孫軍國 楊旭文 劉 波 夏夕盛

(交控科技股份有限公司，100070，北京//第一作者，助理工程師)

列車全自動駕駛系統(tǒng)能夠提高旅行速度，減少車輛需求，減少定員，提高服務(wù)質(zhì)量，降低系統(tǒng)生命周期成本，將是未來特大型城市軌道交通列車駕駛的首選方案。

全自動駕駛列車的喚醒、休眠、出入庫、運行、停站、折返等作業(yè)由信號系統(tǒng)自動控制完成，其高可用性和應(yīng)急預(yù)案處理是全自動駕駛系統(tǒng)工程應(yīng)用的關(guān)鍵。

全自動駕駛系統(tǒng)支持列車無人駕駛，司機不必在駕駛室持續(xù)觀察人機界面，監(jiān)督設(shè)備運行。全自動駕駛系統(tǒng)需要在沒有司機持續(xù)監(jiān)督設(shè)備運行的情況下，提供列車故障遠程診斷和恢復(fù)功能，保持列車的可用性和自動進行應(yīng)急處理。

全自動駕駛系統(tǒng)必須處理的故障包括車輛火災(zāi)、制動故障、車門故障、障礙物檢測和設(shè)備掉電等。

1 系統(tǒng)故障處理原則

列車全自動駕駛系統(tǒng)(見圖1)故障處理主要考慮3部分：地面控制中心、車載設(shè)備、乘客信息系統(tǒng)(PIS)。車地無線通信作為車地通信的主要傳輸通道。

注：TCMS為列車監(jiān)控管理系統(tǒng)；VOBC為車載控制器；WLAN為無線局域網(wǎng)；LTE為長期演進

圖1 列車自動駕駛系統(tǒng)原理圖

TCMS通過電路或傳感器獲得煙火報警、制動系統(tǒng)、車門和空開的狀態(tài)信息，實時轉(zhuǎn)發(fā)給VOBC，VOBC處理后通過車地無線通道發(fā)送至地面控制中心。

地面控制中心與地面PIS接口。地面PIS通過車底無線通信通道(與信號系統(tǒng)通信通道獨立)與車載PIS通信并獲取車載PIS安裝在各車廂的CCTV(閉路電視)視頻信息。

地面控制中心根據(jù)VOBC匯報的故障信息和PIS提供的視頻信息對遠程故障進行處理。系統(tǒng)根據(jù)故障應(yīng)急處理預(yù)案自動下發(fā)控制指令或根據(jù)人工指令下發(fā)控制指令。

2 系統(tǒng)故障遠程診斷

2.1 車輛火災(zāi)遠程診斷與恢復(fù)

車輛火災(zāi)判斷是通過安裝在每一節(jié)車廂的多個煙火報警傳感器以判斷車輛是否發(fā)生火災(zāi)。煙火報警傳感器檢測煙霧和溫度，TCMS持續(xù)監(jiān)督全列車的煙火報警傳感器。當一個或多個傳感器檢測到煙霧和溫度超過規(guī)定門限值，則匯報給信號系統(tǒng)的VOBC；VOBC立即將煙火報警信息發(fā)送至地面控制中心，地面控制中心監(jiān)視終端通過PIS，獲得指定車廂的CCTV視頻信息，調(diào)度員據(jù)此進一步處理。另一方面，VOBC在未收到中心指示前，控制列車運行至最近的站臺停車，自動打開車門和站臺門疏散乘客。

地面控制中心接收到VOBC匯報的車輛火災(zāi)報警時，自動設(shè)置該列車在下一站實施扣車，自動將尚未進入該區(qū)間的列車扣停在上一站，并通過地面監(jiān)視終端查看煙火報警探頭所在車廂的情況；當確認發(fā)生車輛火災(zāi)時，通知下一站站臺組織疏散乘客，通知乘客服務(wù)人員立即就地滅火，未配置乘客服務(wù)人員的列車在站臺由綜合服務(wù)人員上車滅火。

地面控制中心通過監(jiān)視終端查看煙火報警探頭所在車廂的情況。當確認無車輛火災(zāi)時，遠程復(fù)位煙火報警，VOBC收到中心確認車輛火災(zāi)誤報時，在站臺完成乘客乘降作業(yè)后自動發(fā)車。

2.2 制動故障診斷與恢復(fù)

列車制動系統(tǒng)是列車的關(guān)鍵組成部分。制動系統(tǒng)的性能好壞和制動能力大小直接涉及到列車的運行安全，是列車控制系統(tǒng)確保列車運行安全的前提條件。

制動系統(tǒng)故障主要包括兩方面：一是制動力損失，按照4節(jié)編組列車計算，有8個轉(zhuǎn)向架，每一個轉(zhuǎn)向架有一套制動系統(tǒng)，制動系統(tǒng)故障表現(xiàn)為損失1～8個轉(zhuǎn)向架的制動能力；二是制動不緩解，制動不緩解列車將無法實施牽引，無法運行。

TCMS持續(xù)監(jiān)督轉(zhuǎn)向架制動力損失，并匯報給VOBC，VOBC根據(jù)轉(zhuǎn)向架制動損失程度分別進行以下處理：

(1) 損失1個轉(zhuǎn)向架制動能力時，相對于最高速度限速降低10 km/h；

(2) 損失2個轉(zhuǎn)向架制動能力時，相對于最高速度限速降低20 km/h；

(3) 損失3個及其以上轉(zhuǎn)向架制動能力時，列車實施緊急制動，不緩解。

同時，VOBC將制動損失故障信息匯報至地面控制中心，地面控制中心按照制動損失程度分別進行以下處理：

(1) 損失1個轉(zhuǎn)向架制動能力時，允許列車完成本次運行后回庫；

(2) 損失2個轉(zhuǎn)向架制動能力時，允許列車運行至站臺轉(zhuǎn)人工駕駛；

(3) 損失3個及其以上轉(zhuǎn)向架制動能力時，通知綜合服務(wù)員或客室服務(wù)員人工排查故障后人工駕駛列車。

TCMS持續(xù)監(jiān)督轉(zhuǎn)向架制動不緩解。當列車制動不緩解時，切除列車牽引，并匯報給VOBC，VOBC將制動不緩解故障發(fā)送至地面控制中心。地面控制中心綜合列車匯報的總體信息后，遠程切除單個轉(zhuǎn)向架制動，緩解故障，繼續(xù)以全自動駕駛模式控車。

VOBC接收到中心的遠程切除指令后，持續(xù)向TCMS輸出切除故障轉(zhuǎn)向架指令，并完成本次運行。

2.3 車門故障診斷與恢復(fù)

車門故障是指運行列車車門由于電氣元件或機械零部件損壞，丟失“關(guān)閉且鎖閉”狀態(tài)，使列車運行中車門解鎖并存在打開的風險。全自動駕駛列車運行過程中，TCMS將車門故障狀態(tài)匯報給VOBC；VOBC一方面將車門故障狀態(tài)匯報至地面控制中心，另一方面在收到地面控制中心指示前，繼續(xù)使列車運行至站臺停車，并等待控制中心下一步指令。

地面控制中心接收到車門故障狀態(tài)匯報時，通過監(jiān)視終端查看指定車廂的CCTV視頻信息，判斷車門故障的嚴重程度。若危及乘客安全，則按如下措施處理：廣播通知乘客遠離故障車門；遠程緊急制動停車；通知綜合服務(wù)員或乘客服務(wù)人員本地處理后恢復(fù)運營。

若車門故障程度較輕，則通知站臺人員等待列車到站后上車旁路該車門，繼續(xù)保持列車全自動駕駛運營。

2.4 障礙物檢測

全自動駕駛列車通過脫軌與障礙物檢測傳感器代替司機監(jiān)督列車運行前方是否有障礙物存留在限界內(nèi)。當列車與障礙物發(fā)生碰撞時，故障信息會立即匯報給VOBC，VOBC即發(fā)緊急制動指令，同時匯報至地面控制中心。

列車車體與障礙物發(fā)生碰撞時，可能將障礙物撞擊至鄰線，對鄰線列車的運行造成安全隱患，故地面控制中心會采取鄰線相應(yīng)區(qū)域的列車緊急制動停車措施。

對于發(fā)生碰撞的列車，本地人工立即排查障礙物，復(fù)位障礙物檢測傳感器后，恢復(fù)全自動駕駛運行。

障礙物碰撞列車恢復(fù)全自動駕駛運行后，對于發(fā)生碰撞列車的鄰線列車，地面控制中心通過區(qū)間CCTV排查線路情況，確定安全后，授權(quán)鄰線列車恢復(fù)全自動駕駛運行。

2.5 設(shè)備掉電診斷與恢復(fù)

TCMS持續(xù)監(jiān)督關(guān)鍵設(shè)備的電源空開狀態(tài)，持續(xù)通過VOBC匯報至地面控制中心。若空開狀態(tài)為斷開狀態(tài)時，列車將無法維持全自動駕駛運行。列車停車時，TCMS可首次自動復(fù)位關(guān)鍵設(shè)備的電源空開。

地面控制中心根據(jù)設(shè)備空開狀態(tài)，可遠程發(fā)送復(fù)位指令，VOBC接收到地面控制中心的控制指令時，轉(zhuǎn)發(fā)至TCMS執(zhí)行。設(shè)備電源空開恢復(fù)后，若可恢復(fù)全自動駕駛運行，則繼續(xù)全自動駕駛運行；若不可恢復(fù)，則通過遠程復(fù)位，縮短設(shè)備復(fù)位的時間，縮短系統(tǒng)的救援時間。設(shè)備掉電診斷與可復(fù)位的設(shè)備有司機室激活斷路器、空壓機啟動控制斷路器、列車控制斷路器、制動控制電源、安全回路電源、轉(zhuǎn)向架遠程隔離供電電源、輔助電源控制、列車激活控制、車門電源和列車自動駕駛供電斷路器等。

3 結(jié)語

全自動駕駛系統(tǒng)是實現(xiàn)高度自動化、高可靠、高可用的支持無人駕駛的列車控制系統(tǒng)，故障遠程診斷和恢復(fù)是系統(tǒng)應(yīng)急處理的關(guān)鍵。通過遠程處理車輛火災(zāi)、制動系統(tǒng)故障、車門故障、障礙物檢測和設(shè)備電源，可進一步提高系統(tǒng)的可用性和可維護性。