孫永生，趙 斌

(1.南京恩瑞特實(shí)業(yè)有限公司，南京 211106；2.蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，蘭州 730070)

1 概述

軌道交通全自動(dòng)駕駛是以實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行全過程自動(dòng)化為目的的新一代軌道交通列車控制技術(shù)。

采用全自動(dòng)駕駛技術(shù)運(yùn)營的線路正常運(yùn)營時(shí)，當(dāng)發(fā)生接觸網(wǎng)跳閘或停電、列車故障、火災(zāi)、爆炸、車地通信中斷等緊急狀況，列車不得不在區(qū)間迫停時(shí)，乘客必須在不完全具備正常上下車條件的情況下離開全自動(dòng)駕駛列車進(jìn)入到區(qū)間軌道區(qū)域。

而乘客必須要通過簡單操作列車內(nèi)相應(yīng)的裝置，打開停穩(wěn)列車的車門，并經(jīng)過相應(yīng)授權(quán)和指引，才能安全離開列車。車載ATC 系統(tǒng)作為地鐵車輛裝備的一個(gè)關(guān)鍵子系統(tǒng)，對于整個(gè)車輛的運(yùn)行控制起著十分重要的作用[1]。因此，車載ATC 系統(tǒng)必須用有序、安全、可靠的一系列信息或信號來保證車門正常打開和關(guān)閉。

在人工駕駛CBTC 線路中，列車車門緊急裝置被觸發(fā)后，列車緊急制動(dòng)直至停車；或者由司機(jī)根據(jù)當(dāng)前情況判斷是否施加制動(dòng)停車[2]。干線鐵路、城軌交通、城際鐵路，車門開關(guān)的控制，尤其是特殊情況下的聯(lián)動(dòng)控制，都可能會(huì)影響到列車運(yùn)行、乘客上下車、緊急疏散等[3-5]。

由于全自動(dòng)駕駛列車無司機(jī)跟車操控，故當(dāng)乘客誤操作運(yùn)行中列車車門緊急裝置[6]或列車停在區(qū)間但區(qū)間疏散還未得到調(diào)度人員授權(quán)時(shí)，僅靠車載ATC 系統(tǒng)的“門釋放”信號[7]和車輛的“零速”信號，無法保證列車門仍被鎖死及保持關(guān)門狀態(tài)。所以需要對車載ATC 系統(tǒng)與車輛列車門之間的開關(guān)門信號進(jìn)行改進(jìn)，以保證來自信號系統(tǒng)的開關(guān)門信號能使列車門正常開關(guān)，而來自其他系統(tǒng)或裝備的“門釋放”信號不足以使車門打開。

2 全自動(dòng)駕駛列車車門及其緊急裝置

2.1 車門及緊急裝置布置

由于沒有司機(jī)控制臺，全自動(dòng)駕駛列車通常會(huì)配備客室門和逃生門，每一個(gè)門都會(huì)配備相應(yīng)的解鎖開門裝置，供緊急情況下乘客和運(yùn)維人員上下車使用。通常，列車兩端車頭位置配備乘客逃生門以及逃生門緊急手柄；列車兩側(cè)配備客室門以及緊急手柄，如圖1 所示。

正常運(yùn)營期間，乘客從車廂兩側(cè)的客室門上下車。異常情況下，車頭的逃生門和兩側(cè)的客室門均可用于乘客上下車。

2.2 客室門緊急手柄

客室門緊急手柄設(shè)計(jì)為3 個(gè)檔位，分別為：“正常”、“請求”和“解鎖”，手柄常態(tài)為“正?！蔽粻顟B(tài)，如圖2 所示。

圖1 列車車門及其緊急裝置布置示意圖Fig.1 Schematic diagram of the layout of train doors and their emergency devices

圖2 客室門緊急手柄示意圖Fig.2 Schematic diagram of an emergency handle of a passenger compartment door

客室門緊急手柄具有如下功能和特點(diǎn)：

1）非自復(fù)式手柄，如需更改檔位需手動(dòng)切換；

2）當(dāng)由正常位轉(zhuǎn)到請求位時(shí)，將輸出持續(xù)的“門釋放”信號，并向車載ATC 發(fā)送疏散請求信息，但車門鎖閉信號不會(huì)丟失；

3）當(dāng)沒有開門授權(quán)時(shí)，手柄無法轉(zhuǎn)到解鎖位；

4）當(dāng)收到開門授權(quán)時(shí)，手柄可以轉(zhuǎn)到解鎖位，車門鎖閉信號丟失，車門可以被人工打開；

5）手柄在解鎖位時(shí)，疏散請求信號繼續(xù)保持；當(dāng)手柄復(fù)位到正常位后，疏散請求信號消失。

2.3 逃生門緊急手柄

逃生門緊急手柄設(shè)計(jì)為2 個(gè)檔位，分別為：“正?！?、“請求”，手柄常態(tài)為“正?！睜顟B(tài)位，如圖3所示。

逃生門緊急手柄具有如下功能和特點(diǎn)：

1）為非自復(fù)式手柄，如需更改檔位須手動(dòng)切換；

2）當(dāng)由正常位轉(zhuǎn)到請求位時(shí)，將輸出持續(xù)的“門釋放”信號，并向車載ATC 發(fā)送疏散請求信息，但車門鎖閉信號不會(huì)丟失；

圖3 逃生門緊急手柄示意圖Fig.3 Schematic diagram of an emergency handle of an emergency exit door

3）當(dāng)沒有開門授權(quán)時(shí)，逃生門無法被解鎖并打開；

4）當(dāng)收到開門授權(quán)時(shí)，逃生門可以被人工解鎖并打開；

5）當(dāng)手柄復(fù)位到正常位后，疏散請求信號消失。

2.4 緊急手柄觸發(fā)

從列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的角度看，要想產(chǎn)生系統(tǒng)信號（或稱之為信息）并使之在系統(tǒng)內(nèi)按照既定流程自動(dòng)傳輸和處理，源頭應(yīng)該是列車客室門或逃生門的緊急手柄被轉(zhuǎn)動(dòng)至“請求”位。

車載ATC 正常運(yùn)行時(shí)，通過硬線持續(xù)向車輛輸出一對車門開關(guān)電平信號：門釋放/低電平、保持門關(guān)閉/高電平，如圖4 所示。通過信號系統(tǒng)發(fā)出的列車門釋放信號（低電平→高電平）將自動(dòng)觸發(fā)撤銷保持門關(guān)閉信號（高電平→低電平），列車門可以自動(dòng)或通過人工打開。

圖4 車載ATC門釋放信號觸發(fā)保持門關(guān)閉信號Fig.4 The“release doors”signal of onboard ATC triggers the“maintain doors closed”signal

保持門關(guān)閉信號高低電平的改變由信號系統(tǒng)內(nèi)部的門釋放信號觸發(fā)，門釋放信號的改變可以由車載ATC 判定正常到發(fā)站時(shí)刻自動(dòng)產(chǎn)生，也可由調(diào)度人員通過ATS 系統(tǒng)遠(yuǎn)程下達(dá)。

由車輛（比如車門緊急手柄）等觸發(fā)的車門釋放信號，不會(huì)撤銷保持門關(guān)閉信號，因此車門不能夠打開。此時(shí)，對于信號系統(tǒng)來講，列車具備保持現(xiàn)有模式和狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行直至下一站停車的條件，但對于車輛、乘客等對象而言需要盡可能停車，因此，這種情況屬于“條件停車”，即需經(jīng)過調(diào)度人員確認(rèn)是否立即停車，否則信號系統(tǒng)將指揮列車盡可能運(yùn)行至下一站對標(biāo)停車，且停穩(wěn)后會(huì)觸發(fā)緊急制動(dòng)，以保證列車不再移動(dòng)。緊急手柄觸發(fā)涉及的功能塊和主要信號如圖5 所示。

圖5 緊急手柄觸發(fā)的功能塊和信號圖Fig.5 Function module and signal diagram for triggering an emergency handle

當(dāng)某一處乘客門緊急手柄被激活，車輛通過兩路硬線向車載ATC 子系統(tǒng)發(fā)送“疏散請求”（即手柄觸發(fā)）和“條件停車”電平信號。調(diào)度員通過ATS 系統(tǒng)的相關(guān)報(bào)警、界面顯示等獲知信息，并決定采取停車疏散乘客或其他措施。

列車停在區(qū)間，車門打開之前，調(diào)度員需要足夠的時(shí)間按照運(yùn)營規(guī)則和應(yīng)急預(yù)案采取相應(yīng)的措施，以保證疏散開始后人員和設(shè)備的安全，例如人工迫停相鄰列車、調(diào)取CCTV 視頻監(jiān)控、人工廣播等。當(dāng)列車門打開，即疏散開始進(jìn)行時(shí)，軌旁ATP 需要對相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行防護(hù)。

一旦信號系統(tǒng)撤銷保持門關(guān)閉信號（高電平→低電平），列車逃生門和客室門都可以被解鎖，但逃生門只能由人工解鎖并打開。

3 區(qū)間內(nèi)車門緊急手柄觸發(fā)

3.1 列車運(yùn)行時(shí)觸發(fā)客室門緊急手柄

ATS 收到“疏散請求”信息時(shí)，立即向調(diào)度員呈現(xiàn)相關(guān)顯示、報(bào)警，調(diào)度員通過遠(yuǎn)程操作，命令全自動(dòng)駕駛列車在區(qū)間停車（一般為遠(yuǎn)程緊急制動(dòng)），列車停穩(wěn)后會(huì)有一段時(shí)間的延時(shí)，以供調(diào)度員采取切斷事發(fā)區(qū)間第三軌供電、開啟通風(fēng)等措施。延時(shí)結(jié)束后，信號系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)車門釋放、撤銷保持門關(guān)閉信號，整個(gè)運(yùn)營體系進(jìn)入?yún)^(qū)間疏散流程，如圖6 所示。

圖6 觸發(fā)運(yùn)行中列車客室門緊急手柄信號時(shí)序Fig.6 Time sequence of signals for triggering the emergency handle of a passenger compartment door of a train in operation

t1：緊急手柄被轉(zhuǎn)至請求位，觸發(fā)疏散請求。

t2：列車在區(qū)間停穩(wěn)后，車載ATC 開始計(jì)時(shí)。

t3：計(jì)時(shí)結(jié)束，車載ATC 自動(dòng)撤銷保持門關(guān)閉信號，不給出門釋放信號。

t4：緊急手柄轉(zhuǎn)至解鎖位，門關(guān)閉且鎖閉信號丟失，信號系統(tǒng)激活“疏散進(jìn)行中”狀態(tài)，并自動(dòng)建立防護(hù)區(qū)域。

t5：緊急手柄復(fù)位，疏散請求取消，保持門關(guān)閉信號恢復(fù)。

t6：車門自動(dòng)關(guān)閉，門關(guān)閉且鎖閉信號恢復(fù)。

t7：調(diào)度員取消防護(hù)區(qū)域以及相應(yīng)的疏散設(shè)置。

t8：列車重新開始移動(dòng)。

3.2 遠(yuǎn)程迫停后觸發(fā)客室門緊急手柄

當(dāng)運(yùn)營人員發(fā)現(xiàn)異常需要列車停在區(qū)間進(jìn)行疏散時(shí)，立即命令列車停穩(wěn)后，再通過廣播指引乘客轉(zhuǎn)動(dòng)車門緊急手柄，信號時(shí)序如圖7 所示。

t1：列車在區(qū)間停穩(wěn)。

t2：緊急手柄被轉(zhuǎn)至請求位，觸發(fā)疏散請求，車載ATC 開始計(jì)時(shí)。

圖7 遠(yuǎn)程迫停列車后的信號時(shí)序Fig.7 Time sequence of signals after remote forced stopping of a train

t3：計(jì)時(shí)結(jié)束，車載ATC 自動(dòng)撤銷保持門關(guān)閉信號，不給出門釋放信號。

t4：緊急手柄轉(zhuǎn)至解鎖位，門關(guān)閉且鎖閉信號丟失，信號系統(tǒng)激活“疏散進(jìn)行中”狀態(tài)，并自動(dòng)建立防護(hù)區(qū)域。

t5：緊急手柄復(fù)位，疏散請求取消，保持門關(guān)閉信號恢復(fù)。

t6：車門自動(dòng)關(guān)閉，門關(guān)閉且鎖閉信號恢復(fù)。

t7：調(diào)度員取消防護(hù)區(qū)域以及相應(yīng)的疏散設(shè)置。

t8：列車重新開始移動(dòng)。

3.3 車地通信丟失

當(dāng)車載ATC 檢測到車地通信丟失，將觸發(fā)緊急制動(dòng)直至列車停穩(wěn)。軌旁ATP 將該列車作為非位置報(bào)告列車對待，以聯(lián)鎖模式監(jiān)督列車運(yùn)行，并報(bào)告給ATS。調(diào)度員通過ATS 系統(tǒng)和其他途徑得知并確認(rèn)該列車丟失通信，采取相應(yīng)措施疏散車內(nèi)乘客，如圖8 所示。

t1：列車在區(qū)間停穩(wěn)。

t2：調(diào)度員通過ATS 建立相應(yīng)的防護(hù)區(qū)域，迫停相鄰列車，或相鄰列車扣在站臺。

t3：乘客將緊急手柄轉(zhuǎn)至請求位，觸發(fā)疏散請求，車載ATC 開始計(jì)時(shí)。

t4：計(jì)時(shí)結(jié)束，車載ATC 自動(dòng)撤銷保持門關(guān)閉信號，不給出門釋放信號。

圖8 車地通信丟失引發(fā)的區(qū)間疏散信號時(shí)序Fig.8 Time sequence of signals for evacuating passengers due to loss of vehicle-ground communication in a section

t5：緊急手柄轉(zhuǎn)至解鎖位，門關(guān)閉且鎖閉信號丟失，車載ATC 激活“疏散進(jìn)行中”狀態(tài)。

t6：緊急手柄復(fù)位，疏散請求取消，保持門關(guān)閉信號恢復(fù)。

t7：車門自動(dòng)關(guān)閉，門關(guān)閉且鎖閉信號恢復(fù)。

t8：調(diào)度員取消防護(hù)區(qū)域以及相應(yīng)的疏散設(shè)置。

t9：列車重新開始移動(dòng)。

3.4 遠(yuǎn)程停車故障恢復(fù)

列車停穩(wěn)后，短時(shí)間內(nèi)故障恢復(fù)，調(diào)度人員可遠(yuǎn)程取消疏散，并指引乘客將緊急手柄恢復(fù)至初始位置，信號及動(dòng)作時(shí)序如圖9 所示。

t1：列車在區(qū)間停穩(wěn)。

t2：乘客將緊急手柄轉(zhuǎn)至請求位，觸發(fā)疏散請求，車載ATC 開始計(jì)時(shí)。

t3：調(diào)度人員通過ATS 發(fā)送拒絕疏散命令，車載ATC 重新計(jì)時(shí)。

t4：計(jì)時(shí)結(jié)束前，調(diào)度人員指導(dǎo)乘客恢復(fù)緊急手柄至初始位置，疏散請求被撤銷，區(qū)間疏散終止。

t5：列車重新開始移動(dòng)。

3.5 區(qū)間停車遠(yuǎn)程授權(quán)開門

列車在區(qū)間停穩(wěn)后車載ATC 開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束前，調(diào)度人員通過ATS 系統(tǒng)下發(fā)強(qiáng)制車門釋放指令，以提前授權(quán)打開車門進(jìn)入疏散流程，如圖10所示。

圖9 停車后故障恢復(fù)信號時(shí)序Fig.9 Time sequence of signals for returning the emergency handle to its initial position after train stopping

圖10 區(qū)間停車遠(yuǎn)程開門信號時(shí)序Fig.10 Time sequence of signals for remote door opening when the train stops in a section

t1：緊急手柄被轉(zhuǎn)至請求位，觸發(fā)疏散請求。

t2：列車在區(qū)間停穩(wěn)后，車載ATC 開始計(jì)時(shí)。

t3：計(jì)時(shí)未結(jié)束，調(diào)度員通過ATS 遠(yuǎn)程強(qiáng)制車門釋放，車載ATC 自動(dòng)撤銷保持門關(guān)閉信號。

t4：調(diào)度員指導(dǎo)乘客將緊急手柄轉(zhuǎn)至解鎖位，門關(guān)閉且鎖閉信號丟失，信號系統(tǒng)激活“疏散進(jìn)行中”狀態(tài)，并自動(dòng)建立防護(hù)區(qū)域。

t5：緊急手柄復(fù)位，疏散請求取消，保持門關(guān)閉信號恢復(fù)。

t6：車門自動(dòng)關(guān)閉，門關(guān)閉且鎖閉信號恢復(fù)，車門釋放信號撤銷。

t7：調(diào)度員取消防護(hù)區(qū)域以及相應(yīng)的疏散設(shè)置。

t8：列車重新開始移動(dòng)。

4 站內(nèi)車門緊急手柄觸發(fā)

4.1 計(jì)劃停站站內(nèi)觸發(fā)車門緊急手柄

當(dāng)列車進(jìn)站并仍在運(yùn)行時(shí)，乘客觸發(fā)車門緊急手柄，信號系統(tǒng)按照正常邏輯指揮列車對標(biāo)停穩(wěn)，觸發(fā)緊急制動(dòng)，防止列車移動(dòng)。按照正常的上下客場景打開車門和站臺門，乘客進(jìn)行正常的上下車作業(yè)[8]。調(diào)度人員安排站內(nèi)值班人員或遠(yuǎn)程指揮車內(nèi)乘客恢復(fù)車門緊急手柄至初始位置。在確認(rèn)事件處理結(jié)束后，緩解緊制，車門和站臺門關(guān)閉，立車可以發(fā)車，如圖11 所示。

圖11 計(jì)劃停站站內(nèi)觸發(fā)緊急手柄信號時(shí)序Fig.11 Time sequence of signals for an emergency handle triggered when the train is in a scheduled station

t1：緊急手柄被轉(zhuǎn)至請求位，觸發(fā)疏散請求。

t2：列車在站臺停穩(wěn)后，車載ATC 觸發(fā)緊制，軌旁ATP 建立防護(hù)區(qū)域。

t3：車載ATC 自動(dòng)撤銷保持門關(guān)閉信號。

t4：車門打開。

t5：車門緊急手柄恢復(fù)至初始位置。

t6：緩解緊急制動(dòng)，保持門關(guān)閉信號恢復(fù)。

t7：車門關(guān)閉。

t8：取消防護(hù)區(qū)域。

t9：列車離站。

4.2 非計(jì)劃停站站內(nèi)觸發(fā)車門緊急手柄

當(dāng)列車經(jīng)過跳停站臺并在站臺運(yùn)行時(shí)，車載ATC將該站臺區(qū)段視為區(qū)間的一段，具體的車門緊急手柄觸發(fā)場景中的信號時(shí)序與圖6或圖7的描述一致。

4.3 停站時(shí)觸發(fā)車門緊急手柄

列車在站臺停車，乘客觸發(fā)車門緊急手柄時(shí)，車載ATC 需觸發(fā)緊急制動(dòng)防止列車移動(dòng)，調(diào)度人員進(jìn)行相關(guān)處理，如圖12 所示。

圖12 站內(nèi)停車觸發(fā)緊急手柄信號時(shí)序Fig.12 Time sequence of signals for an emergency handle triggered when the train has stopped in a station

t1：列車在站臺停穩(wěn)。

t2：車載ATC 自動(dòng)撤銷保持門關(guān)閉信號。

t3：車門打開。

t4：緊急手柄被轉(zhuǎn)至請求位，觸發(fā)疏散請求，車載ATC 觸發(fā)緊制，軌旁ATP 建立防護(hù)區(qū)域。

t5：車門緊急手柄恢復(fù)至初始位置。

t6：緩解緊急制動(dòng)，保持門關(guān)閉信號恢復(fù)。

t7：車門關(guān)閉。

t8：取消防護(hù)區(qū)域。

t9：列車離站。

5 結(jié)束語

全自動(dòng)駕駛線路列車的開關(guān)門情景不同于普通CBTC 線路列車的開關(guān)門，需要克服無司機(jī)掌控、乘客“不負(fù)責(zé)任”給出車門釋放信號的問題。

因此，相對于CBTC 系統(tǒng)，在全自動(dòng)駕駛列車的車載ATC 系統(tǒng)與車輛的車門控制接口里增加“保持門關(guān)閉”的硬線信號，作為最終的開門授權(quán)信號，可以防止列車運(yùn)行中車門打開，能夠保證列車運(yùn)行安全。

在以下情況下，“保持門關(guān)閉”信號將撤銷（高電平→低電平），信號系統(tǒng)允許車門打開：

1）車載ATC 提供門釋放；

2）列車靜止，人工遠(yuǎn)程強(qiáng)制車門釋放；

3）車門緊急手柄被觸發(fā)，列車停穩(wěn)，并達(dá)到延時(shí)時(shí)間。

由于增加“保持門關(guān)閉”信號，使得乘客觸發(fā)運(yùn)行中列車的車門緊急手柄后，信號系統(tǒng)仍會(huì)指揮列車以當(dāng)前模式盡可能運(yùn)行至下一站停車，停穩(wěn)后觸發(fā)緊制，保證列車不移動(dòng)。這樣可以有效避免乘客誤操作而導(dǎo)致運(yùn)營停滯。