地铁客室车门电气控制方案分析

易 玲

（新誉庞巴迪牵引系统有限公司，江苏 常州 213011）

近些年随着城市交通拥挤堵塞、空气污染的日益严重，地铁成为解决城市交通问题的重要捷径，越来越多的城市已经迈入地铁时代，地铁车辆也以其快捷、环保、便利等诸多优势成为多数人出行的首选交通工具。而车门系统作为地铁车辆的一个重要组成部分，是直接与乘客接触的高频次使用装置，它影响着乘客的乘坐体验及人身安全，是列车安全、可靠运行的重要保障。

1 轨道交通自动化等级

依照国际标准IEC 62290轨道交通线路自动化程度定义了5层自动化等级（GoA），自动化程度从低至高为GoA0至GoA4。而国内根据目前自身建设经验和设备系统配置水平，在IEC 62290标准上调整了自动化等级的功能要求，如表1所示。

表1 国内自动化等级功能要求

GoA0：人工驾驶，由司机全权负责，无系统防护功能。客室车门由司机负责控制。

GoA1：人工驾驶，具备ATP列车自动防护功能。客室车门由司机负责控制。

GoA2：半自动驾驶，有司机监督的ATO列车自动运行模式。客室车门仍由司机负责控制。

GoA3：有人值守的全自动驾驶，原本由司机操作的列车控制功能全都交由列车运营控制中心来完成；在列车紧急情况下，由车上人员处理故障；客室车门由列车运营控制中心负责控制。

GoA4：无人值守的全自动驾驶，在列车正常运行情况下，与GoA3基本一样，区别在于GoA4列车不再设置司机，紧急事件的检测和处理由系统和控制中心共同实施，进而调度指挥地面人员上车处理；客室车门由列车运营控制中心负责控制。

2 客室车门电气控制

客室车门系统是由电子门控单元EDCU接收和发送与车辆控制的各信号及指令，控制电机带动传动系统驱动机械结构来实现客室车门的开启和关闭动作，其电气接口框图如图2所示。左侧为EDCU接收的车辆控制指令，右侧为EDCU给出的各状态信号。

图2 客室车门电气控制框图

由上述自动化等级分类可知，客室车门控制分为司机手动控制和列车运营中心自动控制。手动控制时，控制指令由司机手动给出。自动控制时，由列车自动控制系统ATC发出控制指令。

2.1 开/关门控制

当列车采用自动驾驶系统时，车门开/关控制一般由ATC自动控制和手动控制并联控制，操作车门模式开关可在车门自动开/自动关、自动开/手动关、手动开/手动关之间进行转换。除采用上述硬线控制以外，大多地铁同时也采用网络控制互为冗余。当车门控制切换为网络控制时，可由TCMS通过网络通讯发出开关门指令给EDCU进行开关门控制。

（1）开门。随着客室车门控制的不断优化，为提高系统可靠性、安全性，车门的开启，除开门指令以外，逐步增加了零速、门使能信号作为开门的连锁信号。零速信号的连锁，是用于保证仅当列车处于静止状态时才允许开启车门。为防止零速列车线故障、信号丢失导致所有左、右侧车门都无法开启，车辆电路一般设置两条零速列车线，并采用交叉连接的方式连接到各个EDCU。当一条零速列车线信号丢失而另一条零速列车线信号正常时，仍有一半数量且包含左右两侧的车门能正常开启，这可极大地提高线路的可靠性和冗余性。门使能信号的设置，用于防止输出错误开门指令导致错开门状况的发生。当客室车门为自动控制时，门使能信号由ATC给出，只有当列车停车且停在正确的站台位置时，ATC才可给出相应侧门使能信号，允许开门。当ATC切除或列车切换为手动驾驶时，司机确认各方面情况后，可手动控制门使能旁路开关人为给出门使能信号，从而开启车门。为防止开启错误侧车门，目前部分全自动无人驾驶列车甚至还设置了左、右侧门保持关闭防护列车线。该信号由ATC发出，EDCU在收到开门指令、零速、门使能等各种开门条件信号后，且开门侧的门保持关闭信号为低电平时，才可正常开门。

（2）关门。车门的关闭控制，除正常由ATC或开关发出关门指令以外，部分列车还可通过零速列车线信号、门保持关闭防护列车线信号来实现。“丢失零速列车线”关门：当列车运行速度高于5km/h时，零速列车线失电，利用零速继电器的常闭触头直接接通关门继电器，发出关门指令，以避免列车运行时车门意外开启。“门保持关闭防护列车线”关门：一般用于全自动无人驾驶列车，在没有操作任何紧急或切除装置的正常工况下，当ATC输出的门保持关闭防护列车线信号为高电平时，车门将进行关门动作或保持关门状态。

2.2 车门安全联锁电路

为保证列车运行安全，列车启动前必须确保所有车门都处于关好并锁好的状态。车辆电路一般将所有车门锁好、关好行程开关分别串联连接，形成车门锁闭、车门关闭列车线信号，将其串联在牵引安全回路中进行连锁，同时也发送给TCMS、ATC等进行监控。

当某个车门关闭/锁闭行程开关断开或故障时，车门关闭/锁闭列车线信号将丢失，牵引安全回路将被断开，列车将不能继续正常运行。根据列车驾驶要求的不同，列车控制系统会作出不同保护措施。例如，部分列车要求车门锁闭列车线信号若在有效区域丢失，运行列车实施紧急制动，同时车门施加关门方向的力，使车门处于关闭趋势；若在无效区域丢失，运行列车将保持正常运行。而车门关闭列车线信号丢失时，无论在任何区域，运行列车将实施紧急制动。

2.3 车内紧急解锁功能

为了在紧急情况下手动开门，车厢内部每扇门都设有紧急解锁装置，用于解锁车门锁闭装置。当紧急解锁请求有效时，车门将解锁，可手动移动车门至开、关位置。当列车速度高于1km/h或其它必要条件不满足时，紧急解锁请求则视为无效，EDCU将施加一定的关门力保持车门关闭状态。

对于全自动驾驶列车来说，紧急解锁请求装置会与CCTV联动，通过车厢内摄像头将车厢内实时情况传输至OCC和ATC系统，并在车外设置紧急解锁释放指示灯进行状态指示，提供系统安全性。

2.4 车外紧急解锁功能

为满足列车单扇门的开、关控制，每辆车一般有两扇车门设有乘务员钥匙开关作为车外紧急解锁装置。当列车静止，乘务员钥匙开关有效操作时，乘务员可从外部打开该单扇门，并可在断电情况下操作。

2.5 车门故障切除功能

当单个车门出现故障时，为了保证列车的正常运行，可操作对应隔离开关对故障车门进行切除。操作隔离开关后，该车门关到位、锁到位状态将由隔离开关代替连通，以保证车门关闭、车门锁闭、牵引安全列车线的完整性，同时该隔离车门不再受开、关门指令控制，对应指示灯也将进行常亮显示。

3 电气可靠性提高器件选型

多数车辆在运行多年后会出现继电器触头卡滞、烧熔等现象，且故障率较高。为降低此类故障率，在器件选型时，需充分考虑负载对象的运用环境、特性、操作频率。例如在车辆控制电路中，用继电器触头控制多个并联继电器线圈的情况随处可见。此时在考虑此类继电器触头选型时，需注意继电器线圈在通断瞬间属于感性负载这一特性，而触头在带感性负载时的载流量只有纯阻性负载的1/5左右。同时结合元器件的操作频率，对照其触头寿命分断曲线，选择合适的继电器型号及触头数量。

3.1 关键安全回路设计

元器件故障在所难免，为保证单个元器件的故障不影响整车运行，除注重元器件选型以外，在车辆电路设计中对于影响列车运行的关键安全回路可采用元器件两并两串或三并两串的设计方式，提高整体回路的可靠性，避免单点故障。例如，所有门关闭/锁闭信号与牵引安全回路的连锁采用该设计方式，可实现其中任一单个继电器故障不会断开整条牵引安全回路列车线而导致列车停运。

3.2 冗余设计

为保证电路连接的可靠性，可对于重要控制设备进行备份冗余，例如列车控制系统TCMS、ATC控制设备等，当主控制设备故障时，可切换至另一设备进行接管控制。

对于安全信号接口，可从硬件电路上进行冗余设计以确保其单一电路故障不会被误认为另一种状态，例如，车辆电路中所有门关闭、锁闭信号，可采用两个独立回路或两个信号源输入至ATC设备，ATC的开门、关门命令可由独立的双触点驱动两个互为冗余的继电器输出至车辆电路。

4 结束语

随着轨道交通技术的发展及城市的快速发展，对其车门控制系统的快捷性、安全性、可靠性也提出了更高的要求。目前，在国外已成熟应用的全自动无人驾驶系统，是实现城市轨道交通高自动化、高密度、高速度运行的有力方式，而在国内也有多条无人驾驶线路及在建线路，结合线路的运用情况，正在不断改进，旨在提高各子系统的可靠性、安全性，确保列车稳定运行。