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        城軌列車試車線防護方案研究

        2020-09-10 11:16:11肖曉彭敏
        內(nèi)燃機與配件 2020年11期
        關(guān)鍵詞:防護

        肖曉 彭敏

        摘要:城軌列車在試車線上的調(diào)試安全目前仍然通過司機操作規(guī)范性來保證,在接近線路末端,若發(fā)生司機注意力不集中的情況,列車可能來不及減速停車并沖撞車檔,甚至沖出軌道,造成嚴(yán)重的人員和設(shè)備損害?;诖?,本文提出了一種自動化的防護方案,避免該危害的產(chǎn)生。方案詳細(xì)闡述了防護方案的原理,并對防護系統(tǒng)架構(gòu),和防護系統(tǒng)在車輛上的應(yīng)用方法進行了詳細(xì)描述。

        關(guān)鍵詞:城軌列車;試車線;防護

        0? 引言

        城市軌道交通系統(tǒng)目前已經(jīng)成為人民出行最重要的交通方式之一。城軌列車在制造完畢或架大修完畢后,開始正線載客運營之前,均要在試車線上進行多次動態(tài)調(diào)試。但是,在試車線調(diào)試時,信號的ATP防護系統(tǒng)處于未開啟狀態(tài),且試車線的長度較短(一般不超過3km),所以一旦司機沒有集中精力駕駛,則列車很可能發(fā)生行駛到線路終點前沒有及時減速停車,并發(fā)生沖撞線路末端車擋的事故。甚至,列車有可能沖壞車擋,沖出試車線軌道,造車列車脫軌,并導(dǎo)致設(shè)備損害或人員受傷等情況。因此,有必要對試車線上列車運行安全開展研究,從系統(tǒng)設(shè)計上確保列車在試車線上調(diào)試的安全。

        1? 系統(tǒng)方案研究

        鑒于傳統(tǒng)列車在試車線上調(diào)試存在的安全隱患,本文特提出一種主動式的線路末端防護系統(tǒng)方案,通過對列車前端與線路末端的距離進行實時監(jiān)測、預(yù)警以及緊急制動指令輸出,從根本上避免列車與車擋的碰撞,從而避免后續(xù)設(shè)備損害或人員傷亡問題的發(fā)生。

        系統(tǒng)由一套專用的試車線防護裝置,和相應(yīng)的接口電路構(gòu)成,從功能上區(qū)分,主要包含測距系統(tǒng)和控制系統(tǒng),其測距系統(tǒng)主要包含一臺便攜式的測距主機、一個測距雷達和一個便于固定的應(yīng)答器構(gòu)成,如圖1所示。

        其中,便攜式測距主機放置于列車上,測距雷達放置于列車前端,使其雷達波發(fā)射方向面向列車前端即可,且雷達不易隨著車輛的運行發(fā)生晃動即可。應(yīng)答器安裝于試車線的末端,車擋前方的位置。

        1.1 測距原理

        防護系統(tǒng)實時測量列車距離車擋的距離,具體步驟如下:

        第一步:列車行進端司機室內(nèi)測距雷達向前發(fā)送主動測距信號。

        第二步:試車線軌道末端的應(yīng)答器設(shè)備收到主動測距信號后,則向來車的測距雷達發(fā)送被動應(yīng)答信號。

        第三步:測距雷達接收應(yīng)答器發(fā)射的被動應(yīng)答信號,并進行距離解算。

        最終,列車車頭到軌道末端的距離:

        實際運用時,由于一個車場可能存在多條并列試車線的情況下,為了避免兩條試車線上的防護設(shè)備產(chǎn)生干擾,測距雷達和應(yīng)答器發(fā)出的射頻信號內(nèi)包含設(shè)備識別信息。應(yīng)答器和雷達對該信息進行識別和確認(rèn),僅對處于同一試車線內(nèi)配對的設(shè)備發(fā)來的信號才進行應(yīng)答,從而避免產(chǎn)生錯誤的反饋信息。

        1.2 停車距離計算原理

        防護系統(tǒng)實施計算列車的制動距離,具體方法如下:

        式中,n表示將列車制動特性曲線均等分的份數(shù),vi表示該段曲線起點對應(yīng)的列車速度,vi-1表示該段曲線終點對應(yīng)的列車速度。

        1.3 防護控制方法

        防護系統(tǒng)實時比較列車到終點距離L,和列車的停車距離Slimit,并根據(jù)結(jié)果進行防護控制。防護控制可采用兩級方式,一級為聲光報警,二級為緊急制動指令輸出。具體邏輯如下:

        式中:

        La指考慮防護系統(tǒng)本身響應(yīng)時間段內(nèi)列車的前進距離,具體值在系統(tǒng)調(diào)試時進行整定;

        Lb指緊急制動停車后列車距離車檔的預(yù)留距離,該值主要是考慮列車制動系統(tǒng)施加制動力存在一定偏差而設(shè)定的安全裕量,典型偏差為3%,防護系統(tǒng)在計算列車停車距離時需考慮該偏差;

        Lc指系統(tǒng)設(shè)定的聲光報警時間段內(nèi)列車前進的距離,該時間段可設(shè)定為5s,具體可以通過軟件進行調(diào)整。

        2? 設(shè)備方案研究

        根據(jù)前文所述,對滿足該防護系統(tǒng)的硬件設(shè)備方案進行規(guī)劃如下:

        2.1 測距主機

        測距主機除了進行實施距離計算、比較外,還需要能夠提供聲光報警信號,提供緊急制動輸出信號,并由列車的方便插座提供的AC220V控制電源供電?;诖诵枨螅瑢χ鳈C系統(tǒng)架構(gòu)規(guī)劃如圖2。

        機箱內(nèi)主要包含如下模塊:測距模塊、主控模塊MCU、電源模塊、聲光報警模塊等,其中,電源模塊用于將AC220V轉(zhuǎn)換為內(nèi)部各部件所需的控制電源,主控模塊主要用于進行系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理、聲光模塊控制、緊急制動控制等,測距模塊用于處理測距雷達提供的數(shù)據(jù)。

        緊急制動輸出被設(shè)計為干接點輸出,以跟系統(tǒng)進行隔離后接入列車緊急制動環(huán)路,確保安全。

        2.2 測距雷達和應(yīng)答器

        測距雷達和應(yīng)答器均選擇2.4G射頻RF雷達,以避免接近列車其他車載子系統(tǒng)工作頻段而產(chǎn)生干擾。

        2.3 緊急制動控制方法

        測距主機內(nèi)部包含一個“緊急制動”繼電器,該繼電器受MCU控制器直接輸出控制。在防護系統(tǒng)被啟用時,“緊急制動”繼電器的觸點將被接入列車的緊急制動環(huán)路。如圖3所示,一旦測距主機發(fā)出緊急制動指令,將使得主機內(nèi)的“緊急制動”繼電器觸點斷開,從而使得“列車緊急制動”繼電器失電,一旦該失電,會導(dǎo)致列車產(chǎn)生緊急制動并停車。

        相應(yīng)的,車輛的緊急制動回路在設(shè)計時,需考慮預(yù)留一對靠近的端子,防護系統(tǒng)通過該端子接入回路。在防護系統(tǒng)未接入時,采用短接片進行短接。如圖4所示。

        2.4 設(shè)備方案小結(jié)

        本方案中,防護系統(tǒng)相關(guān)部件被設(shè)計為便攜和便于安裝的,可以適用于不同線路不同車輛,僅在試車線調(diào)試時才加裝和使用,一旦調(diào)試完畢可以拆下和存放。防護系統(tǒng)不作為車輛的固定配件進行安裝,一條試車線僅配置有限的1到2臺,不會額外增加車輛的采購成本,也不會因為作為長期配件,額外增加車輛的故障點。且系統(tǒng)采用動態(tài)的距離計算方法,根據(jù)車速和減速度不同,實時更新距離閾值,不會縮短試車線的可使用區(qū)段,可確保試車線的使用效率。

        3? 結(jié)束語

        本文基于城軌列車試車線的應(yīng)用場景,提出了針對性的防護系統(tǒng)方案,并對其原理,涉及到的硬件和系統(tǒng)應(yīng)用方法進行了詳細(xì)描述,對于后續(xù)項目具有參考意義。特別是在現(xiàn)階段乃至未來很長一段時間范圍內(nèi),城市軌道交通線路日益增長的情況下,解決其應(yīng)用過程中的安全風(fēng)險也具有現(xiàn)實意義和需求。本方案還對提高動車、機車試車線防護安全有一定的參考意義。

        參考文獻:

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