何 瀟

(天津軌道交通運(yùn)營(yíng)集團(tuán)有限公司，天津 300000)

天津地鐵5號(hào)線采用的基于無(wú)線通信的列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)，在一次信號(hào)系統(tǒng)車載軟件升級(jí)測(cè)試時(shí)出現(xiàn)了列車ATO模式動(dòng)車折返后，丟失定位發(fā)生緊急制動(dòng)的情況，導(dǎo)致列車只能以全人工模式運(yùn)行至折返站站臺(tái)。本文從列車丟失定位為切入點(diǎn)，分別對(duì)設(shè)備升級(jí)后列車緊急制動(dòng)的發(fā)生機(jī)制和原因進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的整改措施，以提高列車運(yùn)行的可靠性。

1 故障現(xiàn)象概述

升級(jí)信號(hào)車載軟件后報(bào)多列車出現(xiàn)兩端折返站緊急制動(dòng)無(wú)法緩解現(xiàn)象，需改全人工模式緩解制動(dòng)；后嘗試點(diǎn)式ATP模式發(fā)車仍出現(xiàn)緊急制動(dòng)無(wú)法緩解現(xiàn)象，全人工模式運(yùn)行至下一站后恢復(fù)ATO模式。

2 列車緊急制動(dòng)無(wú)法緩解原因分析

通過(guò)對(duì)車載日志的分析，列車在折返軌換端后，司機(jī)以ATP模式發(fā)車，在列車施加牽引時(shí)，車載控制器檢測(cè)到2軸有空轉(zhuǎn)/打滑的情況，導(dǎo)致兩軸的速度不一致從而丟失定位，ATP模式不可用，重啟車載控制器后故障恢復(fù)。從日志分析，車載控制器、速度傳感器和加速度傳感器等設(shè)備均并不存在硬件和干擾問(wèn)題，列車制動(dòng)無(wú)法緩解應(yīng)屬于信號(hào)系統(tǒng)故障—安全原則下的保護(hù)機(jī)制，本故障應(yīng)屬于軟件工作發(fā)生異常所致，因此應(yīng)從數(shù)據(jù)傳輸路徑及數(shù)據(jù)處理角度深入分析故障原因。數(shù)據(jù)及傳輸路徑則主要涉及列車定位和列車空轉(zhuǎn)/打滑狀態(tài)采集。

2.1 列車定位原理

列車安全定位主要通過(guò)地面應(yīng)答器、車載控制器及車地通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。車載控制器通過(guò)速度傳感器、加速度傳感器確定列車的安全位置，并通過(guò)車地?cái)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)將安全位置發(fā)送至軌旁區(qū)域控制器，并通過(guò)聯(lián)鎖系統(tǒng)顯示在列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)車載控制器通過(guò)應(yīng)答器讀取器所采集到的軌旁靜態(tài)應(yīng)答器信息修正列車運(yùn)行過(guò)程產(chǎn)生的位置偏差。

區(qū)域控制器通過(guò)計(jì)算該區(qū)域內(nèi)所有列車的位置信息和運(yùn)行方向，生成并持續(xù)更新和傳輸各列車的移動(dòng)授權(quán)指令，車載控制器獲取移動(dòng)授權(quán)指令后生成列車的自動(dòng)控制命令，從而在保證列車安全距離的前提下，實(shí)現(xiàn)列車最小的運(yùn)行間隔。以上列車自動(dòng)控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，是基于車載控制器裝載的存儲(chǔ)列車運(yùn)行軌道線路的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，主要數(shù)據(jù)有線路限速信息、傳感器識(shí)別號(hào)和位置信息、轉(zhuǎn)轍機(jī)狀態(tài)信息、障礙位置信息以及其他線路相關(guān)信息。

2.2 空轉(zhuǎn) /打滑

速度傳感器檢測(cè)車輪空轉(zhuǎn)/打滑的“異常”情況。異常情況包括各速度傳感器的極高（正或負(fù)）加速率，和/或各速度傳感器之間的顯著差別。速度傳感器也能檢測(cè)到消除空轉(zhuǎn)/打滑的情況，如檢測(cè)到打滑后，清除異常測(cè)量，和/或正加速。越過(guò)空轉(zhuǎn)/打滑段后，速度傳感器會(huì)重新開(kāi)始測(cè)量。在空轉(zhuǎn)/打滑過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)上次有效的速度測(cè)量，利用加速度傳感器來(lái)補(bǔ)償加速度。在空轉(zhuǎn)/滑行的情況下，速度傳感器的測(cè)量變得不大精確，因此，需要使用加速度傳感器測(cè)量進(jìn)行彌補(bǔ)。

加速度傳感器為兩套互為冗余配的設(shè)置，每套由兩個(gè)不同的加速度傳感器組成，兩套設(shè)備提高了系統(tǒng)的可靠性。為確認(rèn)輸出的有效性，必須對(duì)每套加速度傳感器的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行比較，當(dāng)列車發(fā)生空轉(zhuǎn)/打滑開(kāi)始時(shí)，列車的實(shí)際運(yùn)行速度和位置將由列車空轉(zhuǎn)/打滑開(kāi)始前的速度和加速度傳感器提供的補(bǔ)償修正來(lái)確定。當(dāng)空轉(zhuǎn)/打滑消失后，列車速度和位移的測(cè)量再次轉(zhuǎn)換至速度傳感器。由于每一套的兩個(gè)加速傳感器都由不同硬件和軟件的組成，當(dāng)只有一個(gè)故障時(shí)，就不會(huì)影響列車的正常運(yùn)行，即其中某一個(gè)加速度傳感器失效也不會(huì)影響到車載控制器的正常輸出。

列車運(yùn)行過(guò)程中，車載控制器將持續(xù)采集速度傳感器和加速度傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)兩者輸出數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)檢測(cè)到列車速度的非常規(guī)變化或速度傳感器信息的非常規(guī)變化時(shí)，即時(shí)記錄異常情況，當(dāng)檢測(cè)到列車發(fā)生空轉(zhuǎn)/打滑現(xiàn)象時(shí)，會(huì)出現(xiàn)列車速度和位置信息不能更新和列車定位出現(xiàn)偏差的問(wèn)題，對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題，車載控制器將通過(guò)采集加速度傳感器實(shí)際加速或減速信息計(jì)算出列車的實(shí)際速度來(lái)解決，對(duì)于第二個(gè)問(wèn)題，則通過(guò)讀取軌旁應(yīng)答器的數(shù)據(jù)即可更新。如果上述狀況持續(xù)超過(guò)設(shè)定時(shí)間，車載控制器將發(fā)出空轉(zhuǎn)/打滑的報(bào)警信息。

列車發(fā)生打滑和空轉(zhuǎn)時(shí)，車載控制器通過(guò)速度傳感器讀取異常打滑的情況，異常情況包括各速度傳感器的極高（正或負(fù)）加速率，和各速度傳感器之間的顯著差別。速度傳感器也能檢測(cè)到消除空轉(zhuǎn)/打滑的情況，如檢測(cè)到打滑后清除異常測(cè)量，和正加速。越過(guò)空轉(zhuǎn)/打滑段后，速度傳感器將重新開(kāi)始測(cè)量。在空轉(zhuǎn)/打滑過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)最近一次測(cè)量的有效速度，通過(guò)加速度傳感器補(bǔ)償加速度的偏差。在空轉(zhuǎn)/滑行的情況下，速度傳感器的測(cè)量出現(xiàn)誤差，因此，需要使用加速度傳感器測(cè)量進(jìn)行校準(zhǔn)。

2.3 故障原因分析

基于定位原理及空轉(zhuǎn)打滑原理分析，首先對(duì)車載控制器負(fù)責(zé)相關(guān)數(shù)據(jù)處理的PCM板卡進(jìn)行了數(shù)據(jù)重新刷寫，測(cè)試仍然存在該問(wèn)題。其次，對(duì)加速度傳感器及速度傳感器的硬件及連接件進(jìn)行了深入的排查，也未發(fā)現(xiàn)異常，對(duì)兩套冗余的速度傳感器和加速度傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，不存在數(shù)據(jù)同步等方面的問(wèn)題。最后通過(guò)對(duì)故障現(xiàn)行及故障復(fù)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)分析，上版軟件運(yùn)營(yíng)中發(fā)現(xiàn)折返站下行站臺(tái)發(fā)生加速度傳感器報(bào)警問(wèn)題的頻次較高，通過(guò)對(duì)比類似站臺(tái)的加速度傳感器校準(zhǔn)值，發(fā)現(xiàn)該站臺(tái)的校準(zhǔn)值與其他站差距較大。判斷其實(shí)際坡度應(yīng)與輸入數(shù)據(jù)存在差別，誤差在千分之四左右，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，驗(yàn)證了折返站站臺(tái)坡度/平順度的坡度差異。這一差異導(dǎo)致列車在該站臺(tái)較大概率發(fā)車時(shí)出現(xiàn)空轉(zhuǎn)/打滑的情況，并且如果車輛出庫(kù)，會(huì)在站臺(tái)基于錯(cuò)誤輸入坡度校準(zhǔn)，進(jìn)而導(dǎo)致車載控制器在折返站檢測(cè)到長(zhǎng)時(shí)間空轉(zhuǎn)打滑，引起一系列報(bào)警。為提高列車運(yùn)行效率及優(yōu)化加速度傳感器/速傳報(bào)警和自鎖管理，新版軟件放寬了對(duì)加速度傳感器/速傳的判定條件，降低了加速度傳感器/速傳報(bào)警和自鎖的可能性，從安全考慮，進(jìn)一步增加系統(tǒng)對(duì)輸入的安全檢查，其對(duì)坡度的錯(cuò)誤更為敏感，導(dǎo)致上述問(wèn)題。故此次故障主要原因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)部分碎石砟道床線路坡度與軟件數(shù)據(jù)庫(kù)中坡度存在較大偏差，將故障點(diǎn)鎖定在車載控制器內(nèi)存儲(chǔ)列車運(yùn)行線路的軌道數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)上。

2.4 故障處理措施

針對(duì)升級(jí)后坡度異常帶來(lái)的故障，工務(wù)專業(yè)配合對(duì)折返站站臺(tái)進(jìn)行軌道坡度平整，由于工務(wù)專業(yè)很難保證在維護(hù)要求調(diào)整的需求下使軌道線形變化將保持在CBTC系統(tǒng)可接受的范圍內(nèi)。因此，存在這樣一種風(fēng)險(xiǎn)，即隨著時(shí)間的推移，軌道線形坡度的變化將引發(fā)與先前確定的相同的問(wèn)題，尤其是在碎石砟道床區(qū)域。

因此，信號(hào)專業(yè)提出兩階段處理措施：第一階段ATO設(shè)計(jì)軌道坡度誤差為+/-0.05%。在碎石砟道床區(qū)域特別是折返站站臺(tái)、轉(zhuǎn)換軌，需要坡度保持與現(xiàn)有實(shí)際測(cè)量坡度一致。

（1）在該階段以周為單位收集列車折返軌站臺(tái)的日志，監(jiān)測(cè)其折返軌站臺(tái)的加速度傳感器校準(zhǔn)值的變化趨勢(shì)，并將運(yùn)行情況和收集的日志作為基礎(chǔ)，提供給研發(fā)部門進(jìn)行深入分析。

（2）通過(guò)與工務(wù)專業(yè)的溝通，爭(zhēng)取對(duì)坡度誤差的容忍性達(dá)成一致。跟進(jìn)了解工務(wù)的維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和作業(yè)情況，結(jié)合加速度傳感器校準(zhǔn)值的變化趨勢(shì)不定期地對(duì)碎石砟道床區(qū)域進(jìn)行坡度測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行下一步的工作。

（3）協(xié)調(diào)工務(wù)專業(yè)進(jìn)行道床平整或者根據(jù)實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)升級(jí)。

第二階段是在收集大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行后臺(tái)分析的基礎(chǔ)上，再次修訂軟件，增大對(duì)于坡度不確定性的容忍，增大加速度傳感器計(jì)算時(shí)對(duì)坡度不確定性的容忍。這兩個(gè)方向的目的均是通過(guò)增大系統(tǒng)對(duì)于坡度不確定性的容忍來(lái)規(guī)避之前出現(xiàn)的問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

本次測(cè)試發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題屬首次出現(xiàn)，因此該故障的處理有一定的挑戰(zhàn)性，但也豐富了信號(hào)專業(yè)人員的故障處理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于線網(wǎng)其他線路的系統(tǒng)升級(jí)等也有極大的借鑒及指導(dǎo)意義。從軟件設(shè)計(jì)角度考慮，在引入環(huán)境變量時(shí)應(yīng)首先掌握環(huán)境參數(shù)的變化范圍，其次需要充分論證該變量對(duì)自身設(shè)備系統(tǒng)的安全性和可靠性的影響程度；從運(yùn)營(yíng)維護(hù)的角度考慮，在車載系統(tǒng)相比于一般軌旁設(shè)備開(kāi)放程度較低，因此基于車載日志分析的故障數(shù)據(jù)深度挖掘已迫在眉睫，不能僅依靠經(jīng)驗(yàn)以及故障現(xiàn)象去分析和處理故障，應(yīng)該對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)路徑和處理機(jī)制有更深入的認(rèn)識(shí)，才能滿足未來(lái)城市軌道交通智能運(yùn)行維護(hù)的發(fā)展方向。