地鐵車輛車門安全聯鎖環路的設計

趙 虹 林 業

(中車南京浦鎮車輛有限公司，210031，南京 ∥ 第一作者，工程師)

地鐵車輛每個客室門均設有緊急解鎖裝置，用于在突發意外情況下乘客自主開啟車門疏散逃生。對于乘客操作緊急解鎖后列車運行狀態及車門狀態的設置，各地鐵運營公司及車輛主機廠各有權衡。據此，中國城市軌道交通協會提出了規范性文件，對緊急解鎖相關功能提出了統一的原則性指導建議。本文結合CZJS/T 0022—2015《城市軌道交通車輛與信號系統接口技術要求(范本)》(試行版)要求，針對不同結構緊急解鎖裝置設計合理的車門安全聯鎖環路，旨在保障乘客安全并提高運營效率。

1 地鐵車輛緊急解鎖裝置

1.1 規范要求

在信號控制模式或車輛控制模式下，CZJS/T 0022—2015《城市軌道交通車輛與信號系統接口技術要求(范本)》(試行版)要求：

1) 對于在區間運行的列車，操作車門緊急解鎖時不會觸發緊急制動停車，列車運行到下一站時才停車開門；對于從車站起動的列車，操作車門緊急解鎖，當運行距離小于半列列車時將觸發列車緊急制動，當運行距離超過半列列車時則列車繼續運行。

2) 如果列車在區間內停車且無法開動，乘客操作緊急解鎖裝置，由司機在一個延時時間內決定是否允許手動打開車門。如司機在延時時間內沒有進行操作(沒有按下專用按鈕或操作開關)，乘客可手動打開車門；若司機在延時時間內進行操作(按下專用按鈕或操作開關)，車門不可以手動打開。

3) 只有在列車的控制電路失效，導致緊急照明、緊急通風、廣播功能失去時，才應盡快組織乘客疏散下車，車門緊急解鎖后可以手動打開。

1.2 車門LS型鎖電氣開關介紹

從眾多地鐵項目中了解到，目前大部分地鐵車輛車門的螺旋傳動裝置使用了南京康尼機電股份有限公司獨立研發的LS型無源螺旋傳動鎖閉機構[1](簡為“LS鎖閉機構”)。LS鎖閉機構為檢測車門狀態附帶了4組電氣開關，即關到位限位開關(DCS)、鎖到位限位開關(DLS)、緊急解鎖限位開關(EUS)、隔離限位開關(DCOS)。DCS用于指示車門是否已經達到關到位狀態，DLS用于指示車門是否進入鎖閉狀態。在關門行程中，DCS先于DLS動作，其時間差約在200 ms內，該值與車門機械調節有關。在開門行程中，DLS先于DCS動作，其時間差約在200 ms內，該值與車門機械調節有關。通過對LS鎖閉機構測試得知：在非零速情況下操作緊急解鎖手柄至“解鎖”位，EUS和DLS觸發，DCS未觸發。LS鎖閉機構如圖1所示。

圖1 LS鎖閉機構

1.3 地鐵車輛緊急解鎖裝置設計方案

目前，地鐵車輛緊急解鎖裝置設計方案包括以下3種。

1.3.1 方案1

2檔位手柄(OFF/解鎖)，不帶電磁鐵。無電磁鐵緊急解鎖裝置結構如圖2所示。

圖2 無電磁鐵緊急解鎖裝置

手動旋轉緊急解鎖裝置手柄至135°解鎖位置，松開緊急解鎖裝置手柄，此時手柄定于90°位置。當車速為0時，可以通過門頁上的扣手打開車門。

1.3.2 方案2

2檔位手柄(OFF/解鎖)，自帶電磁鐵。帶電磁鐵無請求位緊急解鎖裝置結構如圖3所示。

圖3 帶電磁鐵無請求位緊急解鎖裝置

列車運行過程中，緊急解鎖手柄內的電磁鐵受零速信號控制。非零速時電磁鐵吸合，其芯軸會限制操作路徑，手柄將不能旋轉，車門不會直接解鎖。當車速為0時，電磁鐵釋放，緊急解鎖裝置可以操作至“解鎖”檔，此時操作緊急解鎖裝置使鎖閉裝置解鎖，通過門頁上的扣手打開車門。

1.3.3 方案3

3檔位手柄(OFF/請求/解鎖)，自帶電磁鐵。帶電磁鐵有請求位緊急解鎖裝置結構見圖4。

圖4 帶電磁鐵有請求位緊急解鎖裝置正視圖

與方案2相比，方案3緊急解鎖裝置內部同樣具備電磁鐵，電磁鐵同樣受零速信號控制。當車速為0時，乘客可以直接操作至解鎖位。與方案2不同之處為：列車運行過程中，當乘客操作車門緊急解鎖手柄后，非零速手柄內部電磁鐵得電，其限位軸發揮作用，緊急解鎖手柄只允許操作至13°“請求”位。根據實際情況及相關的運營規章制度判斷列車是否觸發制動停車，待列車停穩后，乘客可根據手柄面板上的操作提示，可操作手柄至“解鎖”位，再通過門頁上的扣手打開車門。

2 車門安全聯鎖環路設計

根據CZJS/T 0022—2015《城市軌道交通車輛與信號系統接口技術要求(范本)》(試行版)的要求，設計合理的車門安全聯鎖環路，以保證列車功能完整可靠。

2.1 方案1中的車門安全聯鎖環路設計

方案1中乘客在極端情況下操作手柄至“解鎖”位，轉輪后面連接的鋼絲繩觸發位于客室車門機構上的EUS，從而發出解鎖信號。根據LS鎖閉機構行程開關原理，DLS發生動作。為實現CZJS/T 0022—2015對緊急解鎖的功能需求，需將門安全互鎖回路拆分為“門關好聯鎖環路”和“門鎖好聯鎖環路”兩部分，如圖5所示。

圖5 車門安全互鎖回路(方案1)

車門關到位聯鎖環路、車門鎖到位聯鎖環路控制邏輯如圖6所示。當一側有任何車門打開時，該側門關到位聯鎖環路斷開，此時若乘客操作緊急解鎖開關后，會引起車門鎖到位聯鎖環路斷開。

圖6 車門聯鎖邏輯(方案1)

將關到位回路與鎖到位回路獨立，并送至列車自動控制(ATC)系統和列車監控管理系統(TCMS)進行監控。當ATC監控到關到位環路斷開時，無論列車所處何位置均觸發緊急制動；當監控到鎖到位環路斷開時，根據列車位置判斷是否需要輸出緊急制動。方案1完全滿足CZJS/T 0022—2015對緊急解鎖的功能需求，如表1所示。

表1 方案1對規范的符合情況

2.2 方案2中的車門安全聯鎖環路設計

此方案中緊急解鎖機械手柄設置電磁鐵，當車速為0時，電磁鐵斷電，緊急解鎖裝置可以操作；當列車非零速運行時，電磁鐵吸合，其芯軸會限制操作路徑，緊急解鎖手柄不能旋轉，車門不會直接解鎖，DCS和DLS不被觸發。將DCS及DLS觸點串聯至安全聯鎖環路中，安全互鎖回路閉合，如圖7所示。

圖7 車門安全互鎖回路(方案2)

車門安全聯鎖環路控制邏輯如圖8所示。列車運行時，當一側有任何車門打開或乘客操作緊急解鎖開關后，該側門安全聯鎖環路斷開，此時ATC默認車門打開，并將立即封鎖牽引觸發制動。

圖8 車門聯鎖邏輯(方案2)

此方案由于受機械解鎖手柄結構影響，借助緊急解鎖手柄只能滿足CZJS/T 0022—2015對緊急解鎖的部分功能需求，如表2所示。乘客需通過其他方式告知司機緊急情況，由司機判斷是否緊急停車疏散乘客。

表2 方案2對規范的符合情況

2.3 方案3中的車門安全聯鎖環路設計

此方案中緊急解鎖手柄設置電磁鐵且帶請求位，車輛電路將所有車門“請求”行程開關(DRS)觸點信號串聯至請求聯鎖環路。當列車以非零速運行時，乘客操作車門緊急解鎖手柄后，手柄內部電磁鐵得電，緊急解鎖手柄只允許操作至“請求”位，DRS動作，請求聯鎖環路斷開，將此信號通過硬線傳給TCMS及ATC系統，ATC系統或TCMS根據具體情況執行相應操作。請求電路及安全聯鎖環路設計如圖9所示。

圖9 車門安全互鎖及解鎖請求回路(方案3)

將DCS、DLS及EUS觸點串聯至安全聯鎖環路中。當車速為0時，乘客操作解鎖手至“解鎖”位，行程開關DLS、EUS動作，安全互鎖回路斷開。車門聯鎖邏輯如圖10所示。

圖10 車門聯鎖邏輯(方案3)

此方案完全滿足CZJS/T 0022—2015對緊急解鎖的功能需求，如表3所示。

表3 方案3對規范的符合情況

3 方案對比分析

方案1完全滿足CZJS/T 0022—2015對緊急解鎖的功能需求，手柄結構相對簡單，但硬件電路設計較為復雜。ATC系統及TCMS硬件電路需對關到位環路及鎖到位環路分別采集，軟件電路需根據規范要求設計邏輯，使用范圍較為普遍。

相較于方案1，方案2的手柄結構較為復雜，電氣硬件電路設計相對簡單，僅滿足CZJS/T 0022—2015對緊急解鎖的部分功能需求，適用于站間距較小的地鐵線路列車。該設計通常需進行特殊定制。

相較于方案1和方案2，方案3完全滿足CZJS/T 0022—2015要求，且適用的地鐵線路較廣；但手柄結構較為復雜，且ATC系統及TCMS硬件電路需增加“請求”位接口，軟件電路需根據CZJS/T 0022—2015要求設計車門聯鎖邏輯，造價較為昂貴。

4 結語

地鐵列車需從保障安全、提高運營效率及服務質量等多角度進行配置。各地鐵公司考慮的側重點不同，選擇的緊急解鎖方案各有差異。因此，應根據業主需求設計合理的車門安全聯鎖環路，這樣才能以最優方案保障地鐵車輛的運行性能及乘客安全，以最大限度提高地鐵運營質量。