胡玉山

摘 要：蘇州軌道交通1、2、5號線采用西門子信號系統(tǒng)，2、4號線采用卡斯柯信號系統(tǒng)，其車載測速單元有所不同，西門子系統(tǒng)列車測速通過測速電機和雷達共同進行，卡斯柯系統(tǒng)列車測速通過編碼里程計進行。本文通過兩個系統(tǒng)列車測速方式特點分析比較，為現(xiàn)場維護提供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵;列車測速;分析比較

1引言

列車測速，就是測量列車在軌道上運行實時速度，目的是速度防護和列車定位。速度防護是通過車載測速設(shè)備將實際速度輸送給車載子系統(tǒng)，并與緊制速度曲線對照，一旦列車實際速度超過緊制速度，列車產(chǎn)生信號緊制;列車定位依靠車載測速設(shè)備和布置在軌道中央的固定點式應(yīng)答器（信標(biāo)）組合得出，車載測速設(shè)備計算列車走行距離，應(yīng)答器（信標(biāo)）提供報文位置數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定的算法得出列車在線路上的定位，并通車、地?zé)o線控制單元，實時連續(xù)地將列車位置報至中央控制器，進而得到移動授權(quán)，實現(xiàn)列車在線路上安全運行。

2測速單元基本情況

2.1西門子車載測速單元

由測速電機（OPG）和雷達測速裝置組成的，列車結(jié)合兩路輸入通過一定的計算方法得出最終速度、定位。

2.1.1測速電機

OPG 安裝在車輪上，其根據(jù)車輪周長和車輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，計算出列車走行距離，進而算出速度。原理是車輪轉(zhuǎn)動時，車輛傳輸板帶動OPG舌片轉(zhuǎn)動，OPG內(nèi)部通過把車輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)來計算距離速度，并發(fā)送給車載控制單元OBCU。由于車輪空轉(zhuǎn)打滑和磨耗，位移計算值會有誤差，列車經(jīng)過地面固定應(yīng)答器，車底應(yīng)答器天線與地面應(yīng)答器“刷卡”獲取其識別編號ID報文（每個固定應(yīng)答位置在軌道數(shù)據(jù)庫中有定義），進而次獲得定位精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。如果誤差值超過一定的安全允許值，或經(jīng)過連續(xù)兩個固定應(yīng)答器未獲得報文，則列車定位失敗，嚴(yán)重的需切除ATP運行。

2.1.2測速雷達

多普勒雷達是一種直接測量速度和距離的設(shè)備。列車上的多普勒雷達始終向軌面發(fā)射電磁波，由于列車和軌面之間有相對運動，根據(jù)多普勒頻移效應(yīng)原理，在發(fā)射波和反射波之間產(chǎn)生頻移，通過測量頻移計算出列車的運行速度，進一步計算出列車走行距離。其克服了車輪磨損、空轉(zhuǎn)或滑行等造成的誤差，可以連續(xù)測速、測向和定位。

OPG和雷達共同將數(shù)據(jù)輸入車載OBCU，實現(xiàn)列車定位、測速和列車停穩(wěn)檢測等功能。列車低速運行時OPG測速較準(zhǔn)確，高速運行時雷達測速較準(zhǔn)確。

2.2卡斯柯測速單元

編碼里程計由多個傳感器組成，其連接到車軸。原理是編碼盤與車軸同步轉(zhuǎn)動，發(fā)射二極管發(fā)出的連續(xù)光束被編碼盤遮斷，接收晶體管探測到脈沖光束，并產(chǎn)生一個與編碼盤轉(zhuǎn)速相應(yīng)比例的頻率，頻率經(jīng)放大器元件傳輸給外部評估系統(tǒng)（見圖1）。3個傳感器（C1，C2，C3）完成速度測量和確定走行方向，1個傳感器（C4）完成編碼任務(wù)，C1、C2和C3所數(shù)到的齒數(shù)用以計算車輪的轉(zhuǎn)動，C4進行編碼檢測（見圖2）。通過比較所有這些測量方式的一致性，ATP可以安全地計算列車的速度。

卡斯柯系統(tǒng)的位移測量與車輪直徑也相關(guān)，而輪徑通過測量列車通過兩個信標(biāo)之間的已知距離時所轉(zhuǎn)動的輪周數(shù)來自動進行，編碼里程計通過MTIB（移動列車初始化信標(biāo)）來校核輪徑，每天當(dāng)列車從車輛段場進入正線時，車載控制器CC都將校準(zhǔn)它的編碼里程計。

列車定位也需輔以信標(biāo)來實現(xiàn)，當(dāng)CC通過信標(biāo)時，車底信標(biāo)天線“刷卡”捕獲該地面固定信標(biāo)識別號和位置參數(shù)。而列車實際位置總是根據(jù)信標(biāo)位置加上編碼里程計測出的位移組合得出。由于車輪空轉(zhuǎn)打滑效應(yīng)，位移測量會產(chǎn)生誤差。CC在每個重新定位點之間根據(jù)通過的上一個定位信標(biāo)的位置，周期性地估算自己的安全位置、計算列車最大和最小可能位置。該原理保證列車的實際位置總是在ATP最大定位報告和ATP最小定位報告之間。

列車停車時，CC通過檢測編碼里程計的最小轉(zhuǎn)動角來檢查零速信息，當(dāng)主駕激活端編碼里程計檢測到零速信息時，與另一端冗余的編碼里程計及車輛提供的零速度信息進行比較。若都一致，則CC認(rèn)為列車已停穩(wěn)。若都不一致，則檢測出機械故障。

3兩系統(tǒng)測速設(shè)備比較

3.1設(shè)備組成與測速精度

3.1.1西門子測速系統(tǒng)由OPG與雷達兩個測速單元共同工作，通過車載子系統(tǒng)高效算法得出最終速度值，測速精度小而精，非常準(zhǔn)確。

3.1.2卡斯柯測速系統(tǒng)僅有編碼里程計一種測速方式，其最小顯示精度為1Km/h，最小位移測量值為3m，測速精度一般。

3.2故障情況

3.2.1西門子測速單元

a.OPG故障主要來源于列車長期運行，OPG舌片與車輛傳輸板之間機械連接處因晃動導(dǎo)致連接舌片的彈簧連接器斷裂，OPG無法正常工作，導(dǎo)致列車計算緊制速度不準(zhǔn)，列車無法正常運行，需切ATP運行。

b.西門子雷達故障主要集中在設(shè)備偶發(fā)性不工作導(dǎo)致列車ATO對標(biāo)不準(zhǔn)。當(dāng)雷達長時間不工作，則會導(dǎo)致位置不確定性累計擴大而失去定位，導(dǎo)致列車緊制、降級。

c.OPG與雷達故障均為硬件故障。

3.2.2卡斯柯測速單元

a.編碼里程計故障主要來源于鎖軸，原因為司機持續(xù)1km/h運行導(dǎo)致編碼里程計探測不到列車移動速度，CC系統(tǒng)將結(jié)合冗余端編碼里程計速度和車輛速度，判斷編碼里程計被切除，此時車載顯示器DMI會產(chǎn)生CC顯黃或CC顯紅，對應(yīng)為暫時性鎖軸、永久性鎖軸，這時一般重啟CC即可恢復(fù)。因此，司機駕駛速度要保持超過1Km/h，否則就會產(chǎn)生鎖軸故障。

b.編碼里程計故障，大多為卡斯柯系統(tǒng)本身的設(shè)計原理，非硬件故障。

4日常維護分析

4.1西門子測速系統(tǒng)，由于輪徑磨耗問題和車載系統(tǒng)非實時檢測輪徑，所以需要定期檢查修正輪徑值和雷達校準(zhǔn)，根據(jù)車輛專業(yè)提供輪徑值數(shù)據(jù)，登陸現(xiàn)場可更換單元LRU網(wǎng)頁修改輪徑值;利用雷達校準(zhǔn)軟件從車載ATP系統(tǒng)讀取雷達和OPG測速數(shù)據(jù)，以O(shè)PG速度為基準(zhǔn)得出k值（雷達因子），并將雷達因子保存在車載系統(tǒng)中;當(dāng)車輛鏇輪后，必須進行雷達校準(zhǔn)，以此來保障測速準(zhǔn)確性。OPG設(shè)備由于存在彈簧連接器斷裂的可能性，則需要定期對其進行拆卸檢查維護，費時費工。

4.2卡斯柯測速系統(tǒng)，因車載系統(tǒng)實時檢測輪徑，則無需定檢;即使車輛進行鏇輪后，也無需進行校正，列車只需經(jīng)過轉(zhuǎn)換軌的兩個輪徑校準(zhǔn)信標(biāo)，車載CC系統(tǒng)就能自動進行校準(zhǔn)。維護較為方便。

5總結(jié)

從資金投入角度來看，卡斯柯車載測速設(shè)備低于西門子;從維護角度來看，卡斯柯比西門子簡便;從司機駕駛角度來看，卡斯柯比西門子測速精度低，對司機駕駛要求高;從目前蘇州地鐵5條線的車載測速設(shè)備故障率來看，卡斯柯比西門子故障率低。各地鐵公司可根據(jù)實際需要選擇使用。同時，作為地鐵檢修人員，應(yīng)不斷探索深度維修技術(shù)，提高設(shè)備運行穩(wěn)定率。

6參考文獻

[1]蘇州軌道交通1號線西門子信號系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格書

[2]蘇州軌道交通3號線卡斯柯信號系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格書