李迎春，李 葉，劉錦峰

信號系統(tǒng)是全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)的列車控制系統(tǒng)，在全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)運(yùn)行中起著關(guān)鍵作用。隨著越來越多的城市軌道交通地鐵線路投入使用，傳統(tǒng)有人駕駛信號系統(tǒng)的室內(nèi)測試方案已趨于完備成熟［1-3］，而全自動(dòng)無人駕駛信號系統(tǒng)因?yàn)轫?xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)少［4-5］，在測試方法、測試場景和方案方面存在不足，這在一定程度上制約了全自動(dòng)無人駕駛信號系統(tǒng)的安全、高效實(shí)施和應(yīng)用。

本文結(jié)合上海軌道交通18號、15號線的室內(nèi)集成測試，對全自動(dòng)無人駕駛信號系統(tǒng)的關(guān)鍵場景提出一套相對完整的室內(nèi)仿真測試方案，可供類似項(xiàng)目參考。

1 仿真測試方案設(shè)計(jì)原則

1.1 編制依據(jù)

上海市各線路無人駕駛信號系統(tǒng)測試方案必須完全滿足合同，以及上海市交通運(yùn)輸行業(yè)規(guī)范《城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行運(yùn)營場景規(guī)范》（T/SHJX0018—2020）規(guī)定的技術(shù)和功能場景要求。

1.2 仿真測試平臺

室內(nèi)仿真測試平臺需具備以下條件：①可將全自動(dòng)無人駕駛信號系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)有機(jī)聯(lián)動(dòng)起來，進(jìn)行系統(tǒng)集成確認(rèn)測試和仿真；②所有系統(tǒng)狀態(tài)均可控，可以注入故障配合測試；③為確保室內(nèi)測試環(huán)境和現(xiàn)場運(yùn)營環(huán)境的一致性，信號系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備必須使用真實(shí)的設(shè)備；④平臺中被仿真的設(shè)備必須和實(shí)際設(shè)備接口功能一致。

1.3 測試用例設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)有試驗(yàn)室的設(shè)備和測試平臺情況，梳理出適合在室內(nèi)仿真測試的無人駕駛功能點(diǎn)，對每個(gè)無人駕駛功能點(diǎn)及相應(yīng)接口進(jìn)行測試用例分析，測試用例不僅包括正常場景測試，還應(yīng)包括故障場景測試。

2 仿真測試平臺配置

仿真測試平臺采用半實(shí)物半仿真配置，車載控制器（CC）、區(qū)域控制器（ZC）、線路控制器（LC）、聯(lián)鎖（CBI）、列車自動(dòng)控制（ATS）、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（DCS）和維護(hù)支持系統(tǒng)（MSS）均使用真實(shí)設(shè)備，駕駛臺、軌旁設(shè)備和車輛模型采用仿真軟件，且仿真軟件和相應(yīng)實(shí)際設(shè)備的接口功能完全一樣，盡可能地還原地鐵現(xiàn)場運(yùn)營環(huán)境。仿真測試平臺結(jié)構(gòu)見圖1［6］，可將所有信號子系統(tǒng)有機(jī)聯(lián)動(dòng)起來進(jìn)行全面測試。

圖1 全自動(dòng)無人駕駛信號系統(tǒng)仿真測試平臺結(jié)構(gòu)

3 關(guān)鍵場景分析與測試設(shè)計(jì)

全自動(dòng)無人駕駛的關(guān)鍵場景包括全自動(dòng)無人駕駛模式轉(zhuǎn)換、自動(dòng)休眠、自動(dòng)洗車、車門/屏蔽門對位隔離、自動(dòng)清客等，主要運(yùn)用場景分析法，分別從正常場景和故障場景測試進(jìn)行分析和研究。

3.1 全自動(dòng)無人駕駛模式轉(zhuǎn)換測試

全自動(dòng)無人駕駛模式（FAM）是在CBTC通信控制下由ATP監(jiān)控的列車全自動(dòng)運(yùn)行模式。FAM模式與其他模式轉(zhuǎn)換見圖2。

圖2 FAM駕駛模式轉(zhuǎn)換

1）FAM模式與其他有人駕駛模式轉(zhuǎn)換。列車處于停止?fàn)顟B(tài)，車輛和信號車載設(shè)備通信正常，CC車載司機(jī)室兩端未激活，將牽引手柄推至惰行位，選定FAM模式開關(guān)，列車駕駛模式切換到FAM模式，在ATS中心請求并獲得FAM模式移動(dòng)授權(quán)后，列車以FAM模式在線路上自動(dòng)運(yùn)行。如果FAM模式運(yùn)行的列車遇到特殊情況需要降級進(jìn)入有人駕駛ATP模式或者ATO模式時(shí)，列車可以停穩(wěn)后，激活相應(yīng)端的司機(jī)室鑰匙，F(xiàn)AM模式開關(guān)打到OFF位，此時(shí)車載CC退出FAM模式，再進(jìn)行相應(yīng)模式的轉(zhuǎn)換操作，即可進(jìn)入ATP模式或者ATO模式。

2）FAM模式與蠕動(dòng)模式轉(zhuǎn)換。列車以FAM模式運(yùn)行過程中出現(xiàn)車輛與信號車載設(shè)備通信故障、車輛網(wǎng)絡(luò)故障等，會(huì)導(dǎo)致ATO控制失效，ATP系統(tǒng)將立即施加緊急制動(dòng)，系統(tǒng)申請進(jìn)入蠕動(dòng)模式，經(jīng)ATS中心人工授權(quán)后，信號系統(tǒng)駕駛模式由FAM模式轉(zhuǎn)換為蠕動(dòng)模式。ATP監(jiān)控列車以不超過15 km/h（可設(shè)置）的速度全自動(dòng)行駛，列車到站后自動(dòng)扣車并打開車門，等待多職能巡檢隊(duì)員［7］登車處理：可以直接切換到有人駕駛模式駛離站臺；也可以原地重啟CC，若列車滿足FAM模式條件，直接以FAM模式駛離站臺，否則切換到有人駕駛模式駛離站臺。

導(dǎo)體棒在磁場中做功，我們也可以把它分解為無數(shù)個(gè)自由電子在做功，而每個(gè)自由電子可拆分為垂直于導(dǎo)體棒的分力f2做功和平行于導(dǎo)體棒的分力f1做功?？磮D二我們可知f1與速度v2方向相同，f1做正功，則功率P1=f1v2=fcosαvsinα=fvcosαsinα

3）FAM模式與遠(yuǎn)程限制駕駛模式轉(zhuǎn)換。遠(yuǎn)程限制駕駛模式是信號系統(tǒng)車載CC丟失定位時(shí)的應(yīng)急模式。當(dāng)區(qū)間出現(xiàn)連續(xù)2個(gè)信標(biāo)故障或者車載控制器完全故障需要重啟，車載CC丟失定位，ATS中心人工設(shè)置遠(yuǎn)程限制駕駛模式后，列車可以以低于固定速度（如不超過15 km/h）運(yùn)行。列車在運(yùn)行過程中接收到2個(gè)連續(xù)信標(biāo)后，重新獲得定位，自動(dòng)升級到FAM模式。

根據(jù)以上FAM模式相關(guān)運(yùn)營轉(zhuǎn)換場景，測試設(shè)計(jì)見表1。

表1 FAM駕駛模式轉(zhuǎn)換測試設(shè)計(jì)

3.2 自動(dòng)休眠測試

FAO系統(tǒng)中列車自動(dòng)休眠有2種方式：ATS遠(yuǎn)程自動(dòng)休眠和ATS遠(yuǎn)程人工自動(dòng)休眠［8］。首先列車以FAM模式在休眠點(diǎn)停穩(wěn)，ATS自動(dòng)發(fā)送休眠指令或者調(diào)試人員通過ATS遠(yuǎn)程發(fā)送休眠指令，CC收到指令后，通過列車信息管理系統(tǒng)TIMS（Train Information Management System）網(wǎng)絡(luò)向車輛輸出預(yù)休眠請求，當(dāng)車輛響應(yīng)該命令并反饋預(yù)休眠完成后，CC通過繼電器輸出休眠信號，具體休眠過程接口信息交互見圖3。

圖3 休眠過程接口信息交互

根據(jù)以上列車自動(dòng)休眠運(yùn)營場景以及接口信息交互，測試設(shè)計(jì)見表2。

表2 列車自動(dòng)休眠測試設(shè)計(jì)

3.3 自動(dòng)洗車測試

自動(dòng)洗車功能一般采用自動(dòng)折返洗車的模式，實(shí)現(xiàn)列車以全自動(dòng)無人駕駛的方式自動(dòng)開到洗車庫洗車，分為兩種方式［9］：一是根據(jù)洗車計(jì)劃安排列車進(jìn)行自動(dòng)洗車作業(yè)；二是由車輛基地值班員遠(yuǎn)程或者現(xiàn)地人工設(shè)置“洗車”工況。

自動(dòng)洗車流程：列車根據(jù)洗車計(jì)劃或者人工設(shè)置目的碼以FAM模式運(yùn)行到洗車庫前，車載CC將“洗車”工況發(fā)送給車輛系統(tǒng)，列車通過預(yù)濕預(yù)冷運(yùn)行到洗車庫后方，自動(dòng)換端，行駛至洗車停車點(diǎn)，信號系統(tǒng)向洗車機(jī)發(fā)送洗車指令［10］，如圖4所示，洗車機(jī)檢測列車停在對應(yīng)位置后，開始洗車；列車前端清洗干凈后，車載CC控制列車以低速（3 km/h，可設(shè)置）運(yùn)行，進(jìn)行側(cè)面清洗，到下一個(gè)洗車停車點(diǎn)進(jìn)行列車尾端的清洗。洗車結(jié)束后，洗車機(jī)自動(dòng)或者人工關(guān)閉，列車工況從洗車工況自動(dòng)轉(zhuǎn)換為場段運(yùn)行工況，列車自動(dòng)駛向停車列檢庫或調(diào)度人員人工設(shè)置的目的碼。在洗車過程中，如果信號系統(tǒng)與洗車機(jī)接口故障或者人工按緊急停車按鈕，聯(lián)鎖向ZC發(fā)送激活SPKS（Staff Protection Key Switch，人員防護(hù)開關(guān)）和ESA（Emergency Stop Area，緊急停車區(qū)域）的碼位，此時(shí)SPKS和ESA激活，列車施加緊急制動(dòng)。

圖4 自動(dòng)洗車接口信息交互

根據(jù)以上列車自動(dòng)洗車運(yùn)營場景以及接口信息交互，測試設(shè)計(jì)見表3。

表3 列車自動(dòng)洗車測試設(shè)計(jì)

3.4 車門/屏蔽門對位隔離測試

列車以FAM模式運(yùn)行過程中出現(xiàn)車門或者屏蔽門故障時(shí)，列車主要依靠對位隔離功能實(shí)現(xiàn)車門和屏蔽門對位故障隔離，鎖閉故障車門和屏蔽門，有效引導(dǎo)乘客從正常車門上下列車，保障列車的安全運(yùn)營，從而提高列車運(yùn)行效率［9］。車門/屏蔽門對位隔離接口信息交互見圖5。

圖5 車門/屏蔽門對位隔離接口信息交互

車門故障需隔離對應(yīng)的屏蔽門時(shí)，車輛RS向車載CC發(fā)送被隔離的車門信息，車載CC經(jīng)過處理后將需要隔離的PSD（Platform Screen Door）信息通過ATS子系統(tǒng)發(fā)送給PSDC（Platform Screen Door Controller），PSDC接到命令后隔離對應(yīng)的屏蔽門。同理屏蔽門故障需隔離車門時(shí)，PSDC將被隔離的PSD信息通過ATS子系統(tǒng)傳送給車載CC，CC經(jīng)過處理后向車輛RS發(fā)送隔離對應(yīng)車門的命令，RS收到命令后隔離對應(yīng)的車門。

可通過2種方式查看對位隔離功能測試結(jié)果：抓包和觀察ATS中心界面。使用wireshark抓包查看被隔離的屏蔽門和車門碼位；在ATS中心界面上觀察被測車門和屏蔽門是否保持對位隔離狀態(tài)。

3.5 自動(dòng)清客測試

從列車運(yùn)營服務(wù)角度，清客可以分為常規(guī)清客和非常規(guī)清客。常規(guī)清客是指列車按照運(yùn)營計(jì)劃運(yùn)行到折返站臺或者終端站臺，執(zhí)行扣車清客作業(yè)，由多職能巡檢隊(duì)員確認(rèn)乘客全部下車后，按壓清客確認(rèn)按鈕，車門和屏蔽門自動(dòng)聯(lián)動(dòng)關(guān)閉，自動(dòng)進(jìn)行折返作業(yè)或者下線回庫。非常規(guī)清客是指列車在運(yùn)行途中，由于線路發(fā)生突發(fā)事件導(dǎo)致列車必須緊急清客，這時(shí)需要ATS中心調(diào)度人員遠(yuǎn)程設(shè)置臨時(shí)清客站臺，清客完畢后，由多職能巡檢隊(duì)員確認(rèn)乘客全部下車后，按壓清客確認(rèn)按鈕，并派遣多職能巡檢隊(duì)員處置清客列車。

根據(jù)以上清客運(yùn)營場景的描述，測試設(shè)計(jì)見表4。

表4 列車自動(dòng)清客測試設(shè)計(jì)

4 總結(jié)

本文基于仿真測試平臺，對全自動(dòng)無人駕駛信號系統(tǒng)進(jìn)行了關(guān)鍵場景分析與仿真測試設(shè)計(jì)，為保證全自動(dòng)無人駕駛線路安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。該室內(nèi)仿真測試方案已成功應(yīng)用于上海軌道交通全自動(dòng)無人駕駛18號、15號線。由于測試平臺和室內(nèi)設(shè)備的限制，室內(nèi)仿真測試有其局限性，無法覆蓋所有的無人駕駛運(yùn)營場景，例如站臺自動(dòng)對位，信號系統(tǒng)與綜合監(jiān)控、廣播系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)測試等仍需要在現(xiàn)場真實(shí)環(huán)境下進(jìn)行驗(yàn)證。如何提高無人駕駛功能的室內(nèi)仿真測試覆蓋率，還需進(jìn)一步研究。