全自动运行城市轨道交通的列车控制管理系统

仇年柱

摘 要：近年来随着车辆、信号、通信和综合监控等核心专业自动化水平的不断提高。城市轨道交通全自动运行列车采用无人值守运行。列车一旦发生火情，如果没有被及时发现并采取相应措施，很有可能会造成人员伤亡。出于对安全的高度重视，火灾报警系统在城市轨道交通全自动运行的列车上已成为标配系统。本文就全自动运行城市轨道交通的列车控制管理系统 展开探讨。

关键词：城市轨道交通;无人值守的全自动运行;车辆;列车控制管理系统

引 言

UTO（无人值守的全自动运行）是指列车上无需司机，而是由系统自动实现自动化等级为GoA4（无人干预列车运行）的列车全自动驾驶模式。UTO的实现主要依靠列车的信号、通信和车辆等核心系统的综合协调控制。列车控制管理系统（TC-MS）是UTO车辆运行的大脑，也是车辆与信號ATC（列车自动控制）数据通信的唯一接口，用于收集和控制车辆运行的牵引辅助、制动、车门、空调等信息，因此TCMS在UTO的功能实现中起到关键作用。

1全自动运行的特点

目前有不少城市正在考虑发展无人驾驶的全自动运行系统，因为它具有许多优点，成为城市轨道交通的发展方向。（1）提高服务水平。全自动运行可以实现列车精确定位、高速运行、实时跟踪和自动折返，能有效地缩短列车运行间隔，提高行车密度和运送速度，适应大客流的需要。低峰时段和夜间也可保持合理的行车间隔，缩短乘客的候车时间，增加乘客的安全感。车上和车站内的流动值勤人员可提高服务水平。（2）优化行车组织。行车计划的安排和行车调度有更大的灵活性，不受人员编制的制约，从而提高系统的效率。运能安排可更接近于客流变化，对于特殊的情况，例如博览会期间，可以保持长时间连续运行。（3）提高劳动生产率。实现全自动运行后，可以安排更多的工作人员直接面向乘客，提供更好的服务。另一方面可以进一步提高员工的技能和素质。（4）保证行车安全。计算机控制的精确度和快速反应，可以避免人工操作易受主观和外界因素的干扰，而造成安全方面的不确定性和不稳定性。

2 TCMS的结构与功能

TCMS负责整合和处理所有车辆的控制设备数据，并实现故障诊断、数据监测和网络控制功能。对于车辆系统内部，TCMS通过多功能车辆总线（MVB）协议与牵引辅助、制动、车门、空调、乘客信息系统（PIS）等其他车辆子系统相连接;对于车辆系统外部，TCMS通过串口RS485/CAN（控制器局域网络）协议与信号系统、无线电及地面WLAN（无线局域网）系统进行通信。由此可知，TCMS对于车辆整体运行的安全可靠至关重要。以3节编组为例，TCMS主要由中央控制单元（CCU）、人机交互界面（HMI）、输入输出模块（RI-OM）以及中继器（REP）等设备组成。其中：CCU作为TCMS的核心，主要负责MVB管理和列车控制逻辑设计，两端司机室的CCU互为热备份冗余;HMI设置在司机室，用于显示列车网络所采集的牵引高压、制动、车门和空调等实时工作状态，并显示故障诊断信息及报警;RIOM用于采集列车运行控制电气设备的输入硬线信号，并能通过输出硬线信号实现对子系统的控制，其电气设备包括开关、按钮、断路器、继电器和接触器等;REP主要起中继和放大信号的作用，可增加MVB连挂节点的数量以及提高MVB信号的传输质量。

3列车控制系统

常规城市轨道交通列车的控制系统的运行监控功能主要是记录列车运行过程中的各类关键信号，用于列车故障的事后分析。全自动运行列车的控制系统则更加智能化，强调对所有列车信号的实时监控，将数据同步传输至OCC（运营控制中心），并根据监控到的实时数据自动判断列车的故障类型。这无论是在列车信号的记录量和时效性上，还是列车故障判断的快速性上都有了质的提升。保证全自动运行列车控制系统工作稳定性的关键在于确保列车与地面设备、OCC之间通信的持续顺畅，设备状态始终保持在良好状态。相应的维保方案为（1）每月对列车MPU（主处理单元）、VCU（列车控制单元）、EVR（事件记录仪）中的故障记录进行下载，检查故障记录是否存在缺失;（2）每月对MPU的系统时间进行检查和校准，确保其误差不超过10s;（3）每6个月对MPU、VCU与列车网络通讯设备的各个接口进行检查，确保接口无松动。

4 TCMS在UTO下的控制方案

4.1TCMS内部控制方案

UTO功能的实现需要增加较多RIOM硬线数字输入信号的采集以及数字输出信号的控制，与GOA2车辆相比，其数量增加2～3倍，因而硬件RIOM模块的数量也随之需要增加。UTO车辆的故障数据和环境数据除了在CCU中记录之外，还需要增加司法记录仪硬件进行单独存储。该司法记录仪具有较高的抗冲击和抗高温性能，可作为第三方设备对列车故障进行具有法律效益的裁决。TCMS的MVB连接器采用两个单通道形式，以保证连接器的松动或脱落不影响整体MVB网络的运行，并提高整体网络运行的可靠性。RIOM模块对关键信号的输入采集采用双路输入方式，根据该信号引起不同故障等级的大小进行分类处理，确保列车的可靠性和可用性。

4.2全自动运行列车火灾报警系统

火灾报警系统要求配置两台主机，采用列车级局域网（CAN）总线进行通信，两台主机互为冗余。在每个车厢内配置七个火灾报警探测器和一台火灾分控器。火灾报警探测器采用环路连接，任何一个探测器发生故障不会对其它设备工作造成影响。火灾分控器用以管理该车厢的探测器，任何一个分控器故障，不影响其他分控器工作。如果主机和分控器之间的CAN总线在其中任何一个设备的连接处出现单点故障均不会扩散，整个系统仍能保持正常工作。

4.3 TCMS参与控制列车远程自动唤醒和休眠

车辆车载信号系统的远程自动唤醒模块通过列车提供不间断供电，以保证列车在休眠状态下能够实时接收到地面ATC发送的唤醒请求。车辆通过信号系统输出的硬线控制指令使唤醒继电器得电，TCMS在采集到唤醒继电器得电后会通过MVB向各个车载控制模块发出自检指令。比如，牵引和制动系统在收到自检指令后需要对系统内部的电气元件进行检测，若发现有继电器通断故障，则会将故障信息告知TCMS。只有当TCMS收到各系统自检结果均正常，并将自检正常的信息反馈给ATC后，列车才得以正常唤醒。列车休眠指令由地面OCC发出，经由地面ATC发送给车载ATC设备。车载ATC将休眠指令通过自身硬线信号数字输出i（DOi）发送给TCMS。TC-MS通过软件分析有效性后通过RIOM硬线信号数字输出j（DOj），在DOi和DOj硬线信号都为1时，车辆的休眠继电器得电，列车进入休眠状态。

结 语

与常规城市轨道交通列车相比，全自动运行列车受本身结构性能、运行环境、运行线路、运营管理等因素影响，发生火灾的概率增加。由于UTO列车具有完全无人驾驶的特性，可靠性和安全性是UTO最重要的指标，对于TCMS来说更是如此。UTO运行模式下对TCMS的要求包括：在故障发生前要有预警机制，故障发生过程中要有自愈及指示性操作建议;在故障发生后要有数据库的积累和分析，用来指导故障再次发生的预警和判定。

参考文献

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