易 玲

（新譽龐巴迪牽引系統(tǒng)有限公司，江蘇 常州 213011）

近些年隨著城市交通擁擠堵塞、空氣污染的日益嚴重，地鐵成為解決城市交通問題的重要捷徑，越來越多的城市已經(jīng)邁入地鐵時代，地鐵車輛也以其快捷、環(huán)保、便利等諸多優(yōu)勢成為多數(shù)人出行的首選交通工具。而車門系統(tǒng)作為地鐵車輛的一個重要組成部分，是直接與乘客接觸的高頻次使用裝置，它影響著乘客的乘坐體驗及人身安全，是列車安全、可靠運行的重要保障。

1 軌道交通自動化等級

依照國際標準IEC 62290軌道交通線路自動化程度定義了5層自動化等級（GoA），自動化程度從低至高為GoA0至GoA4。而國內(nèi)根據(jù)目前自身建設經(jīng)驗和設備系統(tǒng)配置水平，在IEC 62290標準上調(diào)整了自動化等級的功能要求，如表1所示。

表1 國內(nèi)自動化等級功能要求

GoA0：人工駕駛，由司機全權(quán)負責，無系統(tǒng)防護功能?？褪臆囬T由司機負責控制。

GoA1：人工駕駛，具備ATP列車自動防護功能。客室車門由司機負責控制。

GoA2：半自動駕駛，有司機監(jiān)督的ATO列車自動運行模式。客室車門仍由司機負責控制。

GoA3：有人值守的全自動駕駛，原本由司機操作的列車控制功能全都交由列車運營控制中心來完成；在列車緊急情況下，由車上人員處理故障；客室車門由列車運營控制中心負責控制。

GoA4：無人值守的全自動駕駛，在列車正常運行情況下，與GoA3基本一樣，區(qū)別在于GoA4列車不再設置司機，緊急事件的檢測和處理由系統(tǒng)和控制中心共同實施，進而調(diào)度指揮地面人員上車處理；客室車門由列車運營控制中心負責控制。

2 客室車門電氣控制

客室車門系統(tǒng)是由電子門控單元EDCU接收和發(fā)送與車輛控制的各信號及指令，控制電機帶動傳動系統(tǒng)驅(qū)動機械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)客室車門的開啟和關閉動作，其電氣接口框圖如圖2所示。左側(cè)為EDCU接收的車輛控制指令，右側(cè)為EDCU給出的各狀態(tài)信號。

圖2 客室車門電氣控制框圖

由上述自動化等級分類可知，客室車門控制分為司機手動控制和列車運營中心自動控制。手動控制時，控制指令由司機手動給出。自動控制時，由列車自動控制系統(tǒng)ATC發(fā)出控制指令。

2.1 開/關門控制

當列車采用自動駕駛系統(tǒng)時，車門開/關控制一般由ATC自動控制和手動控制并聯(lián)控制，操作車門模式開關可在車門自動開/自動關、自動開/手動關、手動開/手動關之間進行轉(zhuǎn)換。除采用上述硬線控制以外，大多地鐵同時也采用網(wǎng)絡控制互為冗余。當車門控制切換為網(wǎng)絡控制時，可由TCMS通過網(wǎng)絡通訊發(fā)出開關門指令給EDCU進行開關門控制。

（1）開門。隨著客室車門控制的不斷優(yōu)化，為提高系統(tǒng)可靠性、安全性，車門的開啟，除開門指令以外，逐步增加了零速、門使能信號作為開門的連鎖信號。零速信號的連鎖，是用于保證僅當列車處于靜止狀態(tài)時才允許開啟車門。為防止零速列車線故障、信號丟失導致所有左、右側(cè)車門都無法開啟，車輛電路一般設置兩條零速列車線，并采用交叉連接的方式連接到各個EDCU。當一條零速列車線信號丟失而另一條零速列車線信號正常時，仍有一半數(shù)量且包含左右兩側(cè)的車門能正常開啟，這可極大地提高線路的可靠性和冗余性。門使能信號的設置，用于防止輸出錯誤開門指令導致錯開門狀況的發(fā)生。當客室車門為自動控制時，門使能信號由ATC給出，只有當列車停車且停在正確的站臺位置時，ATC才可給出相應側(cè)門使能信號，允許開門。當ATC切除或列車切換為手動駕駛時，司機確認各方面情況后，可手動控制門使能旁路開關人為給出門使能信號，從而開啟車門。為防止開啟錯誤側(cè)車門，目前部分全自動無人駕駛列車甚至還設置了左、右側(cè)門保持關閉防護列車線。該信號由ATC發(fā)出，EDCU在收到開門指令、零速、門使能等各種開門條件信號后，且開門側(cè)的門保持關閉信號為低電平時，才可正常開門。

（2）關門。車門的關閉控制，除正常由ATC或開關發(fā)出關門指令以外，部分列車還可通過零速列車線信號、門保持關閉防護列車線信號來實現(xiàn)?！皝G失零速列車線”關門：當列車運行速度高于5km/h時，零速列車線失電，利用零速繼電器的常閉觸頭直接接通關門繼電器，發(fā)出關門指令，以避免列車運行時車門意外開啟?！伴T保持關閉防護列車線”關門：一般用于全自動無人駕駛列車，在沒有操作任何緊急或切除裝置的正常工況下，當ATC輸出的門保持關閉防護列車線信號為高電平時，車門將進行關門動作或保持關門狀態(tài)。

2.2 車門安全聯(lián)鎖電路

為保證列車運行安全，列車啟動前必須確保所有車門都處于關好并鎖好的狀態(tài)。車輛電路一般將所有車門鎖好、關好行程開關分別串聯(lián)連接，形成車門鎖閉、車門關閉列車線信號，將其串聯(lián)在牽引安全回路中進行連鎖，同時也發(fā)送給TCMS、ATC等進行監(jiān)控。

當某個車門關閉/鎖閉行程開關斷開或故障時，車門關閉/鎖閉列車線信號將丟失，牽引安全回路將被斷開，列車將不能繼續(xù)正常運行。根據(jù)列車駕駛要求的不同，列車控制系統(tǒng)會作出不同保護措施。例如，部分列車要求車門鎖閉列車線信號若在有效區(qū)域丟失，運行列車實施緊急制動，同時車門施加關門方向的力，使車門處于關閉趨勢；若在無效區(qū)域丟失，運行列車將保持正常運行。而車門關閉列車線信號丟失時，無論在任何區(qū)域，運行列車將實施緊急制動。

2.3 車內(nèi)緊急解鎖功能

為了在緊急情況下手動開門，車廂內(nèi)部每扇門都設有緊急解鎖裝置，用于解鎖車門鎖閉裝置。當緊急解鎖請求有效時，車門將解鎖，可手動移動車門至開、關位置。當列車速度高于1km/h或其它必要條件不滿足時，緊急解鎖請求則視為無效，EDCU將施加一定的關門力保持車門關閉狀態(tài)。

對于全自動駕駛列車來說，緊急解鎖請求裝置會與CCTV聯(lián)動，通過車廂內(nèi)攝像頭將車廂內(nèi)實時情況傳輸至OCC和ATC系統(tǒng)，并在車外設置緊急解鎖釋放指示燈進行狀態(tài)指示，提供系統(tǒng)安全性。

2.4 車外緊急解鎖功能

為滿足列車單扇門的開、關控制，每輛車一般有兩扇車門設有乘務員鑰匙開關作為車外緊急解鎖裝置。當列車靜止，乘務員鑰匙開關有效操作時，乘務員可從外部打開該單扇門，并可在斷電情況下操作。

2.5 車門故障切除功能

當單個車門出現(xiàn)故障時，為了保證列車的正常運行，可操作對應隔離開關對故障車門進行切除。操作隔離開關后，該車門關到位、鎖到位狀態(tài)將由隔離開關代替連通，以保證車門關閉、車門鎖閉、牽引安全列車線的完整性，同時該隔離車門不再受開、關門指令控制，對應指示燈也將進行常亮顯示。

3 電氣可靠性提高器件選型

多數(shù)車輛在運行多年后會出現(xiàn)繼電器觸頭卡滯、燒熔等現(xiàn)象，且故障率較高。為降低此類故障率，在器件選型時，需充分考慮負載對象的運用環(huán)境、特性、操作頻率。例如在車輛控制電路中，用繼電器觸頭控制多個并聯(lián)繼電器線圈的情況隨處可見。此時在考慮此類繼電器觸頭選型時，需注意繼電器線圈在通斷瞬間屬于感性負載這一特性，而觸頭在帶感性負載時的載流量只有純阻性負載的1/5左右。同時結(jié)合元器件的操作頻率，對照其觸頭壽命分斷曲線，選擇合適的繼電器型號及觸頭數(shù)量。

3.1 關鍵安全回路設計

元器件故障在所難免，為保證單個元器件的故障不影響整車運行，除注重元器件選型以外，在車輛電路設計中對于影響列車運行的關鍵安全回路可采用元器件兩并兩串或三并兩串的設計方式，提高整體回路的可靠性，避免單點故障。例如，所有門關閉/鎖閉信號與牽引安全回路的連鎖采用該設計方式，可實現(xiàn)其中任一單個繼電器故障不會斷開整條牽引安全回路列車線而導致列車停運。

3.2 冗余設計

為保證電路連接的可靠性，可對于重要控制設備進行備份冗余，例如列車控制系統(tǒng)TCMS、ATC控制設備等，當主控制設備故障時，可切換至另一設備進行接管控制。

對于安全信號接口，可從硬件電路上進行冗余設計以確保其單一電路故障不會被誤認為另一種狀態(tài)，例如，車輛電路中所有門關閉、鎖閉信號，可采用兩個獨立回路或兩個信號源輸入至ATC設備，ATC的開門、關門命令可由獨立的雙觸點驅(qū)動兩個互為冗余的繼電器輸出至車輛電路。

4 結(jié)束語

隨著軌道交通技術的發(fā)展及城市的快速發(fā)展，對其車門控制系統(tǒng)的快捷性、安全性、可靠性也提出了更高的要求。目前，在國外已成熟應用的全自動無人駕駛系統(tǒng)，是實現(xiàn)城市軌道交通高自動化、高密度、高速度運行的有力方式，而在國內(nèi)也有多條無人駕駛線路及在建線路，結(jié)合線路的運用情況，正在不斷改進，旨在提高各子系統(tǒng)的可靠性、安全性，確保列車穩(wěn)定運行。