浅谈轨道车辆的智能控制系统研究

宋会平 肖 渊 杨娜云 王璟轩 丁明辉 梁 雪

北京轨道交通技术装备集团有限公司 北京 100071

1 概述

作为轨道车辆中枢神经的控制系统,结合轨道交通智慧升级的发展契机,实现列车子系统、智能系统和健康管理系统的信息交互和监控功能,形成车辆+信号+智能系统的整体解决方案,打造智慧轨道交通。

2 智能控制系统

2.1 系统组成 列车智能控制系统从以下方面出发：车辆信号一体化技术,环境主动感知技术、联挂技术等。随着这些技术的研究,使车辆具有事物识别功能、分析判断功能、控制功能、发现异常情况的感觉功能、警戒功能等。使车辆可以正确地起动、停止,精确地控制速度,及时对紧急情况作出反应。随着列车智能的进一步发展,将实现列车群控,最大限度地提高线路通过能力。

实现车辆系统与信号系统有机融合,有助于提高列车设备整体利用率,提升列车整体的自主运行和RAMS(可靠性、可用性、维修性和安全性)水平。采用视觉及雷达设备感知环境,基于轨道识别进行控制及报警,维持全运营周期的全自动运行。采用实时以太网、多网融合、快速交换技术构建列车控制总线和列车智能网络,实现智能控制网络架构搭建。对车辆进行系列化、模块化、集成化设计,并根据线路情况对车辆进行整体设计。

2.2 功能实现

2.2.1 车辆信号一体化技术 车辆信号一体化控制平台作为车辆的智能中枢系统,实现对车辆的监视和控制管理功能及信号系统的列车控制功能并使车辆和信号系统进行整体控制实现车辆的安全可靠运行。车辆信号一体化技术符合IEC 61375标准,网络设备包括车辆智能中控主机(CCU)、RIOM模块、交换机、事件记录模块和车辆信号一体化人机接口单元(HMI)。通过以太网接口连接所有的微机控制单元,负责通讯管理、车辆控制、状态监视、故障诊断及记录、远程输入输出、列车数据存储、信息显示等功能；同时连接所有的维护端口,用以远程访问、调试、维护、健康管理等。

TCMS通过实时以太网与车门、牵引、制动等车辆子系统接口,实现车辆列车控制及监控系统(TCMS)基本功能,即对车辆运行过程进行实时监视和控制。车辆智能中控主机(CCU)主机同时处理信号系统和列车控制及监控系统(TCMS)相关业务,列车控制及监控系统(TCMS)与信号系统的通信由外部接口改为内部接口,减少数据传输时间和提升系统数据处理速度。在智能控制系统中,CCU控制牵引直接完成全自动功能下的跳跃,实现更精准的跳跃控制。列车网络系统还可以实现整车车载设备当车载部分组件或单个设备异常,通过监控中心下发远程复位命令重启异常设备使之恢复正常的功能。CCU可根据根据运行环境感知系统实现精确定位,分场景实现智能化系统功能,服务乘客智慧出行。HMI通过以太网与CCU进行信息交互,在同一个界面同时显示车辆运行时司乘人员关心的所有信息。

2.2.2 轨道运行环境主动感知系统 轨道运行环境主动感知系统采用的探测传感器可根据车辆的运行环境自动适应,实现实时远距离运行环境探测和告警能力。一旦探测到障碍物,车载监控触摸屏自动切换到轨道运行环境主动感知系统界面,并发出报警提示,为列车运行提供安全保障。

图1 运行环境探测示意图

2.2.3 特定场景下的车辆连挂 全自动驾驶系统由于没有乘务人员在车上进行针对车辆临时发生故障的复位、隔离、旁路等处理操作,特别是在突发事件发生时,全自动驾驶系统由于没有工作人员事发现场进行应急处理,极容易造成事件的扩大和升级,并形成整个线路的联锁反应,造成重大损失。摄像机拍摄的车钩连接画面一方面在司机室CCTV监控屏上实时显示,让司机了解车钩的连接状态。同时系统会把对车钩的监控画面记录在硬盘录像机内,用于后期的查看。条件允许的情况下,也可以将监控画面通过车地无线网络上传到地面控制中心,方便地面人员的远程监控。

图2 摄像机安装位置及视角

3 总结

通过对车辆信号一体化技术、环境主动感知技术和特定场景下的车辆连挂技术的研究,为轨道车辆的智能运行系统提供了新的思路和方法,结合5G技术、物联网、大数据等新一代信息化技术整合轨道车辆控制及监控系统、信号系统部分功能和车载智能化系统,尝试探索建立一个集信息集成、智能监控集中管控、统一传输和智能决策于一体的车辆智能化管理系统。