贵阳地铁1号线列车自动驾驶模式欠标故障分析.pdf
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1、15交通科技与管理智慧交通与应用技术0引言贵阳地铁 1 号线的制动系统是以“架控”为方式的制动控制系统,其中“架控”指的是一个转向架一个转向架进行控制,制动系统的 EP 阀内设监控设备,具有自诊断和故障记录功能,它能在司机控制器或 ATO 的控制下对列车进行阶段或一次性的制动与缓解1。车载ATP(Automatic Train Protection,列车自动防护)是地铁信号系统在正线行车中确保行车安全的一道最重要保障,它除了可以为电客车提供速度与前一站的间隔预期曲线,还可以监测电客车车门打开或者关闭状态以及下一站站台门的状态、检测电客车产生后溜等。车载ATP 不但能够实现 3 种信号级别的列车
2、防护,而且能在电客车自动驾驶模式激活后为其提供必要的信息,为信号显示屏提供状态信息等,实现上述功能的前提是需要它与地面应答器或者 ZC 系统进行通信。贵阳地铁 1 号线电客车在正常制动过程中,空气制动与电制动的施加是通过列车级制动指令实现的,并且在速度高时优先采用电制动,如果电制动无法满足此时所需的制动力需求,不足的制动力将平均分配到每节车进行补充。1列车欠标事件分析收稿日期:2023-09-14作者简介:钟向前(1995),男,硕士研究生,助理工程师,从事城市轨道交通设备维保工作。贵阳地铁 1 号线列车自动驾驶模式欠标故障分析钟向前(贵阳市城市轨道交通运营有限公司,贵州 贵阳 550000)
3、摘要地铁自动驾驶功能在经历过不断改进后,目前已广泛应用于各大地铁的运营当中,该功能为地铁高效安全运行、减轻司机驾驶压力起到了很大的作用。文章主要介绍了贵阳 1 号线在自动驾驶模式下发生的欠标事件,针对造成欠标的列车空转滑行逻辑进行了分析,包含列车制动级位与实际施加制动力的相应对比情况等,旨在通过此故障对列车发生空转滑行的处置措施进行优化,降低列车在正线晚点的可能性。关键词自动驾驶;地铁电客车;列车欠标;空转滑行中图分类号U279文献标识码A文章编号2096-8949(2023)23-0015-04 图 1列车速度曲线图1.1故障现象2018 年 7 月 3 日,上 午 7:38,行 调 报:1
4、14 车以 AM 模式运行至八鸽岩下行进站时欠标 50 cm,后续进站对标正常。1.2故障原因由于气候原因早晨轨面湿滑,且 ATO 模式下小制动突然变成大制动,导致车辆打滑。制动系统检测到滑行,从而切除电制动,提前使用气制动控车,气制动的施加与缓解通过气缸的充气与排气进行,其响应时间对比电制动偏慢,因此其控车精度不如电制动,导致了此次的欠标故障。1.3故障分析114 车从南垭路下行出站后的列车速度折线图,如图1 所示,横坐标为列车从南垭路出站至八鸽岩进站停稳的时间(07:31:3207:33:48),纵坐标为这段时间内的列车速度,从速度曲线中能够看出,在 AM 模式下,列车在 07:31:55
5、 时达到该区间的最高速度(69.7 km/h)。由于电客车常用制动采用的是电空混合方式,在速度较大时优先采用电制动,当列车速度小于 5 km/h 时,电制动开始缓慢淡出,当速度低于 3 km/h 时,电制动完全切除。因此在区间达到最高速度后,列车开始施加电制动控制速度不再升高,保持平稳。制动级位与对应施加电制动力的响应图,如图 2 所示,从图中可以看出,在电制动施加过程中电制动力与级位的需求值均是匹配的,只是在最后阶段(红框标注的区间),级位的需求值发生了很大变化,从小制动变为大制动,从列车执行 ATO 的 40%的制动瞬间增加至ATO 输出的 100%的制动(时间为:7:33:117:33:
6、12,间隔仅为 1 s),此时需要信号进行说明。2023 年第 4 卷第 23 期16交通科技与管理智慧交通与应用技术图 2制动级位与电制动力响应曲线图由于气制动提前施加,所以从切除电制动到列车停稳的这段时间,电客车施加的制动均为气制动,气制动的施加与缓解是通过制动风缸的充气排气完成,制动风缸充排气是一个机械过程,需要一定的反应时间,与级位需求值这种电气值的变化相比会有延时和误差,对车辆对标的准确度会有影响,这也是为什么常用制动中优先使用电制动,待速度降低到很小时才使用气制动的原因。图 2 可以看出整个过程制动力相对级位的变化虽有一定的延迟,但这是正常情况,车辆均及时响应对应的制动级位需求值。
7、图 3制动级位与气制动力响应曲线图制动级位与对应施加气制动力的响应,如图3所示,图中有一个制动级位为 0 的区间,也就是红框标注的部分,此时可以看到制动级位突然降为 0,而气制动仍在施加,这是因为此时司机发现列车对标不准确,有些欠标,因此司机操作了手柄,进行手动对标,此时手柄处在牵引级位,故制动级位为 0。司机操作了手柄,驾驶模式从AM 转为 CM,而 AM 模式下车停稳后气制动会逐渐施加到最大值,此时模式进行切换且切换瞬间输出了牵引指令,制动缸的气压不能瞬间降为 0,所以导致制动级位为0 后一段时间,气制动还保持着。最后当列车对标准确并停稳后,制动级位输出至 100%,气制动也相应动作。1.
8、4故障结论经分析数据发现,列车制动力响应对应级位值正常,车辆牵引制动功能正常。调查中发现,导致此次欠标的原因是后通段由于气候原因早晨轨面湿滑,且 ATO 模式下小制动突然变成大制动,导致车辆打滑,制动系统检测到滑行,从而切除电制动,提前使用气制动控车。而气制动控车的精度不如电制动,导致了此次的欠标故障。2列车控制逻辑原理2.1切除电制动逻辑原理当列车需要输出制动指令时,列车控制系统(TCMS)首先检测制动列车线此时处于失电状态,然后 VCU 输出制动指令,该指令通过列车 MVB 网络发送给包含制动系统等其他子系统。电空混合初期,制动系统没有收到实际电制动力时,牵引系统将发送当前工况下能达到的最
9、大电制动力值给VCU,VCU 转发给制动系统,制动系统以此值进行电空混合;2 s(在调试阶段确定)后通过牵引需求参考值计算出制动力需求值,VCU 将该需求值发送给牵引与制动系统。在接收到此需求值与牵引系统发送的电制动力值后,制动系统将比较牵引系统的电制动力值与制动需求值的大小,如果发现不足,制动系统将不足的制动力平均到每节车厢进行气制动补充2。当列车进入下一站站台即将停车时,直接施加大制动来停车,此时不论是否存在牵引指令,都以制动指令为准,若同时存在大小两种制动需求,则优先响应大制动需求。当电客车由于牵引系统部件设备原因出现故障影响电制动力施加时,由气制动补充相应故障单元的制动力,只要保证所需
10、最大黏着系数在 0.0380.043 的范围内即可。当列车出现故障需要限速时,将以最低的限速值执行限速,例如此时 3 个牵引控制单元故障需要限速30 km/h,速度大于 32 km/h 将施加制动降低速度,当速度小于 28 km/h 时所施加制动将消失。在制动工况下,满足以下条件电制动力将被切除:气制动开始缓慢介入电制动减小的速度点是随机的,与级位大小相关;电制动力切除将以减速度变换率 K的曲线减小,K 的值为 1 m/s3;电制动力在列车速度小于 1.5 km/h 左右完全退出;牵引控制系统发出电制动退出信号后至执行此退出指令会有响应时间 t1,t1=400 ms。电制动切除曲线,如图 4
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