廣州地鐵A1型車防開門溜車技術的研究

謝 帥

（廣州地鐵集團有限公司，廣東廣州 510310）

1 概述

廣州地鐵一號線A1型車已運行近20年，車輛各系統部件都存在一定程度的老化現象，尤其是電子板件老化現象較為嚴重。DCU（牽引控制單元）作為車輛牽引系統的核心部件，其電子板件故障會引起牽引系統故障，動力丟失，甚至會導致列車溜車等安全事故。根據廣州地鐵車輛中心網站的數據統計，從2004年至今已發生近百起的列車溜車事件，近年來發生在站臺的溜車事件數量開始明顯增加，主要表現為：A1型車以ATO（自動駕駛系統）模式進站對標停車，列車停穩，車門及屏蔽門自動開啟后，列車出現后溜，APT（自動保護系統）使列車產生緊制，車門與屏蔽門自動關閉。在此期間如果有乘客上下車，很可能會導致客傷事件。對此，針對廣州地鐵一號線A1型車站臺溜車的故障展開調查與研究，并成功地進行了技術改造。

2 故障調查分析

根據廣州地鐵一號線A1型車車輛控制的原理，對列車站臺溜車的可能性展開調查研究，并通過信號采集與故障模擬，發現列車站臺產生溜車的原因是：列車ECU（制動控制單元）異常收到保壓制動緩解指令，由于站臺有坡度，列車因重力而發生溜車。

2.1 保壓制動緩解的原理分析

列車后溜實際上就是保壓制動（氣制動）緩解后沒有牽引力矩，在有坡度的軌道上產生滑行。

列車的牽引是由牽引控制單元DCU控制的。在DCU控制程序內部，把列車控制定義為21個狀態，每一種狀態用一個狀態編號和一個狀態名表示。表1列出了幾個跟下面分析相關的部分狀態。

正常的車輛保壓制動緩解過程如下（見圖1）：

（1）列車在站臺或者車庫啟動前，列車控制狀態處于初始狀態“0”，當符合條件1的時候，狀態轉為“2”，即進入預充電狀態；

（2）當列車接收到“牽引方向”信號，滿足“條件2”和“條件3”后，緊急制動緩解，保壓制動維持在施加位置，車輛狀態由“2”變為“21”，即列車處于待牽引狀態；

表1 車輛狀態

圖1 車輛保壓制動緩解條件邏輯

（3）列車處于待牽引狀態，保壓制動施加，當滿足“條件4”，列車狀態由“21”變為“23”，列車保壓制動緩解，此時通過司機臺主控手柄或者ATO給出的牽引參考值便可驅使列車啟動運行。

2017年3月17日對1A0910發生溜車故障的車輛車進行在線數據收集，在列車下行?？吭谖鏖T口站臺時，NI64通道記錄儀記錄下了正常的列車信號狀態。

列車正常停站到啟動，保壓制動指令有如下特點：

（1）在t1時刻，列車停穩（無速度信號），列車無牽引指令，有方向指令，保壓制動施加；

（2）在t2時刻，列車開始移動（有速度信號），列車有牽引指令，保壓制動緩解指令，并已建立了牽引力矩。

當1A0910下行運行停靠長壽路站臺時，列車溜車，隨后列車緊急制動，NI64通道記錄儀記錄下了該時間段列車信號狀態。

列車在站臺溜車時，保壓制動指令有如下特點：

（1）在t1時刻，列車停穩（無速度信號），列車無牽引指令，有方向指令，但保壓制動處于緩解狀態；

（2）在t2時刻，列車開始移動（有速度信號），列車無牽引指令，有保壓制動緩解指令，但并未建立牽引力矩，列車發生溜車；

（3）在t3時刻，列車因溜車，列車自動保護系統ATP使列車緊急制動、快速制動、常用制動回路斷開，列車同時產生緊制、常制、快制，不滿足條件4保壓制動緩解的邏輯（見圖2），列車施加保壓制動。

圖2 車輛狀態轉換圖

對比兩次收集到的正線數據，溜車時段，列車停站停穩，但仍然有保壓制動緩解指令的給出。

廣州地鐵一號線A1型車為六節編組，四動兩拖設計，根據其電路控制原理，保壓制動的緩解指令是在DCU接收到牽引指令后，其中央控制板A304板給出+5 V的電平使A313板的板件繼電器K3得電，常開觸頭閉合，保壓制動列車線110 V導通，ECU執行保壓制動緩解指令。而當任意有一個牽引控制單元DCU發出保壓制動指令時，六節車制動控制單元ECU都會執行保壓制動緩解指令。

在對1A0910車的檢查過程中發現，其中一節車的A313板的K7繼電器觸點處于卡合狀態，整列車一直處于保壓制動緩解的狀態，更換該繼電器后，列車正常。

圖3 保壓制動信號在DCU和ECU間的關系

2.2 列車受力分析

主要表現為：列車在站臺或折返線（有坡度的軌道）上啟動時發生后溜。經專業小組技術攻關后發現：大部分發生溜車故障時，列車在接收到牽引方向信號的同時，接收到常用制動指令，導致牽引系統不能正常充電，常用制動指令維持約1秒后撤消，列車隨后接收到牽引指令，使列車保壓制動緩解，但此時由于牽引系統沒能正常充電，因而沒有建立牽引力矩，導致車輛溜車；部分時候出現車輛牽引控制單元DCU內部一塊電子板上的微型繼電器偶然出現故障（見圖4、5），導致列車保壓制動異常緩解，造成列車在有坡度的站臺上出現后溜。通過更換該類型的微型繼電器，極大地改善了列車剛停站即出現后溜的現象。

圖4 DCU控制板件實物圖

圖5 DCU控制板件原理圖

然而近年來，由于車輛牽引控制單元DCU電子板件的使用時間較長，由板件誤給出保壓制動緩解信號的情況越發顯現，導致列車出現后溜的故障，對列車的安全運營會造成了很大的影響。

A1型車列車進站對標停穩，車門自動打開后，列車后溜緊制，車門自動關閉。對故障列車進行調查、研究發現，列車進站由制動力停穩后收到開門信號，但由于站臺軌道有3‰的坡度（一號線站臺除坑口、西朗外均有3‰的坡度），如圖6、7所示，一個DCU誤觸發保壓制動指令BHL，將導致整列車處于保壓制動緩解狀態，列車由于自重發生后溜，零速繼電器2K13繼而得電，列車產生緊制，同時開門使能繼電器失電，車門關閉。當司機方向手柄回零位后，列車有緊急制動力而停穩。

圖6 長壽路站下行后溜示意圖

列車在定員情況下(AW2)，車輪半磨耗（805 mm），在正線軌道上的相關參數如下：

列車重力：

G=mg 式中：m-定員載荷（AW2）時的列車重量為331.6 t；

列車坡道阻力：

不考慮風阻，列車產生后溜的力為：

F=G×sinα-f=68.16 kN (α -坡度取3‰)

后溜加速度為：

由此可知，當列車因所有氣制動緩解后無牽引力，產生后溜時，列車將以0.21 m/s2的加速度向后溜動，對乘客的人身安全將造成巨大的隱患。該故障對列車的安全運營會造成很大影響，以往解決方案已不能滿足目前一號線A1型車的現狀。因此提出對一號線A1型車防開門溜車的技術改造方案。

圖7 列車受力分析圖

3 改造方案

列車進站由制動力停穩，ATO模式給出開門使能、指令后，車門打開，此時正常情況下列車會有保壓制動力，但如果該車任意一個牽引控制單元DCU誤觸發保壓制動緩解信號BHL，將導致整列車保壓制動緩解。

為防止車門打開時，ECU收到保壓制動緩解的指令，可對保壓制動緩解指令回路做如下改造。

（1）在4節動車DCU發出保壓制動緩解指令BHL線路上串接單節車關門繼電器8K27、8K28的一對常開觸點43/44腳，通過利用列車冗余的備用線，實現線路回路的連接。原理示意圖如圖8所示。

（2）為防止改造后出現因4節動車同時出現車門故障(可能性極低)，引起保壓制動信號BHL均不能給出，在列車的2節C車加裝的串聯繼電器回路中再加入旁路。利用司機室車鉤旁路的旋鈕開關3S97控制，及其所控制的繼電器3K44的一對剩余常開觸點并入回路。

圖8 保壓制動緩解信號改造后的示意圖

本方案利用車輛B、C車電子柜與電氣柜相連的備用線，8K27、8K28、3K44繼電器，3S97空余的觸點本身回路進行改造，改造成本較低，作業簡單，能有效地解決車輛停穩、車門打開，車輛后溜的問題。

目前廣州地鐵一號線A1型車車輛均已根據該方案改造完成，運行超過2個月，未再出現一起開門溜車的安全事件，證明了該方案安全可行。

4 結論

由于廣州地鐵一號線A1型車設計之初，將制動控制單元的保壓制動緩解設為了并行控制，即任意一節動車的牽引控制單元發出保壓制動緩解指令后，六節車的制動控制單元均會緩解保壓制動。由于A1型車牽引控制單元板件使用已超過20年，板載繼電器等部件性能下降，牽引控制單元誤觸發保壓制動導致列車開門溜車的事件日益頻發，對列車正線的運營造成了極大的安全隱患。通過對故障原因的深入調查分析，提出了改造方案并全面實施，消除了列車開門溜車的安全隱患，同時為車輛維護人員自主解決車輛長期存在的慣性難題提供了寶貴經驗，提升了列車服務水平。

參考文獻：

［1］Adtranz.廣州地鐵一號線車輛描述［Z］.德國：ABB Daimler-Benz Trans portation，1997.

［2］邢良平.廣州地鐵一號線軌底坡調整［J］.鐵道標準設計，2004（5）：56-57.

［3］韓春梅，鄧世舜，趙振江.地鐵運營風險管理［J］.現代城市軌道交通，2006（4）：59-61.

［4］趙惠祥.城市軌道交通系統的運營安全性與可靠性研究［D］.上海：同濟大學，2006.

［5］張楊.廣州地鐵一、二、八保持制動緩解控制設計［J］.技術與市場，2013（5）：76-79.