摘要：文章的研究內(nèi)容以軌道交通工程為依托，實現(xiàn)全自動駕駛軌道交通系統(tǒng)功能需求和接口需求。軌道交通全自動駕駛系統(tǒng)借鑒國內(nèi)外建設(shè)管理先進經(jīng)驗，在正線和車輛段均采用此項技術(shù)。全自動駕駛系統(tǒng)與傳統(tǒng)駕駛系統(tǒng)的功能變化主要體現(xiàn)在車輛、信號、通信、行車綜合自動化等核心子系統(tǒng)要求的改變以及車輛段管理、行車組織的轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：自動控制；防護監(jiān)控；無人駕駛系統(tǒng)；行車間隔；行車組織 文獻標識碼：A

中圖分類號：U239 文章編號：1009-2374（2017）10-0009-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.005

1 概述

隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化進程的不斷推進，如北京已經(jīng)建成包含10條線、車站數(shù)量超過200座、總長接近500km的軌道交通基本網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)北京軌道交通網(wǎng)絡(luò)的遠景規(guī)劃，軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)模將超過1000km，在遵循科學(xué)發(fā)展觀、總結(jié)以往工程建設(shè)經(jīng)驗的同時，迫切需要采用新的技術(shù)，以提高軌道交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的先進性。根據(jù)燕房線客流量相對少的特征，以燕房線為依托，開展全自動駕駛示范工程，推動軌道交通建設(shè)革新。

1.1 提高安全性、可靠性的需要

1.1.1 全自動駕駛系統(tǒng)利用高效ATC系統(tǒng)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)、智能運轉(zhuǎn)的功能保障，結(jié)合人工監(jiān)視、干預(yù)的機制，落實高精度列車運行的同時，減少不必要的誤操作。建立應(yīng)急預(yù)案，具備災(zāi)害情況下的快速反應(yīng)能力，大大提高了安全性。

1.1.2 全自動駕駛系統(tǒng)的車輛、信號以及車輛與控制中心的通信系統(tǒng)均采用冗余互備技術(shù)，減少運行故障，完善的故障自診斷和自愈功能提高了整個系統(tǒng)的可用性和可靠性。

1.2 控制投資，降低運營成本的需要

1.2.1 全自動駕駛系統(tǒng)能實現(xiàn)對列車的精確定位及實時跟蹤，可以有效縮短行車間隔，提高旅行速度。通過小編組、高密度開行列車大幅提高運能，縮小車站規(guī)模，或者在與傳統(tǒng)線路同等運力情況下，加速車輛的周轉(zhuǎn)，提高列車使用率，減少配置列車數(shù)量。

1.2.2 全自動駕駛?cè)∠{駛員，減少定員。傳統(tǒng)軌道交通線路每條線至少有數(shù)百名司機，采用全自動駕駛系統(tǒng)由中心集中控制，可以大幅度減少人員配置數(shù)量，有效降低運營成本。

1.2.3 全自動駕駛可根據(jù)客流量變化，動態(tài)調(diào)整列車運行計劃，有效控制空車走行，節(jié)約牽引能耗，運營組織更加靈活。

1.3 提高乘客服務(wù)質(zhì)量的需要

1.3.1 全自動駕駛能根據(jù)實時情況，控制列車的速度/時間大大提高車輛運行的平穩(wěn)度和舒適性。

1.3.2 全自動駕駛由于自動化程度高，較容易實現(xiàn)準點運行，提高乘客對軌道交通的信任度。

1.4 提高軌道交通的先進性，實現(xiàn)科學(xué)管理的需要

1.4.1 軌道交通技術(shù)發(fā)展已經(jīng)證明，全自動駕駛是未來重要的技術(shù)發(fā)展方向和目標。北京市迫切需要這項新技術(shù)提高軌道交通路網(wǎng)建設(shè)的先進性。

1.4.2 軌道交通現(xiàn)代化科學(xué)管理的落實，采用全自動駕駛系統(tǒng)，無論是在人員還是在管理運營模式上都得到合理、有效的精簡，是一次管理創(chuàng)新，將有效提高管理效率。

2 牽引控制單元

2.1 一般描述

列車應(yīng)通過受流器連接到供電軌。受流器的配置應(yīng)滿足列車的良好取流及安全通過三軌斷軌區(qū)的要求，每個動車配4套受流裝置、Tc車配2套受流裝置（暫定）。高壓電路應(yīng)配置手動隔離接地開關(guān)。操作后，可將牽引設(shè)備隔離并使其接地。當隔離接地開關(guān)接地后，車間電源、受流器高壓750V不允許接入。每一個高速斷路器給每輛動車的一個或兩個VVVF逆變器單元提供保護。每一個VVVF逆變器單元包括一個線路接觸器、線路輸入濾波器和一個IGBT電壓源逆變器。如果每輛動車配有2個VVVF逆變器單元，則每一個VVVF逆變器單元獨立擁有線路輸入濾波器。每一個VVVF逆變器有一個預(yù)充電回路（包括充電接觸器和充電電阻）以限制對線路濾波器的沖擊電流，亦可同一輛車的兩個逆變器單元共用一個預(yù)充電回路。每一個VVVF逆變器單元有一個放電回路，亦可同一輛車的兩個逆變器單元共用一個放電回路。每列車安裝2個車間電源連接器。列車高壓回路的保護應(yīng)與電站的饋出保護相協(xié)調(diào)。從受流器到隔離接地開關(guān)的電纜應(yīng)通過電纜護管以確保乘客安全。

2.2 輸入濾波器

每輛動車的一個或兩個VVVF逆變器單元配備一個線路濾波器。

2.2.1 線路濾波器由電抗器和電容器及其他高壓器件組成。

2.2.2 線路濾波器的設(shè)計應(yīng)與高速斷路器的分斷能力協(xié)調(diào)一致，以保證當線路濾波器突然接地時，不損壞任何其他設(shè)備。

2.2.3 濾波電抗器的安裝應(yīng)采取措施，減小磁通密度對客室的影響。（1）客室內(nèi)濾波電抗器上方磁通密度要求：（2）距地板面450mm時，≤10G；（3）距地板面900mm時，≤5G。

2.2.4 濾波電抗器試驗按IEC60310的規(guī)定進行。

2.2.5 濾波電容器試驗按IEC60384的規(guī)定進行。

2.3 主要技術(shù)數(shù)據(jù)

額定電壓：DC750V；電壓范圍：DC500～900V；最大電壓：DC1000V；集電靴材料：浸金屬碳。

2.4 受流器結(jié)構(gòu)

2.4.1 受流器為氣動自動受流器，能在各種軌道狀態(tài)下保證與第三軌具有良好的接觸狀態(tài)和接觸穩(wěn)定性。

2.4.2 應(yīng)設(shè)置機械止擋，以限制受流器在無第三軌區(qū)段上的垂直運動。

2.4.3 在整個車輛速度范圍內(nèi)，受流器應(yīng)有良好的動力學(xué)特性。

2.4.4 便于用戶的檢查和更換。

2.5 技術(shù)性能要求

2.5.1 受流器為空氣驅(qū)動受流器；單個受流器能夠遠程受控起落，受流器位置能夠被檢測并上傳至TIMS。在工作高度范圍內(nèi)，滿足列車供電的要求。

2.5.2 受流器應(yīng)有足夠的、良好的取流性能，且當只有兩個受流器對一列車供電時（通過牽引供電的斷電區(qū)），受流器可保證工作正常。

2.5.3 受流器集電靴與第三軌的接觸壓力、轉(zhuǎn)動角度應(yīng)滿足車輛的運行要求。

2.5.4 受流器的電壓、電流額定值應(yīng)滿足回路工作要求。

2.5.5 受流器裝置應(yīng)安裝可靠、絕緣良好。

2.5.6 受流器集電靴的壽命不小于5萬公里。

2.5.7 受流器應(yīng)設(shè)置受流器熔斷器。

2.5.8 受流器應(yīng)具有在故障時脫離第三軌的功能，供貨商應(yīng)提供每列車2套受流器手動脫離接觸軌裝置，安裝在司機室。在受流器自動起落失效時，可手動操作脫離。

2.5.9 集電靴材質(zhì)及受流器的結(jié)構(gòu)和性能應(yīng)適合鋼鋁復(fù)合軌的第三軌供電方式。

3 各接口劃分

3.1 控制中心接口劃分

控制中心接口劃分如表1所示：

表1

物理接口編號 接口位置 AFC系統(tǒng) TIAS系統(tǒng) 接口類型/

數(shù)量

TIAS.MLC.01 控制中心、備用中心 AFC設(shè)備通信出口處 提供控制中心、備用中心AFC系統(tǒng)機柜側(cè)的RJ45形式10/100M以太網(wǎng)電口。 提供從控制中心、備用中心TIAS系統(tǒng)機柜到AFC系統(tǒng)機柜RJ45網(wǎng)口帶標識的五類屏蔽網(wǎng)絡(luò)電纜并負責(zé)該電纜的敷設(shè)、成端及連通等。 冗余10/100M以太網(wǎng)電口，RJ45，2個。

3.2 車站IBP盤接口劃分

車站IBP盤接口劃分如表2所示：

表2

物理接口編號 接口位置 AFC 系統(tǒng) TIAS 系統(tǒng) 接口類型/數(shù)量

TIAS.AFC.02 車站控制室 IBP 盤端子排外線側(cè) 提供 AFC 系統(tǒng)設(shè)備到IBP 盤配線架帶標識的連接電纜并負責(zé)成端上架。

負責(zé) IBP 盤上有關(guān)AFC 系統(tǒng)的功能測試。提供 AFC 系統(tǒng)的盤面布置要求、按鈕/指示燈的數(shù)量、電氣參數(shù)、二次接線原理圖、文字描述。

提供 IBP 盤上所有與AFC 有關(guān)的按鈕/指示燈每個回路的電源。 提供 IBP 盤面工藝布置圖、端子分配圖、按鈕/指示燈、接線端子排，并負責(zé)盤內(nèi)接線。

注：IBP 盤采用下進下出線方式。 硬線，數(shù)量按需要提供。

注：采用截面面積在1.0～2.5 mm2電纜。

3.3 接地接口

接地接口如表3所示：

表3

物理接口編號 接口位置 AFC 系統(tǒng) TIAS 系統(tǒng) 接口類

型/數(shù)

量

TIAS.AFC.05 控制中心設(shè)備機房 接地總箱端子排外側(cè) 提供 AFC 系統(tǒng)接地端子數(shù)量、接地端子大小等要求；AFC 系統(tǒng)負責(zé)接地總箱端子排外側(cè)至 AFC 系統(tǒng)設(shè)備帶標識的接地電纜的采購、敷設(shè)、連接及其預(yù)留條件的設(shè)計等工作。 提供接地總箱；提供接地總箱分配圖（帶標識的回路號）。注：接地總箱采用下出線方式。 按需要提供。

4 結(jié)語

通過本課題的研究，為了加快城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化的步伐，為全自動駕駛信號控制工程奠定基礎(chǔ)，從全自動駕駛系統(tǒng)集成的過程入手，研究全自動駕駛系統(tǒng)的功能需求、系統(tǒng)集成、接口及驗證，深入論述運營場景、風(fēng)險源分析和總體需求。介紹系統(tǒng)集成的原則、接口定義和最小系統(tǒng)集成驗證的方法。在此基礎(chǔ)上總結(jié)系統(tǒng)集成的經(jīng)驗，提出建立自主知識產(chǎn)權(quán)全自動駕駛系統(tǒng)集成通用模型的方法，為今后工程設(shè)計、施工和系統(tǒng)集成提供技術(shù)支撐和指導(dǎo)。

參考文獻

[1] 周文.西班牙修建無人駕駛地鐵[J].鐵道知識，2003，（6）.

[2] 何宗華.日本城市軌道交通的類型與技術(shù)發(fā)展[J].城市軌道交通研究，2004，（5）.

[3] 孫延煥，陳麗民，陳軍科.北京機場線無人駕駛模式系統(tǒng)的研究與實踐[J].都市快軌交通，2012，（5）.

作者簡介：高春霞（1980-），女，山東青島人，供職于青島四方機車車輛技師學(xué)院，研究方向：機車電氣、自動化控制。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）