成都地鐵17號線壓力波動保護系統控制邏輯研究

邱恒偉

摘 要：無論是在配有車內壓力波動保護的高鐵還是地鐵車輛上，目前普遍使用氣體快速推動氣缸使空調新風口上的風門關閉，避免車外面的壓力波動影響到車內氣壓強烈變化。不同以往的壓力波動保護控制方法，本文以成都地鐵17號線為例，研究了以電為驅動的壓力波動保護控制系統，給出了以電為驅動的車內壓力波動保護控制方案。

關鍵詞：壓力波動;氣缸;電動;控制

沒有配備車內壓力波動保護控制系統的列車在快速過隧道、風井、兩車相會運行時，由于列車外面的空氣壓力突然變化，導致列車內部壓力變化，最終引起車內乘客耳鳴、胸悶等不適癥狀。[1]所以新造的一些列車慢慢對這方面提出了需求。以往的車內壓力波動保護控制系統一般以氣體驅動為主。電動比氣動。本文以成都軌道交通17號線地鐵車輛采用新型被動式壓力保護系統為例，研究了以電為驅動的壓力波動保護控制方法。

1 車內壓力波動系統控制模式概述

由于地鐵車輛運行線路固定，車輛在線路運行過程中壓力波動較大的位置點可通過經驗判斷、仿真分析計算以及線路試驗確定。當列車通過運行線路上壓力波動大的區段時，空調控制器接受車輛網絡系統下發的相關指令，控制客室空調機組及廢排裝置內部的壓力保護閥開啟與關閉，保證客室內壓力波動滿足舒適度要求。[2]

根據控制方式、控制級別的不同，可以將壓力波動系統的控制模式分為2種：全自動壓力波動控制和半自動壓力波動控制。

1.1 全自動壓力波動控制

根據地鐵信號系統給出的車輛位置信息，車輛主控制器經過數據對比和計算，通過網絡直接下發壓力保護閥的開啟與關閉信號給空調，由空調執行壓力保護閥的開啟和關閉。原理如下圖1所示。

1.2 半自動壓力波動控制

根據車輛網絡系統給出的站點代碼、車輛運行速度等信息，空調控制器經過車輛位置計算及數據對比，下發壓力波動控制信號觸發壓力保護閥的開啟和關閉，原理如下圖2所示。

兩種壓力波動控制模式適用于不同列車駕駛運行工況，全自動壓力波動控制一般僅適用于無線網絡信號正常的駕駛模式（如ATO駕駛模式）;半自動壓力波動控制不依賴于地鐵信號系統傳送的數據，適用范圍較廣，只要車輛網絡通訊正常即可，故以下針對半自動壓力波動控制邏輯進行研究分析。

2 半自動車內壓力波動控制邏輯

半自動壓力波動控制邏輯包括兩個方面：一是預進入壓力波動控制區端的壓力保護閥關閉的觸發邏輯;二是駛離壓力波動控制區段的壓力保護閥開啟的觸發邏輯。兩者控制邏輯都是基于列車實際運行的位置與預存的壓力波動區段位置做離站距離比較，觸發壓力保護閥的開啟和關閉;但前者在觸發閥門關閉之前，需對列車進入壓力波動控制區段的速度進行預判，若列車到達壓力波動區段起點位置速度大于90km/h則采取壓力波動保護控制。

2.1 壓力波動控制區間確定方法

2.1.1 示例一 連續風井

以成都軌道交通17號線地鐵明關站至九江北站的站間線路條件為例，列車行駛明九站間需通過兩個風井（如下圖3），壓力波動控制區間確定方法如下（設風井壓力區間通過線路實測已確定）：

設A、B為明九區間的起點及終點，C、D為1號風井壓力區間，E、F為2號風井壓力區間，G、H為關閥信號下發位置點，I、J為開閥信號下發位置點;列車長為Lc≈190m;開閥或關閥動作這段時間內的行車距離為Lg=T×38.9 m/s≈310m

（1）若HI < 2×Lg≈620m（其中T=T1+T2，T1為電動壓力保護閥動作時間，約5s;T2為時間余量，定為3s），則：

明九站間的壓力波動控制區間為CF，且空調控制器下發壓力保護閥關閉信號和開啟信號的位置分別為：

GA=CA-CG=CA-Lg= CA-310m;

JA=FA+Lc=FA+190m。

（2）若HI > 2×Lg≈620m，則：

明九站間的壓力波動控制區間分別為CD、EF，且空調控制器下發壓力保護閥關、開信號的位置分別為：

GA=CA-CG=CA-Lg= CA-310m;

IA=DA+Lc=DA+190m;

HA=EA-EH=EA-Lg= EA-310m;

JA=FA+Lc=FA+190m。

2.1.2 示例二 通過隧道

以成都軌道交通17號線地鐵黃石站至市五醫院站的站間線路條件為例，期間包含隧道洞口。

同設A、B為黃石至市五醫院區間的起點及終點，C、D為隧道壓力區間，G為關閥信號下發位置點，I為開閥信號下發位置點;列車長為Lc≈190m。

黃石至市五醫院站間的壓力波動控制區間為CD，且空調控制器下發壓力保護閥關、開信號的位置分別為：

GA=CA-CG=CA-Lg=CA-310m;

IA=DA+Lc=DA+190m。

2.2 信息預存及調用

2.2.1 該觸發控制模式下，空調控制器需預先存儲以下信息

（1）全線路所有站點的區間距離信息（或有壓力波動控制需求的站點區間距離信息）——來源：設計院分界里程;

（2）需進行壓力波動控制的區間（隧道進出口、風井等）距離信息——來源：設計院分界里程、仿真分析計算及線路試驗。

2.2.2 實際線路行駛時，空調控制器需實時調用以下信息——來源：車輛網絡系統下發

（1）運行方向（向前或折返）;

（2）當前站點信息（或 車站站臺代碼）;

（3）實時運行速度;

（4）離站運行時間。

2.3 控制邏輯闡述

基于以上，壓力波動控制邏輯流程如圖5所示，當列車激活端司機室車頭距壓力波動區域Lg時（約310m），且運行速度大于87 km/h（即列車加速運行，到達壓力波動區段起點位置速度大于90km/h;車輛AW2載客量下的平直道加速度如下圖5）時進行壓力保護閥的關閉觸發;當列車車尾駛離壓力波動區域時，相當于車頭駛出該區域達車長Lc時（約190m）進行壓力保護閥的開啟觸發（位置對比期間，若列車即將進站，車輛速度小于30 km/h，則提前進行壓力保護閥的開啟）。

3 控制模式優先級設計

上述車內壓力波動控制方法，其中電動壓力保護閥所包含的空調機組新風閥門和廢排裝置廢排閥門為正聯鎖控制，預冷模式和停機模式除外;且風閥開啟或關閉控制的優先級別由高至低依次為火災模式、緊急通風模式、壓力波控制模式和正常控制模式。

4 總結

本文以成都軌道交通17號線地鐵為例，研究了以電動為驅動的車內壓力波動保護系統的控制邏輯和方法。電驅動相比氣動硬件成本上要低，也免去了單獨給該系統設計氣動管路的麻煩，以電為驅動的車內壓力波動保護系統必將越來越收歡迎。

參考文獻：

[1]張玉剛，劉渠海.高速動車組車內壓力保護系統分析.山東工業技術，2019（01）：43.

[2]梁永全.成都地鐵17號線空調系統控制方案.廣州鼎漢軌道交通車輛裝備有限公司，2018.