制動(dòng)環(huán)路中快速制動(dòng)繼電器的3-13 節(jié)點(diǎn)為常閉節(jié)點(diǎn)，此刻繼電器得電斷開，導(dǎo)致車輛無法緩解緊急制動(dòng)。而ATP 激活（或折返模式）B3-C3 節(jié)點(diǎn)僅旁路了本端快速制動(dòng)繼電器在緊急制動(dòng)環(huán)路中的節(jié)點(diǎn)，環(huán)路中另一端司機(jī)室的緊急制動(dòng)節(jié)點(diǎn)是仍然斷開的，因此車輛一直到處于施加緊急制動(dòng)狀態(tài)。因此通過增加一個(gè)二極管的方式，在保證兩端快速制動(dòng)手柄都能控制車輛快速制動(dòng)的情況下，僅控制本端繼電器動(dòng)作，未激活端快速制動(dòng)繼電器一直處于失電狀態(tài)，圖1 中列車尾端快速制動(dòng)繼電器的3-13 節(jié)點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，此時(shí)緊急制動(dòng)環(huán)路得電緩解。通過以上幾處無人自動(dòng)折返繼電器節(jié)點(diǎn)旁路無人自折過程中車輛施加的緊急制動(dòng)，確保無人自折功能實(shí)現(xiàn)。

圖3 安全環(huán)路電路圖Fig.3 Circuit diagram of safety loop

3 結(jié)語

本文對(duì)信號(hào)系統(tǒng)與車輛接口電路設(shè)計(jì)中的緊急制動(dòng)功能進(jìn)行剖析，其中的原理經(jīng)過工程驗(yàn)證，可以為其他項(xiàng)目設(shè)計(jì)接口提供參考。信號(hào)與車輛接口設(shè)計(jì)往往是缺陷的高發(fā)地帶，是導(dǎo)致工程延期的關(guān)鍵地帶，若前期設(shè)計(jì)缺陷未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)后期整改造成極大的困難，甚至造成經(jīng)濟(jì)損失。隨著國內(nèi)地鐵項(xiàng)目發(fā)展越來越迅速，越來越成熟，業(yè)主對(duì)信號(hào)及車輛提出的功能需求也越來越多，這要求信號(hào)方與車輛方設(shè)計(jì)人員不斷鉆研提高自身水平，在熟識(shí)己方功能原理的基礎(chǔ)上，也要對(duì)對(duì)方的功能原理進(jìn)行充分了解，才能夠保證在設(shè)計(jì)初期避免發(fā)生錯(cuò)誤，以免遺留缺陷導(dǎo)致后期進(jìn)行整改。

圖4 快速制動(dòng)電路圖Fig.4 Circuit diagram of fast braking