論車載信號與車輛系統接口分工方案

曹啟濱

（北京市地鐵運營公司通信信號公司，北京 100038）

城市軌道交通列車車載信號系統即列車自動控制（ATC）系統，車載ATC由列車自動防護（ATP）和列車自動駕駛（ATO）兩部分構成。車載ATC系統是對列車安全精確運行起到關鍵控制作用的指揮棒，因此ATC系統與車輛系統存在著眾多設備和管理上的分工界面，本文著重對此方面接口進行論述。

1 車載ATC系統的構成

城市軌道交通ATC系統包括車載ATC主控計算機單元、ATC網絡交換機、ATC網絡中繼器、列車測速單元、車載信號無線通信單元（如波導系列、自由波系列等）、列車定位信標天線、車載信號顯示單元、駕駛模式及操作按鈕、車載信號用繼電器等。

1.1 車載ATC主控計算機單元

車載主控計算機單元是ATC設備的核心，為列車安全準確運營提供授權保障。車載ATC的控制軟件、數據程序存儲在主機中，由主機程序對列車運行的位置、速度、線路條件、區間及車站聯鎖等信息進行處理，并通過主機相關的輸入/輸出集成電路板將ATC控制指令向各執行部件進行通信傳遞。車載信號控制框架如圖1所示。

1.2 ATC網絡交換機及網絡中繼器

車載信號系統的檢測部件、執行元件、車輛接口、兩端駕駛室主控計算機均需要實現數據通信，因此信號系統在全車均布置有以太網絡，ATC網絡交換機用于實現主機與各設備部件間數據通信傳輸。考慮到6輛編組的列車全列車長在100 m以上，為有效彌補信號傳輸中的損耗，需要在以太網絡中布置放大單元，通常在列車連接處附近布置信號設備專用的中繼器。

1.3 列車測速單元

ATC系統直接關系列車安全運營，一般車載信號ATC系統擁有與車輛相獨立的速度測量裝置，如編碼里程計，安裝在兩端駕駛室第一輪對側面，常使用在非動輪上，測速電機將檢測到的速度信號變換成網絡能夠傳送的電信號送給ATC主機處理。

1.4 車載信號無線通信單元

基于無線通信的移動閉塞系統——CBTC需要實時高速的車-地無線數據通信，無線單元用于實現列車ATC與軌旁ATC設備的通信，常見的無線通信系統有裂縫波導管系統、自由波天線系統和漏泄電纜系統。

1.5 列車定位信標天線

列車ATC通過采集地面定位信標信息來獲取定位，并可以獲得有效的移動授權。列車讀取信標的設備是信標天線，此天線安裝在列車駕駛室下方，在轉向架附近水平吊裝，用于與安裝在走行軌內側的定位信標實現高速點式數據上傳通信。

1.6 ATC顯示單元

顯示單元DMI是將車載計算機輸出的信息、指令以固定的文字、圖形顯示在ATC顯示屏幕上，供列車駕駛員參考和操作決策。DMI是人-機交互的主窗口，對ATC使用起關鍵指引作用。

1.7 駕駛模式及操作按鈕

列車駕駛模式包括CBTC、點式后備BM、人工限制RM、非限制EUM等操作模式，有自動駕駛AM、人工手動駕駛CM等操作模式。相應的模式選擇有操作臺上的按鈕、旋鈕開關、指示燈及關聯的繼電器等。

1.8 車載信號用繼電器

車載ATC涉及的車載繼電器包括有模式選擇繼電器，如RM、BM、CBTC、ATO選擇等。包括了列車零速指示繼電器、列車牽引切除與制動施加請求繼電器、列車完整性繼電器、激活司控鑰匙繼電器、車門鎖閉繼電器、緊急制動回路繼電器等。按繼電器工作性質分為操作動作系列，也包括狀態指示系列。

2 車輛系統與ATC有關的部分

2.1 電源部分

列車通過第三軌或架空接觸網獲取高壓電供列車牽引，并通過SIV輔助供電單元向車內照明、通風及其他各弱電系統單元提供專用電力支持。ATC主機、交換機、網絡系統、顯示單元的電力均來自車輛輔助電源，并且在車輛電源柜內配置了相應的斷路器。

2.2 吊裝架部分

車載ATC系統的測速電機、信標天線、無線通信單元天線屬于吊裝在車體外部的部件，俗稱ATC車下3大件。其安裝固定螺栓、接地辮、綁線柱、固定支架等均由車輛提供，因此，吊裝架的牢固可靠對車輛設備安全運行影響重大。一旦支架脫焊、垮塌等會造成車體懸掛設備遺落在軌道上，將對車輛安全運營造成嚴重威脅。

2.3 列車各機柜箱體

列車機柜箱體包括位于駕駛室的車輛電氣柜和信號ATC設備機柜、通信電臺及列車廣播、圖像設備機柜等，還包括部分位于客室內的箱體，如列車連掛處的中繼器柜、座椅下方的無線單元引線柜等。這些機柜對保護乘客和操作人員安全、設備安全防護、防塵防水等都有很重要作用。

2.4 繼電器及配線

ATC作為列控重要單元，與車輛實時互動。車輛的零速信息繼電器、牽引切除指令、制動施加指令、車門關閉且鎖閉完好指令、列車完整性指令、緊急制動施加或緩解指令均是車輛提供的，由車輛輸出給車載信號的信息。

列車ATC系統的部件間通過以太網絡、列車總線實現連接，其控制線纜通過列車線纜槽按照電氣布線規范綜合設計布置，通常大部分的設備線纜和幾乎全部的列車線纜都由車輛專業負責維護和管理，線纜與配線問題是ATC與車輛相交叉的重要部分。

3 ATC與車輛系統接口及分工

3.1 電源系統

ATC系統的電力支持完全通過車輛受流變流后輸出，在無高壓送電時，利用車載蓄電池供電。電源系統包括與ATC相關的各模塊的斷路器、接觸器等，建議由車輛專業負責。ATC系統除部分部件的供電，如編碼里程計測速單元、信標天線單元的低壓電源是由ATC系統有關處理器板件負責供電，其余部件均分配給車輛接口方面。

3.2 ATC部件

ATC各部件均應由信號專業負責日常的維修巡檢作業、故障處置、備件購置存儲和使用等工作，但涉及配線和拆卸車輛地板、箱體、線纜等操作，應由信號專業提出申請，由車輛維修單位根據需要提供必要的支持與配合。

3.3 配線

一般地，車輛與信號的配線同線纜槽、同溝道鋪設，線纜的分工通常由車輛維修單位統一管理，如果是信號系統單獨布線，應由信號維修方負責。按鈕及開關設備按照設備歸屬劃分，但鈕、鍵背后的配線依然需要根據線纜布局，由車輛部門統一接收管理。

3.4 繼電器

ATC與車輛專業最為主要的接口就是繼電器，繼電器由一方控制吸起或落下，而由另一方采集繼電器的狀態，也就是控制繼電器的一方是輸出端，采集狀態的一端是輸入端。通常在分工界面上認為，繼電器歸屬于令其勵磁的一方，也就是將繼電器的管理和維修責任歸屬于繼電器的輸入端口，輸出端口僅僅負責采集繼電器的狀態，不負責該繼電器的維修保養工作。如零速信息這一項目，列車在低于3 km/h時，ATC系統向車輛提出零速請求，要求車輛切除牽引并施加制動，這一繼電器的動作是ATC主控的，因此繼電器管理責任在ATC方面；當列車收到ATC請求后，完成牽引的切除和制動的施加，即保持制動到位后，觸發停穩信息，這個繼電器的動作就是由車輛提供的，因此停穩繼電器的管理責任應屬于車輛。

還有一種劃分ATC與車輛的常用辦法，就是依據圖紙對ATC旁路圈掉的繼電器歸屬信號方。一旦發生某個故障，相應繼電器動作異常時，若表現為ATC故障，切掉ATC防護。列車在EUM非限制狀態故障消失的，可以將此繼電器交給ATC負責。若ATC旁路后故障現象依然存在，則一般與ATC無直接關系，建議車輛專業負責。

4 ATC與車輛系統接口常見問題及處置

軌道交通車輛在運營中發生各類影響運營情況后，需要車輛和車載信號維修人員認真分析設備存在的問題。特別是涉及接口問題的應本著實事求是、共同協作、嚴謹負責的科學工作態度查明原因，制定整改措施，防止故障再生。

4.1 電源問題

車載計算機突然掉電、顯示屏幕黑屏，造成列車緊急制動時，可以排查供電回路。車載計算機及顯示單元發生非掉電故障時，會通過指示燈位告警、觸發列車緊急制動等方式反映出來，但不會自動切斷電源。黑屏、掉電現象多與電源接線有關，需要徹底查明有無信號設備接頭松動、插接不實現象，對應的斷路器有無脫扣。如果斷路器跳開，還應查明設備是否存在短路接點。

4.2 ATC部件

ATC部件損壞造成工作異常，需要對設備硬件功能、軟件配置進行查驗，特別注意有無外部損傷發生，如車外吊裝設備可能因侵界造成劃傷脫落等。

4.3 配線

車輛在高速、高震動條件下工作，接口容易發生松動，特別是按鈕因頻繁觸動加快了線纜老化和虛接的可能性。發生配線類問題，必須及時排查緊固，并試驗良好。在日常的巡視中，應強化維修責任、細化維修巡檢的流程，減少和避免維修和管理松懈造成的營運故障。

4.4 繼電器

車輛及ATC都有自己的行車記錄軟件，通過調取日志記錄能夠分析出列車運營過程中各部件運行狀態、接口通信狀態等信息。發生涉及繼電器問題時，首先要調閱雙方記錄信息并認真分析，確認是收方還是發方造成的故障點，做出故障點繼電器定位，有針對地排解。

5 總結

本文針對車載信號與車輛系統接口涉及的設備、功能以及分工進行了簡要論述，針對列車上存在車輛和信號兩個維修部門需要相互協作的特點，重點對接口的分工方法、接口常見問題進行了分析，對當前軌道交通車載信號與車輛專業系統的分工界面提出個人的見解。

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