摘要：隨著城軌車輛車車通信技術(shù)的發(fā)展，在公司全自動市域列車上已采用該技術(shù)進(jìn)行車輛的信號控制。在對基于車車通信的兩列城軌車輛進(jìn)行動態(tài)雙車跟蹤調(diào)試試驗的過程中，工程技術(shù)人員遇到了各種問題，為了在保障安全的同時達(dá)到雙車全自動調(diào)試試驗的最優(yōu)效果，工程技術(shù)人員通過協(xié)調(diào)各方，與供應(yīng)商配合分析解決了車輛與信號的接口問題、車輛能耗與牽引變電所容量匹配性問題，制定了有效的管理措施對試驗參與方資源進(jìn)行合理配置，成功完成了雙車跟蹤的動態(tài)試驗展示，保障了雙車動調(diào)試驗的安全進(jìn)行，本次實驗的過程和經(jīng)驗可對后續(xù)的此類試驗提供有意義的參考價值，為類似的故障處理提供指導(dǎo)方法。

關(guān)鍵詞：城軌車輛；車車通信；動態(tài)調(diào)試

中圖分類號：U239.5""""""""""""""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文章編號：1673?6478（2023）04-0037-04

Research on Dual Vehicle Fully Automatic Debugging Test Technology forUrban Rail Vehicle

DU Zhaotong GUI Hongbo LUO Sheng LI Wei WAN Songqi

（1. CRRC Chengdu Locomotive and Rolling Stock Co.， Ltd.， Chengdu Sichuan 610051， China; 2. CRRC Qingdao Sifang Locomotive and Rolling Stock Co.， Ltd.， Technology Center， Qingdao Shandong 266111， China）

Abstract： With the development of train?train communication technology on metro train， this technology is adopted for signal control in our company's new generation of metro train. Through the hole process in dynamic debugging tests of the two metro trains based on Train?train communication technology， engineers and technicians encountered various problems. To ensure safety and achieve the best results of the test， we solved the problem of the interface between the train and the signal by coordinating all parties and analyzing and cooperating with the signal supplier. The problem of the matching of energy consumption and the capacity of traction substations， effective management measures have been formulated to rationally allocate the resources of the test participants， and the successful completion of the dynamic test demonstration of dual?vehicle tracking， ensuring the safe conduct of the dual?vehicle dynamic adjustment test. The process and experience of this experiment can provide meaningful reference value for subsequent experiments of this type and provide guidance for similar fault.

Key words： metro train; train?train communication technology; dynamic test

0 引言

城軌車輛車車通信技術(shù)自提出以來，得到了眾多信號廠商和軌道交通行業(yè)技術(shù)研究人員的關(guān)注，該技術(shù)也被認(rèn)為是軌道交通車輛高效率運(yùn)行的重要解決方案[1?2]，是在有限的線路和車輛資源的前提下，提高運(yùn)量、降低成本的重要手段，同時也是下一代城市軌道交通列控系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。

首屆2021成都國際工業(yè)博覽會上展示了一款新一代全自動市域列車，該車輛的智慧全自動行車試驗平臺中運(yùn)用了車車通信功能實現(xiàn)車輛的全自動雙車跟蹤控制。該功能在試驗過程中需要在單條動調(diào)試驗線路上實現(xiàn)多個信號交路的測試，包括雙車高速自動運(yùn)行、對向行車、自動折返、雙車追蹤等功能。以往的動調(diào)試驗中未進(jìn)行過類似雙車試驗的測試項點，因此在保證安全的前提下，完成該項目的調(diào)試試驗對技術(shù)人員是一項挑戰(zhàn)。

1 基于車車通信試驗調(diào)試準(zhǔn)備

1.1 車車通信技術(shù)特點

結(jié)合該領(lǐng)域研究文獻(xiàn)，眾多高校科研人員及該技術(shù)解決方案供應(yīng)商均對此進(jìn)行了相關(guān)研究，概括來說，與現(xiàn)有的車地通信控車追蹤控制相比，基于該技術(shù)的雙車控制追蹤具有眾多優(yōu)點，如：優(yōu)化信號系統(tǒng)架構(gòu)，可節(jié)約成本20%～30%[3]；優(yōu)化列車折返間隔，可縮短約30%[4?5]；列車獲取移動授權(quán)的時間可優(yōu)化0.5s[6?8]，縮短列車追蹤距離10m。通過減少部分軌旁設(shè)備的部署，降低了項目建設(shè)及維護(hù)成本；同時通過車車直接通信的方式，減小了通信延時[9?10]。其中基于車車通信的車控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。

1.2 試驗場地條件

為了完成基于車車通信的雙車追蹤試驗，試驗技術(shù)人員對試驗所需的線路條件、車輛條件、人員配置等方面進(jìn)行資源的配置和策劃。

（１）線路條件：調(diào)試試驗在動態(tài)調(diào)試試驗線進(jìn)行，該線路為直線段，線路整體為東西向布置，試驗線路旁的桿位自東向西（運(yùn)行桿位T06～T68之間），桿位間距約50m，該線路經(jīng)兩次延長達(dá)到3km，中間有道岔（型號CZ2209A，9號道岔），在T49處有一個長約42m寬約10m的橋洞，該線路的試驗速度最高可達(dá)140km/h，滿足試驗高速110km/h追蹤的需求。

（２）車輛條件：若要使兩車進(jìn)行車車通信試驗，需兩車的信號系統(tǒng)為同一信號廠商，經(jīng)過設(shè)計調(diào)整實現(xiàn)該過程，增加機(jī)柜的配置和接口改造，在原車輛系統(tǒng)的前提下進(jìn)行適應(yīng)性改造，單車接口測試后須達(dá)到試驗要求。隨后，對所使用的兩列車進(jìn)行完整的靜態(tài)和動態(tài)試驗驗證，為了對高速追蹤做準(zhǔn)備，完成了高速140km/h的運(yùn)行試驗，同步完成信號系統(tǒng)動態(tài)調(diào)試驗證。

（３）人員及設(shè)備的配置：為確保安全，兩列車兩端均需司機(jī)1位，共4位司機(jī)；兩列車各配置1電工1鉗工，電工負(fù)責(zé)電氣作業(yè)，鉗工負(fù)責(zé)制動作業(yè)，共4人；試驗負(fù)責(zé)人各1人/列；信號方4人負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集及信號檢測，位于各車司機(jī)室；其余為技術(shù)人員，配置對講機(jī)，傳輸距離可覆蓋整個動調(diào)線。

1.3 基于5G的試驗數(shù)據(jù)實時傳輸

5G技術(shù)在制造領(lǐng)域具有較大的發(fā)展前景，不僅可以提高制造裝置的實時性和操控的準(zhǔn)確性，在遠(yuǎn)程的控制監(jiān)控和制造控制中，可以使制造業(yè)具備優(yōu)良的遠(yuǎn)程控制智能化，是制造業(yè)邁向智慧工廠的關(guān)鍵技術(shù)之一，通過使用該技術(shù)，可以使數(shù)控機(jī)床等數(shù)字控制設(shè)備的數(shù)字化生產(chǎn)線控制邁向更高的臺階，隨著寬帶的增加和遠(yuǎn)程延時的降低，可以達(dá)到對產(chǎn)品的高精度控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控報警，例如結(jié)合AR技術(shù)的運(yùn)用，可以在遠(yuǎn)程提供培訓(xùn)服務(wù)，可以遠(yuǎn)程實現(xiàn)設(shè)備的故障診斷和技術(shù)維修，突破傳統(tǒng)“車?路”分離控制的模式，通過車車協(xié)同控制，線路資源按需使用，優(yōu)化或重新架構(gòu)系統(tǒng)，實現(xiàn)列車自主運(yùn)行控制，支持不同制式的軌道交通的“四網(wǎng)融合”。

（１）基于5G的車車通信列車控制系統(tǒng)，實時交互列車運(yùn)行狀態(tài)，控制道路資源，實現(xiàn)靈活運(yùn)營。列車配置基于4G?LTE、5G、5G?Airlflash三條車地?zé)o線通道，由華為統(tǒng)一提供，滿足不同的業(yè)務(wù)需求。可承載信號、綜合監(jiān)控、PIS、CCTV、TCMS、PHM等系統(tǒng)；利用5G?Airlflash大帶寬，高速率、高緩存的特點，可把車載硬盤緩存數(shù)據(jù)，如CCTV、弓網(wǎng)檢測、走行部在線檢測等大容量數(shù)據(jù)向車站、車輛段、停車場等屬地進(jìn)行自動傳輸，實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的全網(wǎng)存儲、調(diào)取和管理，解決人工上車拷貝耗時耗力和存儲卡易損壞的問題，提升地鐵運(yùn)維效率。4G?LTE、5G雙通道提供實時性要求較高的數(shù)據(jù)傳輸，如信號、TCMS、PHM、綜合監(jiān)控、CCTV等?；?G技術(shù)可具備在線高清視頻直播功能，提高旅客乘車體驗?；?G技術(shù)配置可視緊急對講，通過聲音和視頻交互提高交流效率。

（２）項目整車TCMS系統(tǒng)采用中車青島四方的自主化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，整車網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)通信，遵循IEC61375?3?4標(biāo)準(zhǔn)要求，牽引系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、信號系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng)采用安全通信協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)通信，安全協(xié)議定義遵循IEC61375?2?3標(biāo)準(zhǔn)要求。對TCMS系統(tǒng)控制網(wǎng)、信號系統(tǒng)、煙火系統(tǒng)以及走行部在線監(jiān)測系統(tǒng)的多網(wǎng)融合，TCMS系統(tǒng)顯示器與信號系統(tǒng)顯示屏融合。構(gòu)建控制網(wǎng)服務(wù)網(wǎng)的集約型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，雙網(wǎng)隔離確保信息的安全、數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。其中控制網(wǎng)深度融合了列車控制系統(tǒng)和信號控制網(wǎng)，完成列車控制指令的傳輸；服務(wù)網(wǎng)深度融合了車輛維護(hù)網(wǎng)、走行部在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、煙火系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)等實現(xiàn)服務(wù)網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸。融合之后網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以有效減少交換機(jī)設(shè)備數(shù)量，減少空間占用，降低成本，降低列車重量；減少整車跨車通信電纜的數(shù)量，簡化列車布線，降低通信斷路故障率；同一網(wǎng)絡(luò)承載不同業(yè)務(wù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，診斷數(shù)據(jù)更全面；完成對全部子系統(tǒng)設(shè)備的單點維護(hù)。

2 基于車車通信試驗調(diào)試過程

依據(jù)上述技術(shù)特點，對車車通信試驗的試驗場景進(jìn)行策劃，主要考慮開展并完成不同試驗場景的動態(tài)調(diào)試測試試驗，試驗場景包括：（1）對向行車；（2）列車全自動高速運(yùn)行；（3）區(qū)間任意位置自動折返；（4）雙車區(qū)間列車運(yùn)行追蹤；（5）在以上場景演示停站過程中體現(xiàn)站臺精確停車；此外還包含部分研究性試驗。

2.1 試驗過程

相較既有的CBTC通信，車車通信TACS系統(tǒng)能實現(xiàn)在確保安全防護(hù)的前提條件下，在車車通信CBTC系統(tǒng)中，實現(xiàn)高速的小追蹤間隔的列車自主運(yùn)行控制，可顯著提高線路利用效率，實現(xiàn)更小的行車間隔時間。車車通信系統(tǒng)自主運(yùn)行追蹤演示如圖2：

（１）FAM模式對向行車

操作過程：司機(jī)手動操作01車獲取車輛定位，定位完成后切換信號系統(tǒng)，斷主控，將兩端VOBC開關(guān)切換至控制位；02車獲取定位后，斷主控，將信號機(jī)柜旁FAM空開合上；雙車進(jìn)入FAM模式控制；其余操作按照圖示要求操作，無須再進(jìn)行手動駕駛。

（２）全自動高速運(yùn)行（110km/h）

所需操作：02車運(yùn)行至西端，01車自東向西以110km/h速度運(yùn)行，至02車前端100m處定點高精度停車。

車車追蹤（110km/h）

所需操作：02車追蹤01車至試驗線東端，自動換端折返，隨后01車追蹤02車運(yùn)行，雙車追蹤速度試驗初限定為不超過30km/h，至02車前端50m處自動停車。

（３）區(qū)間任意位置自動折返（110km/h）

所需操作：列車01車到達(dá)02車尾端后，在T61桿位前停車，列車01自動折返；列車能實現(xiàn)自動換端，換端時間小于10s。

2.2 評價指標(biāo)

對車車通信試驗的量化評價指標(biāo)目前暫沒有完備的評價體系，在本次動態(tài)調(diào)試試驗中，本研究目前主要通過功能性的測試來確定試驗是否符合要求。

評價量化指標(biāo)以及具體的參數(shù)，將作為一項長期的研究性測試試驗進(jìn)行開展，同樣也是后續(xù)試驗的優(yōu)化目標(biāo)。

3 試驗要點

3.1 安全問題及措施

為防止車輛在試驗中發(fā)生端部冒進(jìn)或者追尾等意外事故，確保試驗過程的安全順利，我們制定了卡控防護(hù)措施：

在試驗線端頭對應(yīng)的司機(jī)室配置防冒進(jìn)裝置，型號GF?AOS?01，數(shù)量2臺，并進(jìn)行超速報警和EB環(huán)路的觸發(fā)設(shè)置。本試驗結(jié)合線路特點在東西端設(shè)置安全距離為100m，該裝置雖可實現(xiàn)端部冒進(jìn)防護(hù)但是對于雙車跟蹤場景的兩車距離預(yù)警以及防追尾碰撞的控制達(dá)不到使用要求。

針對上述問題，通過制定工藝操作規(guī)范，明確操作要點，需要擺車時，兩列車均須人工駕駛停至下一場景的起始位置，必須一列車先停到位后，另一列車再啟動，禁止兩列同時啟動。除特殊測試項點外，司機(jī)目視兩車之間桿數(shù)少于5桿時，按壓EB。

3.2 變電所容量

試驗線采用AC27.5kV接觸網(wǎng)供電，變電所牽引容量為10"000kVA，1.5倍負(fù)荷時其供電能力最大為15"000kVA，制動能量吸收裝置容量為1"000kVA。試驗選用的兩列車均為8編組6M2T，AW0、100%P下01車牽引功率約為6"840kW，02車牽引功率約為7"292kW，100%P時功率約在50km/h時可達(dá)到峰值，若同時達(dá)到則超過了變電所容量，在本次試驗中為了使兩列車達(dá)到最優(yōu)的追蹤效果，對牽引功率進(jìn)行了適當(dāng)?shù)南拗疲绫?所示。

綜上所述，為了達(dá)到最優(yōu)效果，切除01車的兩節(jié)車牽引力，切除02車的三節(jié)車牽引力；保證兩列車牽引共保留約6～7個車牽引，確保兩列車同時100%牽引時輸出電流小于牽引變電所保護(hù)電流400A，否則會超出牽引變電容量導(dǎo)致跳閘。

4 試驗結(jié)果

（１）對向行車

滿足要求：兩列車能實現(xiàn)對向行車，并停在安全防護(hù)距離位置。

（２）列車全自動高速運(yùn)行

滿足要求：列車001（市域車）能準(zhǔn)確地停在02車的尾部50m間距位置（即在T61桿位前停車）。

（３）區(qū)間任意位置自動折返

滿足要求：列車能實現(xiàn)自動換端，換端時間小于10s。

（４）雙車區(qū)間列車運(yùn)行追蹤

滿足要求：列車追蹤過程中，追蹤間距50m；站臺精確停車，對標(biāo)停車精準(zhǔn)度小于0.1m。

5 結(jié)論及展望

5.1 總結(jié)

在此次試驗的過程中，工程技術(shù)人員為了在保障安全的同時達(dá)到雙車跟蹤試驗的最優(yōu)效果，通過協(xié)調(diào)各方，與供應(yīng)商共同配合完成線路條件的布置、試驗車輛的接口改造、人員的配置，在共同保證試驗安全的前提下，解決了車輛能耗與牽引變電所容量匹配性問題，順利完成了基于車車通信試驗的多個場景測試，功能滿足預(yù)定的目標(biāo)。

5.2 不足及展望

試驗中同樣有不足之處，可進(jìn)行后續(xù)的改進(jìn)，如?下：

（１）評價量化指標(biāo)以及具體的參數(shù)，將作為一項長期的研究性測試試驗進(jìn)行開展，同樣也是后續(xù)的試驗的優(yōu)化目標(biāo)。

（２）雙車跟蹤場景的兩車距離預(yù)警以及防追尾碰撞的控制達(dá)不到使用要求；信號失效的情況下存在相撞風(fēng)險，在后續(xù)試驗中需要對防護(hù)裝備進(jìn)行改進(jìn)以滿足該使用要求，可選擇的技術(shù)方案包括激光雷達(dá)實時測距以及高精度，只能使用信號系統(tǒng)的實現(xiàn)和司機(jī)人工判斷；若信號未調(diào)試完成且人工疏忽，易產(chǎn)生追尾碰撞風(fēng)險，需對該裝備進(jìn)行改進(jìn)。

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