地鐵車輛牽引制動指令同時激活故障研究

曹 斌

(上海阿爾斯通交通電氣有限公司 陜西 西安 710000)

0 引言

牽引系統(tǒng)對于地鐵車輛的作用十分重要，不僅可以給地鐵車輛提供所需要的動力來源，而且可以給車輛提供電制動力，但當(dāng)車輛牽引系統(tǒng)出現(xiàn)異常，則會影響到很多方面，尤其與行車安全[1]、準(zhǔn)時到達(dá)等方面密切相關(guān)。

2016年10月西安地鐵3號線車輛投入運營，從2018年開始出現(xiàn)了第一起列車牽引和制動指令信號均激活故障以來，到2020年1月20日，已經(jīng)累計出現(xiàn)了19次故障，此問題已經(jīng)嚴(yán)重影響到車輛的日常運營，這些故障大致在兩種不同的狀況下出現(xiàn)，其中一種狀況下無法抓住問題原因點，因此，下文針對兩種問題發(fā)生的時間點進(jìn)行系統(tǒng)分析，結(jié)合整車設(shè)計及相關(guān)文獻(xiàn)提出改善措施。

1 問題現(xiàn)狀

針對車輛故障出現(xiàn)的實際狀況，下載BBO(黑匣子)數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)查看分析，其中查看數(shù)據(jù)后將故障歸納為兩種狀況(見圖1)。

圖1 故障記錄統(tǒng)計表

狀況1的數(shù)據(jù)查看如圖2所示。

圖2 狀態(tài)數(shù)據(jù)1

通過數(shù)據(jù)可以看出，車輛的速度為0(靜止?fàn)顟B(tài))，司控器模式開關(guān)處于人工駕駛模式，車輛手柄處于制動位(制動命令一直存在)，經(jīng)過1 s后模式開關(guān)由人工轉(zhuǎn)至ATO駕駛模式，且通過200 ms,牽引指令輸出信號激活，此時制動信號一直處于激活狀態(tài)。

狀況2的數(shù)據(jù)查看如圖3所示。

圖3 狀態(tài)數(shù)據(jù)2

從數(shù)據(jù)中可以看出，車輛正在運行中，其速度為72 km/h，且一直處于ATO模式，牽引狀態(tài)200 ms后再次給出，此時牽引指令和制動指令信號均處于激活狀態(tài)。

2 問題分析

2.1 牽引與制動指令同時激活條件邏輯

TCMS(列車控制系統(tǒng))、牽引系統(tǒng)(TCU)、制動系統(tǒng)(BCU)若同時檢查到兩個信號同時存在時，都會將故障信息反饋給TCMS ,與此同時TCMS會將信息發(fā)送給DDU(司機(jī)顯示單元)，當(dāng)司機(jī)看到故障信息后，會通過司機(jī)室話筒將信息反饋給行車調(diào)度，以便確認(rèn)下一步行為。

根據(jù)牽引系統(tǒng)邏輯(見圖4)，牽引和制動指令同時激活后，指令輸出無效(F52_mbc_non_valid)，無論是在備用模式或網(wǎng)絡(luò)模式下，當(dāng)出現(xiàn)此種情況后，牽引系統(tǒng)不會輸出任何牽引力。

圖4 牽引極位邏輯條件

DDU顯示出的信息都是通過各個子系統(tǒng)反饋發(fā)送給TCMS由其轉(zhuǎn)至屏幕顯示。

2.2 設(shè)計理論分析

根據(jù)設(shè)計理論，若牽引制動同時激活，僅和司控器及信號ATO指令輸出有關(guān)系,且僅存在兩種情況：第一，首先司控器手柄必須置于制動位置，且此時有ATO牽引指令發(fā)出；第二，司控器手柄至牽引位置，ATO制動指令發(fā)出。因此，需結(jié)合實際狀況進(jìn)行分析。

3 問題調(diào)查

3.1 狀況1的調(diào)查

結(jié)合第一種狀況，調(diào)查發(fā)現(xiàn)西安地鐵3號線車輛司機(jī)在行車至每個站臺時都必須將模式開關(guān)從ATO位置轉(zhuǎn)至手動位置，然后將手柄極位從惰行位置移動至快速制動位置，當(dāng)車輛離開站臺前，再次將手柄恢復(fù)至惰行位置，制動模式開關(guān)至ATO,按ATO啟動，車輛發(fā)車。

針對此種狀況結(jié)合整車原理圖發(fā)現(xiàn)，可能存在司控器制動行程開關(guān)一直處于閉合狀態(tài)的情況，因此將司控器進(jìn)行返廠測試，司控器設(shè)計有以下兩種功能：(1)第一種是用于行駛模式，目的在于傳達(dá)列車指令；(2)第二種是駕駛員安全裝置或事故制動的安全功能，其目的在于確保駕駛室人員的安全，并在出現(xiàn)危險時緊急制動。以上功能可以看出，地鐵車輛司控器是司機(jī)用來操縱列車運行的主令電器,司控器的可靠性直接影響列車控制的穩(wěn)定性和行車安全[2]。

運用時司控器的部分功能如下：(1)若要手柄離開惰行位置，模式開關(guān)必須離開ATO位置(機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計鎖定)，其他位置均可移動[3]；(2)司控器若要牽引制動信號分別激活，則手柄要么在B1或P1位置，其安全角度分別為8°，若小于8°則牽引和制動形成開關(guān)S21和S24無法閉合動作。

司控器測試結(jié)論：經(jīng)廠家系統(tǒng)測試分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)手柄從B1位至惰行位置時，大約在6°位置，此時模式開關(guān)可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動且制動S24行程開關(guān)處于閉合狀態(tài)(見圖5)，單獨針對S24行程開關(guān)進(jìn)行測試，功能結(jié)構(gòu)均正常。

圖5 制動位置時模式開關(guān)可以進(jìn)行切換

3.2 狀況2的調(diào)查

狀況2可以發(fā)現(xiàn)其模式開關(guān)一直處于ATO位，且正在行駛狀態(tài)，因此懷疑可能存在司機(jī)使其手柄極位改變至制動的動作，另外一種狀況可能為OBCU設(shè)備輸出信號有問題，也可能信號系統(tǒng)軟件存在BUG。通過查看司機(jī)駕駛視頻，并未發(fā)現(xiàn)司機(jī)對其進(jìn)行動作，另外，將司控器返廠測試，一切正常。

4 調(diào)查結(jié)論

狀況1：通過現(xiàn)場狀況及返廠測試司控器發(fā)現(xiàn)，當(dāng)司機(jī)準(zhǔn)備開車離開站臺前，將司機(jī)控制手柄從快速制動位置推動至惰性位置時(見圖6)，手柄并未真正處于惰行位置(實際仍然處于制動位置，制動指令一直存在)，但此時的方向選擇器可以正常旋轉(zhuǎn)至ATO模式位置，然后司機(jī)按下ATO啟動按鈕(ATO牽引指令發(fā)出)，牽引制動同時激活，故障出現(xiàn)，車輛無法動車。

圖6 整車設(shè)計原理圖

狀況2：通過查看視頻及返廠檢測司控器，可排除人為因素和司控器本身問題，另外，信號檢查測試其軟件輸出也未發(fā)現(xiàn)任何異常。

5 問題優(yōu)化解決

通過上面的分析及實際調(diào)查可以看出，狀況1和狀況2存在很大不同，因此，需要針對不同狀況的分析結(jié)果，進(jìn)行相對應(yīng)的解決優(yōu)化。

5.1 狀況1的解決措施

通過分析調(diào)查可知司控器本身存在問題，經(jīng)廠家調(diào)查多個司控器均存在此類問題，原因為在裝配時，對于S24行程開關(guān)與凸輪的相對位置有較大偏差，因此造成此次問題的發(fā)生，通過調(diào)整S24行程開關(guān)與凸輪相對位置5 mm，并且確保從B1位置至惰行位置間，模式開關(guān)無法進(jìn)行轉(zhuǎn)動，從而徹底杜絕問題再次發(fā)生。

5.2 狀況2的解決措施

通過調(diào)查可知并未能準(zhǔn)確定位是司控器或信號方問題，通過設(shè)計原理圖發(fā)現(xiàn)其設(shè)計存在缺陷，因為司控器牽引指令信號輸出和ATO牽引指令信號輸出并于一條線路，因此當(dāng)問題出現(xiàn)后很難準(zhǔn)確判斷問題點。

5.2.1設(shè)計原理圖優(yōu)化方案

通過分析設(shè)計原理圖，可針對ATO牽引指令信號輸出，即二極管前端增加一條線路信號反饋線路去BBO，通過增加的反饋線路，可以使故障出現(xiàn)后精準(zhǔn)定位問題點源頭。

5.2.2設(shè)計方案驗證結(jié)果

設(shè)計方案實施后對其進(jìn)行了跟蹤調(diào)查，故障再次重現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)故障出現(xiàn)時，模式為ATO，速度為70 km/h，從ATO牽引指令信號轉(zhuǎn)換至制動指令信號時，牽引指令信號仍然存在，且制動指令信號也存在，此時BBO采集到了反饋信號，發(fā)現(xiàn)ATO牽引指令信號一直處于激活狀態(tài)，經(jīng)信號方診斷確認(rèn)，最后發(fā)現(xiàn)是OBCU內(nèi)部控制牽引指令信號的WAGA繼電器問題。

6 結(jié)束語

牽引系統(tǒng)為車輛的重要運行部件，在正常運營中，會碰見許多典型問題，上文通過對于該類問題的原因進(jìn)行分析調(diào)查，最終找出根本原因，并給出了解決方案。 另外，文中增加的信號反饋線路調(diào)查方法，也為后續(xù)新項目提供了新的思路，在車輛設(shè)計前或調(diào)試階段應(yīng)加以防范，使設(shè)計思路更加合理化，以此杜絕很多問題查找不便的現(xiàn)象，為車輛的正常維修節(jié)省時間，從而提高車輛的使用及運營效率。