全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)車(chē)輛核心技術(shù)簡(jiǎn)析

趙洪濤

近幾年，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使城市軌道交通行業(yè)發(fā)生了革命性的變化。借助于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的、集成電路、電子元器件可靠性的提高、生產(chǎn)制造工藝技術(shù)的革新等，已使城市軌道交通系統(tǒng)的可靠性、安全性達(dá)到99 .99 %，達(dá)到列車(chē)完全由“自動(dòng)化”系統(tǒng)來(lái)替代人工駕駛的要求。近年來(lái)全自動(dòng)運(yùn)行地鐵在軌道交通領(lǐng)域日漸升溫，我國(guó)近年建設(shè)的新線，有多條為全自動(dòng)駕駛線路。

一，全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

全自動(dòng)駕駛列車(chē)的喚醒、出庫(kù)、停站、開(kāi)關(guān)車(chē)門(mén)、故障診斷、休眠以及洗車(chē)等控制操作均不需要駕駛員，完全自動(dòng)完成。與傳統(tǒng)的人工駕駛列車(chē)相比，其主要特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)如下：

1、提升運(yùn)營(yíng)安全性、可靠性

無(wú)人自動(dòng)駕駛系統(tǒng)不僅需要考慮運(yùn)行中的列車(chē)安全，而且要考慮到乘客及運(yùn)營(yíng)人員的安全;實(shí)現(xiàn)列車(chē)運(yùn)行全過(guò)程的自動(dòng)安全防護(hù)。人工操作易受主觀和外界因素的干擾，在安全性方面存在不確定性和不穩(wěn)定性，這也是導(dǎo)致軌道交通故障或事故的原因之一。全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)利用高可靠性和安全性設(shè)備，以及具有高精度、快速準(zhǔn)確的故障診斷分析與診斷功能，實(shí)現(xiàn)故障的快速定位，依據(jù)故障處理方案，遠(yuǎn)程或人工上車(chē)進(jìn)行故障的快速處理。

2、提升服務(wù)質(zhì)量

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的信號(hào)系統(tǒng)采用了基于無(wú)線通信技術(shù)的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)，通過(guò)與車(chē)輛的高精度控制系統(tǒng)的技術(shù)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)列車(chē)精確定位、高速運(yùn)行、實(shí)時(shí)跟蹤和自動(dòng)折返，有效地縮短了列車(chē)運(yùn)行間隔，提高了行車(chē)密度和旅行速度，可適應(yīng)大客流的需要。同時(shí)，通過(guò)增強(qiáng)列車(chē)上的視頻監(jiān)控和緊急對(duì)講功能，提高應(yīng)急處置能力。

3、優(yōu)化人力資源、降低運(yùn)營(yíng)成本

將司機(jī)從重復(fù)作業(yè)中解放出來(lái)，列車(chē)上可以配置乘務(wù)人員;提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，增強(qiáng)設(shè)備的自診斷功能，運(yùn)營(yíng)維護(hù)功能得到加強(qiáng)，降低了運(yùn)營(yíng)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。全自動(dòng)駕駛，擺脫了有人駕駛系統(tǒng)司機(jī)配置的制約;根據(jù)需要靈活調(diào)整運(yùn)行間隔，減少因人工參與而對(duì)運(yùn)營(yíng)效率的影響，提高系統(tǒng)對(duì)突發(fā)客流的響應(yīng)能力，，通過(guò)改變列車(chē)行車(chē)密度來(lái)滿(mǎn)足客流運(yùn)輸要求，大大提高運(yùn)輸能力。減少維護(hù)、管理、車(chē)輛駕駛?cè)藛T數(shù)量，以及人員培訓(xùn)等，有效降低運(yùn)營(yíng)成本。

二，全自動(dòng)駕駛車(chē)輛核心技術(shù)

與有人駕駛線路不同，對(duì)于無(wú)人駕駛的線路，原由司機(jī)完成的各項(xiàng)功能，需由設(shè)備系統(tǒng)完成。

列車(chē)，實(shí)現(xiàn)喚醒、自檢、出段、區(qū)間運(yùn)行、精確停車(chē)、開(kāi)關(guān)車(chē)門(mén)/ 站臺(tái)門(mén)、折返、回段和休眠等功能。

2.1 架構(gòu)要求

2.1.1 司機(jī)室內(nèi)裝設(shè)備配置

1）全自動(dòng)運(yùn)行車(chē)輛采用封閉式司機(jī)臺(tái)（有鎖閉裝置且具備防水防塵功能）;

2）開(kāi)放式司機(jī)室結(jié)構(gòu)（取消或可配置易拆卸后端墻系統(tǒng)），應(yīng)設(shè)置司機(jī)隔離區(qū);

3）取消司機(jī)座椅或可配置折疊隱藏座椅;

4）司機(jī)室側(cè)配置半高結(jié)構(gòu)電氣柜，柜頂設(shè)有防滑條，可放置行李;

5）取消或封閉司機(jī)室外露電氣件，功能失效。

2.2.2 列車(chē)控制及監(jiān)控系統(tǒng)

1）具備車(chē)載設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸和車(chē)地?cái)?shù)據(jù)無(wú)線通信功能;

2）數(shù)字量輸入輸出接口多，冗余度高;

3）支持遠(yuǎn)程復(fù)位、遠(yuǎn)程切除等故障復(fù)位功能;

4）支持蠕動(dòng)、雨雪等特殊模式、遠(yuǎn)程控制空調(diào)和照明等系統(tǒng)功能;

5）支持各系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)自檢，以及各系統(tǒng)運(yùn)行和故障信息上傳功能。。

2.2.3 障礙物檢測(cè)系統(tǒng)

全自動(dòng)運(yùn)行車(chē)輛應(yīng)設(shè)有障礙物檢測(cè)檢測(cè)系統(tǒng)，車(chē)輛碰撞障礙物時(shí)使列車(chē)產(chǎn)生緊急制動(dòng)，應(yīng)由TCMS記錄并上傳到OCC。

2.2.4 走行部在線檢測(cè)系統(tǒng)

全自動(dòng)運(yùn)行車(chē)輛宜設(shè)有走行部在線檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)車(chē)輛的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、軸箱、齒輪箱、電機(jī)等關(guān)鍵部位，對(duì)于故障進(jìn)行早期預(yù)警和分級(jí)報(bào)警，準(zhǔn)確指導(dǎo)車(chē)輛的運(yùn)用和維修。TCMS記錄并將處置建議上傳到OCC。

2.2.5 客室緊急手柄裝置

每輛車(chē)客室內(nèi)適當(dāng)位置宜配置客室緊急手柄裝置，當(dāng)客室內(nèi)發(fā)生火災(zāi)等特殊情況時(shí)，乘客可利用緊急手柄觸發(fā)報(bào)警，TCMS處置報(bào)警信息且上傳到OCC，同時(shí)聯(lián)動(dòng)視頻信息上傳到OCC，由工作人員遠(yuǎn)程通過(guò)緊急對(duì)講裝置指導(dǎo)車(chē)內(nèi)乘客進(jìn)行應(yīng)急事件處理。

2.2 功能要求

全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)的功能按照技術(shù)角度分類(lèi)，可以分為：

1、列車(chē)信息的采集與監(jiān)控：包括障礙物檢測(cè)、走行部檢測(cè)、、煙火報(bào)警聯(lián)動(dòng)、車(chē)載攝像頭聯(lián)動(dòng)、乘客緊急對(duì)講、乘客緊急拉手、車(chē)輛狀態(tài)的實(shí)時(shí)傳輸?shù)?

2、列車(chē)控制和故障診斷：包括休眠喚醒、車(chē)輛的上電自檢、靜態(tài)測(cè)試、動(dòng)態(tài)測(cè)試、、重新開(kāi)關(guān)門(mén)、自動(dòng)出入庫(kù)、自動(dòng)洗車(chē)、車(chē)門(mén)與站臺(tái)門(mén)的對(duì)位隔離等;

3、故障遠(yuǎn)程處理：車(chē)門(mén)遠(yuǎn)程隔離、空開(kāi)遠(yuǎn)程復(fù)位、轉(zhuǎn)向架遠(yuǎn)程切除、進(jìn)入蠕動(dòng)模式等;

2.3 性能要求

2.3.1 列車(chē)運(yùn)營(yíng)可靠性要求

服務(wù)故障： ????每組車(chē)平均無(wú)故障時(shí)間不小于6000小時(shí);

大晚點(diǎn)故障： ??每組車(chē)平均無(wú)故障時(shí)間不小于4500小時(shí);

碎修、列檢故障：每列車(chē)平均無(wú)故障時(shí)間不小于200小時(shí)。

2.3.2 車(chē)輛系統(tǒng)涉及安全的功能應(yīng)達(dá)到安全完整性等級(jí)下表要求：

三、小結(jié)

全自動(dòng)無(wú)人駕駛技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用尚在初級(jí)階段，全自動(dòng)無(wú)人駕駛的實(shí)現(xiàn)需要設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、供應(yīng)商等多個(gè)參與方確立共同的目標(biāo)、需求、功能，需要土建和系統(tǒng)的統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計(jì)，全自動(dòng)駕駛軌道交通在我國(guó)已經(jīng)有了良好的開(kāi)端，目前上海 10 號(hào)線實(shí)現(xiàn)了有人值守的全自動(dòng)駕駛，北京燕房線也在自主化系統(tǒng)集成、安全運(yùn)行技術(shù)及信號(hào)、車(chē)輛裝備的研發(fā)和制造等方面取得了階段性的成果。全自動(dòng)駕駛城市軌道交通系統(tǒng)是我國(guó)未來(lái)軌道交通建設(shè)發(fā)展的趨勢(shì)和技術(shù)制高點(diǎn)，應(yīng)認(rèn)真研究國(guó)內(nèi)外發(fā)展自動(dòng)駕駛的經(jīng)驗(yàn)，積極進(jìn)行探索和應(yīng)用，打破國(guó)外在該領(lǐng)域的技術(shù)壟斷和技術(shù)封鎖，實(shí)現(xiàn)軌道交通可持續(xù)的科學(xué)發(fā)展。