汪 沛

（卡斯柯信號有限公司，北京 100070）

隨著同一城市軌道交通線路的規(guī)?；ㄔO和網(wǎng)絡化運營，地鐵客流量大幅度增長，部分地鐵線路前期購置車輛的載客能力和運營間隔逐步無法滿足客流的增長需求，車輛升級擴容勢在必行。由于升級擴容車輛與既有車輛設計參數(shù)往往不同，這對信號系統(tǒng)設計提出了新的要求，在滿足保障運營安全、提高運營效率、不影響軌旁設備布置的前提下兼容既有車輛與升級擴容車輛的參數(shù)特征。本文梳理了信號系統(tǒng)對車輛參數(shù)變化的系統(tǒng)性設計，供后續(xù)增車項目參考，同時也對車輛方的車輛設計提出建議。

1 項目概況

以北京某線車輛升級擴容項目為例，某線已運營超過10年，既有列車10列，升級擴容新車8列，考慮在運營過程中發(fā)現(xiàn)的既有列車的不足，車輛方重新設計了升級擴容列車。

本文基于通信的列車自動控制系統(tǒng)(Communi cation Based Train Control System，CBTC)，研究升級擴容列車的參數(shù)變化對既有信號系統(tǒng)設計的影響，以便車輛方進行方案的制定選擇，同時為信號系統(tǒng)和車輛接口提供幫助。

2 升級擴容車輛對信號系統(tǒng)的影響

典型的CBTC系統(tǒng)：軌旁部分主要有計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)（CI）、列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)（DCS）、維護子系統(tǒng)（MSS），列車自動防護子系統(tǒng)和列車自動運營子系統(tǒng)合稱為列車自動控制子系統(tǒng)（ATC）[1]。ATC子系統(tǒng)含軌旁區(qū)域控制器（ZC）、軌旁線路控制器（LC）、定位信標和車載信號設備。

信號系統(tǒng)設計包括總體設計和子系統(tǒng)設計。總體設計是整個信號系統(tǒng)的設計基礎，為后續(xù)的子系統(tǒng)設計提供參考輸入[2]。子系統(tǒng)設計主要包含ATC、ATS、CI、DCS、MSS等方面，它們直接影響著項目的硬件設備和軟件數(shù)據(jù)。升級擴容列車設計的變化，均會影響到信號系統(tǒng)的相關設計。

1）對列車自動控制子系統(tǒng)ATC的影響

ATC直接與車輛進行信號車輛接口，包括硬線接口和網(wǎng)絡接口，同時ATC子系統(tǒng)還會結(jié)合總體設計中的定位信標、停車點等相關內(nèi)容進行車輛的精確停車控制。為滿足信號需控制車數(shù)增加的需求，軌旁ATC設備的ZC和LC需要進行軟件擴容，同時根據(jù)升級擴容列車新的車輛參數(shù)，重新對軌旁設備布置進行分析，確認軌旁設備是否兼容新的車輛設計。

2）對ATS的影響

ATS子系統(tǒng)主要根據(jù)列車運行時刻表對全線列車進行集中監(jiān)控，對運營實施控制，控制聯(lián)鎖區(qū)范圍內(nèi)的進路和信號[3]，車數(shù)的增加也會導致ATS的軟件擴容。

3）對CI的影響

CI主要負責信號機、道岔、計軸、站臺門的聯(lián)鎖控制，車數(shù)的增加也會導致CI的軟件擴容。同時新增車輛的開關門時延會影響車門屏蔽門的同步，車載信號系統(tǒng)需與CI綜合設計，以滿足升級擴容車的車門屏蔽門開關門同步的需求。

4）DCS和MSS根據(jù)新增車輛數(shù)量對軟件進行擴容

該礦體是槐樹坪金礦區(qū)主要的礦體之一，嚴格受F29斷裂控制，沿走向控制長度760m，沿傾向控制最大斜長710m，埋深約0～684m。走向330°～350°，傾向北東，傾角75°～87°，礦體最高金品位達9.06×10-6，平均品位為4.00×10-6，品位變化系數(shù)為68%，屬均勻型，品位隨傾向和埋深呈低-高-低特征；厚度為0.46～9.11m，平均厚度1.54m，厚度變化系數(shù)為110%，屬較穩(wěn)定型，其變化特征為傾角變陡，厚度變厚，傾角變緩，厚度變薄，沿傾向隨著深度變化礦體呈薄-厚-薄特征；礦體形狀總體呈不規(guī)則狀，多處無礦邊界為港灣狀。

綜上分析：對于新增車輛項目，軌旁的信號系統(tǒng)子系統(tǒng)均需進行軟件擴容以滿足信號系統(tǒng)控車的需求。在信號系統(tǒng)的初期設計中，建議信號系統(tǒng)提前核算在滿足最大運營效率前提下需求的列車數(shù)量，在軌旁軟件設計中提前進行容量的預留。該建議可以保障在新增車輛與既有車輛參數(shù)完全一致的情況下，不影響既有軌旁子系統(tǒng)，直接實施升級擴容項目。

3 信號系統(tǒng)設計實施

列車升級擴容一般采取兩種方案：一是與既有車完全保持一致；二是為了滿足現(xiàn)代化、實用性、舒適性等需求，對升級擴容的車輛進行重新設計[4]。某線升級擴容項目為方案二，配合新車升級擴容，信號系統(tǒng)設計需要進行相應變動以滿足需求。針對重新設計的列車，信號系統(tǒng)需與車輛重新進行接口談判，根據(jù)新的車輛參數(shù)和車輛設計重新進行信號系統(tǒng)設計，基于保障運營安全和保障運營效率的需求，對于升級擴容新車項目，信號系統(tǒng)要求升級擴容車輛不影響軌旁信號系統(tǒng)設備布置。

3.1 車輛參數(shù)

在升級擴容列車的信號系統(tǒng)設計中需重點考慮到列車的車長車重等物理特性、列車的緊急制動等性能特性、信號車輛的接口方式等各類參數(shù)，具體如表1所示。

表1 影響信號系統(tǒng)設計的車輛參數(shù)Tab.1 Vehicle parameters affecting signaling system design

3.2 方案設計

3.2.1 停車點設計

停車點的設計主要考慮車體中心與站臺中心對齊，保證每一個車門都能與屏蔽門對齊，不影響乘客乘降。對于增車項目，需不影響既有布置，此處需考慮車長和車載設備中信標天線安裝位置這兩個因素。

對于升級擴容車與既有車車長一致的情況，停車點可按既有配置實行，無需進行停車點的變更，此時只需考慮信標天線的位置。如圖1所示，對于列車頭尾冗余定位及精確停車，信號會根據(jù)列車停車后的信標天線位置布置第二接近信標、第一接近信標以及確保列車精確停車的精確停車信標。精確停車信標距離信標天線的距離為1～1.5 m，故新增車為了滿足精確停車的功能，需保證停車后信標天線滿足該安裝范圍，此處需車輛方進行車下設備布置時綜合考慮。

圖1 信標、停車點、信標天線位置Fig.1 Location of beacon, parking point and beacon antenna

對于升級擴容車與既有車車長不一致的情況，信號系統(tǒng)設計需按兩種車型最長車長考慮，將短車在設計層面虛擬成長車，保障列車停車后在軟件邏輯層面匹配同一個停車點。車輛方需根據(jù)信號系統(tǒng)提供的停車點，核算停車后的信標天線與精確停車信標之間的距離，設計信標天線的安裝位置，如圖1所示。

3.2.2 緊急制動時間影響

圖2 緊急制動時間參數(shù)示意Fig.2 Time parameters of emergency braking

緊急制動各參數(shù)主要影響信號系統(tǒng)的保護區(qū)段長度[7]、EOA距離、保護區(qū)段解鎖時間、緊急進路解鎖時間、緊急制動距離，時間參數(shù)越大，信號系統(tǒng)各相應的設計參數(shù)就會越大[8]，最終影響信號系統(tǒng)軌旁設備布置以及運營效率。

某線車輛升級擴容項目中，車輛方最初給出的緊急制動時間參數(shù)遠大于既有車，經(jīng)信號系統(tǒng)核算后不滿足既有軌旁信號設備的布置需求，同時極大地影響運營效率。經(jīng)信號方和車輛方溝通后，車輛方重新進行了設計，最終給出滿足需求的參數(shù)。

3.2.3 車門和屏蔽門的同步開/關

屏蔽門的開、關控制由車載信號設備來實施，它們之間的接口通過聯(lián)鎖子系統(tǒng)實現(xiàn)，聯(lián)鎖子系統(tǒng)作為車載設備與站臺屏蔽門中間橋梁，將車載的開、關門命令輸出到屏蔽門。

車門的開、關控制也由車載信號設備實施，它們之間的接口通過硬線實現(xiàn)。

升級擴容車相對于既有車，由于門控器和車門的區(qū)別，車門的開/關門延時存在一定的差異，信號層面是可接受的。為滿足車門和屏蔽門同步打開和關閉的需求，信號系統(tǒng)需要根據(jù)車輛方提供的車門開/關門延時進行軟件配置。以車門屏蔽門完全打開到位為例，開/關門時序如圖3所示。列車進入站臺區(qū)域停準停穩(wěn)后，為滿足車門屏蔽門同步打開到位的需求，信號輸出屏蔽門開門命令，經(jīng)時延后輸出車門開門命令（一般為2 s的脈沖信號），保證車門屏蔽門最終同步完全打開。關門同理。該時延需根據(jù)車門的開/關門延時進行考慮。

圖3 車門屏蔽門同步開/關門時序Fig.3 Time sequence of synchronous opening and closing of train doors and platform screen doors

某線車輛升級擴容項目，車輛門控器邏輯與既有車存在區(qū)別，信號系統(tǒng)根據(jù)新的車門開/關門時延參數(shù)重新設計車載信號軟件，最終滿足車門屏蔽門同步的需求。

3.2.4 接口總線變化

CAN總線是一種串行通信協(xié)議，傳輸速率根據(jù)傳輸距離的不同而不同，最高可達1 Mbit/s，能夠滿足短編組運營車輛TCMS數(shù)據(jù)的傳輸需求。MVB總線同樣是一種串行通信協(xié)議，屬于總線仲裁型網(wǎng)絡，傳輸速率為1.5 Mbit/s。MVB總線及協(xié)議相對CAN總線規(guī)定要更加嚴苛，能夠滿足各種車輛運營工況下TCMS的數(shù)據(jù)傳輸需求。這也保證了MVB在城市軌道交通車輛運用中的穩(wěn)定性[9]。

基于既有車輛CAN總線造成的種種困擾，某線車輛升級擴容項目將總線方式更換為MVB，信號與車輛TCMS的網(wǎng)絡接口也變更為MVB。信號與車輛的TCMS接口信息中，電制動使能信號、液壓制動使能信號、牽引制動級位信號為信號ATO控車的主要信號[10]，接口方式的變化會導致車輛牽引制動響應的變化。信號方通過測試，最終確認了不同電制動等級之間的響應延時、不同液壓制動等級之間的響應延時、電制動轉(zhuǎn)液壓制動的響應延時、不同牽引等級之間的響應延時，重新建立新的車輛模型，實現(xiàn)信號ATO精確控車，保障ATO模式下的舒適度和停車精確度。

4 結(jié)束語

某線車輛升級擴容項目，所有設計、軟件均通過評審，完成了室內(nèi)外測試，已進入載客運營階段。本文對初期的信號設計提出建議，軌旁設備為增加車輛做好容量預留，同時結(jié)合項目情況對車輛參數(shù)進行分析，在滿足既有信號系統(tǒng)軌旁設備和保障運營的前提下，明確對車輛參數(shù)的需求，要求新增車輛進行設計時，需同步考慮信號系統(tǒng)設計，避免影響整個信號系統(tǒng)的安全。同時也從信號系統(tǒng)設計角度評估可接受的車輛設計變化，根據(jù)新的車輛參數(shù)進行信號軟件的優(yōu)化，有效減少設計、安裝、調(diào)試的工作量，減少全生命周期成本，降低對運營的影響。