淺析地鐵列車自動駕駛的欠標問題

李斌

（深圳地鐵國際投資咨詢有限公司，廣東 深圳 518000）

長沙市軌道交通5號線初期，ATO欠標故障較多。當列車未停準，導致列車不能自動開門，影響正常運營。運營維護人員需研究ATO欠標原因，制定有效整改措施。

1 信號系統簡述

長沙市軌道交通5號線，采用中國通號的FZL300型CBTC系統，由列車自動監控子系統（ATS）、列車自動防護子系統（ATP）、列車自動運行子系統（ATO）、計算機聯鎖子系統（CI）、數據通信子系統（DCS）、維護監測子系統（MSS）組成。

2 ATP功能及原理

2.1 ATP主要功能

ATP子系統提供列車間隔控制和速度防護功能，保證列車運行安全，是信號系統的核心子系統。ATP子系統滿足故障-安全原則，安全完整性等級達到SIL4級。FZL300型基于通信的CBTC系統中的ATP子系統采用移動閉塞原理，列車的追蹤不依賴計軸設備，系統同時具備完善的點式ATP降級模式。ATP子系統是保證列車運行安全、提高運輸效率的控制設備，實現列車運行自動防護的全部功能。ATP子系統能根據線路狀態、道岔位置、前行列車位置等條件，實現列車速度控制，防止列車超速，確保追蹤列車之間的安全行車間隔距離，實現列車自動追蹤運行。ATP子系統與ATO子系統接口實現對列車運行的安全和自動控制。

2.2 車門監控及站臺門聯動

列車在AM、CM及RM下，車載ATP提供連續的車門監控功能，運行中的列車如果車門鎖閉接點斷開時，ATP系統采取列車切除牽引，實施緊急制動措施；當列車停穩時，車門或站臺門打開，車載ATP給出切除牽引。當采集到車門且站臺門關閉或旁路后，若沒有其他原因的切除牽引，牽引將恢復。ATP設備監視列車的停車位置誤差，車站停車誤差超過允許誤差時，ATP將實施防護，不允許開車門。ATP允許車門打開的停車誤差為±0.5m。列車在進站時，在允許打開車門前必須確保滿足下列條件：（1）列車位于指定的停車點，并在規定的誤差范圍內；（2）停車點上指定列車一側的車門是被允許打開的；（3）列車停穩被檢測到。在ATP允許打開車門后，可由ATO自動打開車門或由司機按壓允許開門側的開門按鈕，人工打開車門。站臺門的開啟和關閉狀態由車載ATP監視，并在司機DMI上顯示，當列車在車站停穩時，不因站臺門正常開關操作而引起列車緊急制動。

3 ATO功能及原理

3.1 ATO主要功能

ATO子系統主要功能為完成列車的自動運行控制。在ATP子系統的安全保護下，根據ATS子系統的指令，高效、經濟、合理地控制列車的牽引和制動，實現列車自動駕駛、區間運行的自動調整、精確停車、節能控制、自動開關門、自動報站等功能，確保達到設計間隔及旅行速度要求。

3.2 精確停車原理

列車進站后，利用站臺精確定位應答器進行距離校正，為保證車載ATO對停車精度判斷的準確性，從而控制車門和站臺門，在站臺布置一組用于精確定位的應答器。沿列車運行方向，以出站處停車點(BTM天線)為參考點，應答器的布置原則：（1）單向運行站臺：在距停車點約5m、15m、站中心位置、站臺進站端分別設置精確停車應答器，每個站臺共設4個。（2）雙向運行站臺：在距停車點約5m、15m、站中心位置分別設置精確停車應答器，每個站臺共設5個。站臺區應答器布置如圖1、圖2所示。

圖1 單向站臺區應答器分布

圖2 雙向站臺區應答器分布

ATO通過采集精確定位應答器信號，結合線路數據中的應答器位置進行距離校正，將車輪損耗或其他因素導致的定位誤差消除到最小，實現精確停車功能。ATO子系統接收到精確定位應答器數據后，通過比較接收應答器時位置信息與電子地圖中的位置信息識別定位應答器的有效性。僅當應答器有效時，ATO子系統使用該應答器信息進行位置校正。

4 數據分析

4.1 故障時間分析

通過對時間點分布統計，集中分布在6:00～7:00，列車運營首圈欠標現象較突出。發現規律后，立即與供應商溝通，得知ATO有自學習功能。ATO存在自學習功能，停車誤差在20～50cm范圍內，經過5個站臺后，進停車精度調整，提高后續ATO停車精度，但當列車斷電重啟后，調整清除，需根據當天運行情況，重新開始調整。故欠標故障多集中在列車運營首圈，且欠標出現后，連續多個站欠標，經ATO自學習，當天后續運營未再欠標。

4.2 故障地點分析

通過對故障地點分布統計，主要發生在上行站臺，毛竹塘（下坡2‰）、板塘沖（下坡2‰）、大塘（上坡2‰）、木橋（下坡2‰）、圭塘（下坡2‰）、萬家麗廣場（上坡2‰）、火炬村（上坡2‰）、鴨子鋪（上坡2‰），故：（1）欠標在上行站臺較集中，需重點排查列車上行端的硬件設備；（2）欠標發生的站臺有上坡站臺、下坡站臺，據排查發現所有車站的坡度均為2‰，基本排除坡度影響。

4.3 信號系統車載數據分析

（1）ATO輸出的B6級位制動施加階段，距離停車點的位置基本一致，且欠標比不欠標的情況，ATO施加的級位更小；（2）實際表現出來車輛在3km/h里的減速度偏大，最終導致欠標。即如果同一車輛在不同時間段表現出來的制動減速度不同，ATO無法進行適應。

4.4 車輛TCMS系統數據分析

對比欠標數據與不欠標數據：（1）所有欠標數據中，車輛網絡收到信號發出的B6級位時，車速均低于5km/h以下；（2）所有不欠標數據中，車輛網絡收到信號發出的B6級位時，車速均低于6km/h以下；（3）網絡的級位傳輸時間100ms，制動響應需要時間，車輛實際響應B6級位減速度開始下降時，速度已到4～5km/h，欠標時速度均在2.5～3km/h。

4.5 分析結論

（1）信號在車速是6.7km/h時發出B6級位制動，而車輛收到B6級位的車速是4.5km/h，信號與車輛的通信存在明顯延遲，施加B6級位時的減速度為0.55m/s2,延遲時間T=(6.7-4.5)×0.28/0.5=1.12s。

（2）因調整級位的速度越底，可調整的停車距離越短，不利于精確停車。

5 整改措施及效果

5.1 硬件排查

完成欠標故障車的設備安裝環境、線纜聯接情況排查。

5.2 修改參數

加強ATO自學習的功能，對自適應參數值進行了修正，確保列車出行沖標、欠標前，每站進行精確停車調整。

5.3 軟件升級

（1）取消進站低速時的惰性；（2）制動級位由7個級位細化至20個級位；（3）優化ATO與TCMS之間的通信機制，降低通信延遲。

5.4 員工培訓

加強員培訓，提高欠標故障處理能力和與外部接口單位溝通能力，提升故障回復水平，降低欠標造成的后續影響。

5.5 備選措施

當列車進站，車速達到車輛電制動轉空氣制動的轉換點時，ATO施加惰行指令，以避免車輛混合制動，隨后在最終停車時，施加大制動力停車，以解決欠標故障。但風險點是停車時，列車沖擊率較大，影響乘客舒適度，可能會造成客傷。

5.6 整改效果

（1）經過硬件排除，未發現故障硬件。（2）參數修改后，列車首圈欠標問題未能解決，后續運營時的停車精度較好。（3）經過三個月的觀察，使用新版ATO軟件的列車，停車精度良好，無欠標沖標情況；（4）員工技能素質和溝通技巧取得較好效果，顯著降低故障造成的后續影響。