广州地铁A1型车防开门溜车技术的研究

谢 帅

（广州地铁集团有限公司，广东广州 510310）

1 概述

广州地铁一号线A1型车已运行近20年，车辆各系统部件都存在一定程度的老化现象，尤其是电子板件老化现象较为严重。DCU（牵引控制单元）作为车辆牵引系统的核心部件，其电子板件故障会引起牵引系统故障，动力丢失，甚至会导致列车溜车等安全事故。根据广州地铁车辆中心网站的数据统计，从2004年至今已发生近百起的列车溜车事件，近年来发生在站台的溜车事件数量开始明显增加，主要表现为：A1型车以ATO（自动驾驶系统）模式进站对标停车，列车停稳，车门及屏蔽门自动开启后，列车出现后溜，APT（自动保护系统）使列车产生紧制，车门与屏蔽门自动关闭。在此期间如果有乘客上下车，很可能会导致客伤事件。对此，针对广州地铁一号线A1型车站台溜车的故障展开调查与研究，并成功地进行了技术改造。

2 故障调查分析

根据广州地铁一号线A1型车车辆控制的原理，对列车站台溜车的可能性展开调查研究，并通过信号采集与故障模拟，发现列车站台产生溜车的原因是：列车ECU（制动控制单元）异常收到保压制动缓解指令，由于站台有坡度，列车因重力而发生溜车。

2.1 保压制动缓解的原理分析

列车后溜实际上就是保压制动（气制动）缓解后没有牵引力矩，在有坡度的轨道上产生滑行。

列车的牵引是由牵引控制单元DCU控制的。在DCU控制程序内部，把列车控制定义为21个状态，每一种状态用一个状态编号和一个状态名表示。表1列出了几个跟下面分析相关的部分状态。

正常的车辆保压制动缓解过程如下（见图1）：

（1）列车在站台或者车库启动前，列车控制状态处于初始状态“0”，当符合条件1的时候，状态转为“2”，即进入预充电状态；

（2）当列车接收到“牵引方向”信号，满足“条件2”和“条件3”后，紧急制动缓解，保压制动维持在施加位置，车辆状态由“2”变为“21”，即列车处于待牵引状态；

表1 车辆状态

图1 车辆保压制动缓解条件逻辑

（3）列车处于待牵引状态，保压制动施加，当满足“条件4”，列车状态由“21”变为“23”，列车保压制动缓解，此时通过司机台主控手柄或者ATO给出的牵引参考值便可驱使列车启动运行。

2017年3月17日对1A0910发生溜车故障的车辆车进行在线数据收集，在列车下行停靠在西门口站台时，NI64通道记录仪记录下了正常的列车信号状态。

列车正常停站到启动，保压制动指令有如下特点：

（1）在t1时刻，列车停稳（无速度信号），列车无牵引指令，有方向指令，保压制动施加；

（2）在t2时刻，列车开始移动（有速度信号），列车有牵引指令，保压制动缓解指令，并已建立了牵引力矩。

当1A0910下行运行停靠长寿路站台时，列车溜车，随后列车紧急制动，NI64通道记录仪记录下了该时间段列车信号状态。

列车在站台溜车时，保压制动指令有如下特点：

（1）在t1时刻，列车停稳（无速度信号），列车无牵引指令，有方向指令，但保压制动处于缓解状态；

（2）在t2时刻，列车开始移动（有速度信号），列车无牵引指令，有保压制动缓解指令，但并未建立牵引力矩，列车发生溜车；

（3）在t3时刻，列车因溜车，列车自动保护系统ATP使列车紧急制动、快速制动、常用制动回路断开，列车同时产生紧制、常制、快制，不满足条件4保压制动缓解的逻辑（见图2），列车施加保压制动。

图2 车辆状态转换图

对比两次收集到的正线数据，溜车时段，列车停站停稳，但仍然有保压制动缓解指令的给出。

广州地铁一号线A1型车为六节编组，四动两拖设计，根据其电路控制原理，保压制动的缓解指令是在DCU接收到牵引指令后，其中央控制板A304板给出+5 V的电平使A313板的板件继电器K3得电，常开触头闭合，保压制动列车线110 V导通，ECU执行保压制动缓解指令。而当任意有一个牵引控制单元DCU发出保压制动指令时，六节车制动控制单元ECU都会执行保压制动缓解指令。

在对1A0910车的检查过程中发现，其中一节车的A313板的K7继电器触点处于卡合状态，整列车一直处于保压制动缓解的状态，更换该继电器后，列车正常。

图3 保压制动信号在DCU和ECU间的关系

2.2 列车受力分析

主要表现为：列车在站台或折返线（有坡度的轨道）上启动时发生后溜。经专业小组技术攻关后发现：大部分发生溜车故障时，列车在接收到牵引方向信号的同时，接收到常用制动指令，导致牵引系统不能正常充电，常用制动指令维持约1秒后撤消，列车随后接收到牵引指令，使列车保压制动缓解，但此时由于牵引系统没能正常充电，因而没有建立牵引力矩，导致车辆溜车；部分时候出现车辆牵引控制单元DCU内部一块电子板上的微型继电器偶然出现故障（见图4、5），导致列车保压制动异常缓解，造成列车在有坡度的站台上出现后溜。通过更换该类型的微型继电器，极大地改善了列车刚停站即出现后溜的现象。

图4 DCU控制板件实物图

图5 DCU控制板件原理图

然而近年来，由于车辆牵引控制单元DCU电子板件的使用时间较长，由板件误给出保压制动缓解信号的情况越发显现，导致列车出现后溜的故障，对列车的安全运营会造成了很大的影响。

A1型车列车进站对标停稳，车门自动打开后，列车后溜紧制，车门自动关闭。对故障列车进行调查、研究发现，列车进站由制动力停稳后收到开门信号，但由于站台轨道有3‰的坡度（一号线站台除坑口、西朗外均有3‰的坡度），如图6、7所示，一个DCU误触发保压制动指令BHL，将导致整列车处于保压制动缓解状态，列车由于自重发生后溜，零速继电器2K13继而得电，列车产生紧制，同时开门使能继电器失电，车门关闭。当司机方向手柄回零位后，列车有紧急制动力而停稳。

图6 长寿路站下行后溜示意图

列车在定员情况下(AW2)，车轮半磨耗（805 mm），在正线轨道上的相关参数如下：

列车重力：

G=mg 式中：m-定员载荷（AW2）时的列车重量为331.6 t；

列车坡道阻力：

不考虑风阻，列车产生后溜的力为：

F=G×sinα-f=68.16 kN (α -坡度取3‰)

后溜加速度为：

由此可知，当列车因所有气制动缓解后无牵引力，产生后溜时，列车将以0.21 m/s2的加速度向后溜动，对乘客的人身安全将造成巨大的隐患。该故障对列车的安全运营会造成很大影响，以往解决方案已不能满足目前一号线A1型车的现状。因此提出对一号线A1型车防开门溜车的技术改造方案。

图7 列车受力分析图

3 改造方案

列车进站由制动力停稳，ATO模式给出开门使能、指令后，车门打开，此时正常情况下列车会有保压制动力，但如果该车任意一个牵引控制单元DCU误触发保压制动缓解信号BHL，将导致整列车保压制动缓解。

为防止车门打开时，ECU收到保压制动缓解的指令，可对保压制动缓解指令回路做如下改造。

（1）在4节动车DCU发出保压制动缓解指令BHL线路上串接单节车关门继电器8K27、8K28的一对常开触点43/44脚，通过利用列车冗余的备用线，实现线路回路的连接。原理示意图如图8所示。

（2）为防止改造后出现因4节动车同时出现车门故障(可能性极低)，引起保压制动信号BHL均不能给出，在列车的2节C车加装的串联继电器回路中再加入旁路。利用司机室车钩旁路的旋钮开关3S97控制，及其所控制的继电器3K44的一对剩余常开触点并入回路。

图8 保压制动缓解信号改造后的示意图

本方案利用车辆B、C车电子柜与电气柜相连的备用线，8K27、8K28、3K44继电器，3S97空余的触点本身回路进行改造，改造成本较低，作业简单，能有效地解决车辆停稳、车门打开，车辆后溜的问题。

目前广州地铁一号线A1型车车辆均已根据该方案改造完成，运行超过2个月，未再出现一起开门溜车的安全事件，证明了该方案安全可行。

4 结论

由于广州地铁一号线A1型车设计之初，将制动控制单元的保压制动缓解设为了并行控制，即任意一节动车的牵引控制单元发出保压制动缓解指令后，六节车的制动控制单元均会缓解保压制动。由于A1型车牵引控制单元板件使用已超过20年，板载继电器等部件性能下降，牵引控制单元误触发保压制动导致列车开门溜车的事件日益频发，对列车正线的运营造成了极大的安全隐患。通过对故障原因的深入调查分析，提出了改造方案并全面实施，消除了列车开门溜车的安全隐患，同时为车辆维护人员自主解决车辆长期存在的惯性难题提供了宝贵经验，提升了列车服务水平。

参考文献：

［1］Adtranz.广州地铁一号线车辆描述［Z］.德国：ABB Daimler-Benz Trans portation，1997.

［2］邢良平.广州地铁一号线轨底坡调整［J］.铁道标准设计，2004（5）：56-57.

［3］韩春梅，邓世舜，赵振江.地铁运营风险管理［J］.现代城市轨道交通，2006（4）：59-61.

［4］赵惠祥.城市轨道交通系统的运营安全性与可靠性研究［D］.上海：同济大学，2006.

［5］张杨.广州地铁一、二、八保持制动缓解控制设计［J］.技术与市场，2013（5）：76-79.