全自动驾驶列车控制系统故障远程诊断与恢复*

孙军国 杨旭文 刘 波 夏夕盛

(交控科技股份有限公司，100070，北京//第一作者，助理工程师)

列车全自动驾驶系统能够提高旅行速度，减少车辆需求，减少定员，提高服务质量，降低系统生命周期成本，将是未来特大型城市轨道交通列车驾驶的首选方案。

全自动驾驶列车的唤醒、休眠、出入库、运行、停站、折返等作业由信号系统自动控制完成，其高可用性和应急预案处理是全自动驾驶系统工程应用的关键。

全自动驾驶系统支持列车无人驾驶，司机不必在驾驶室持续观察人机界面，监督设备运行。全自动驾驶系统需要在没有司机持续监督设备运行的情况下，提供列车故障远程诊断和恢复功能，保持列车的可用性和自动进行应急处理。

全自动驾驶系统必须处理的故障包括车辆火灾、制动故障、车门故障、障碍物检测和设备掉电等。

1 系统故障处理原则

列车全自动驾驶系统(见图1)故障处理主要考虑3部分：地面控制中心、车载设备、乘客信息系统(PIS)。车地无线通信作为车地通信的主要传输通道。

注：TCMS为列车监控管理系统；VOBC为车载控制器；WLAN为无线局域网；LTE为长期演进

图1 列车自动驾驶系统原理图

TCMS通过电路或传感器获得烟火报警、制动系统、车门和空开的状态信息，实时转发给VOBC，VOBC处理后通过车地无线通道发送至地面控制中心。

地面控制中心与地面PIS接口。地面PIS通过车底无线通信通道(与信号系统通信通道独立)与车载PIS通信并获取车载PIS安装在各车厢的CCTV(闭路电视)视频信息。

地面控制中心根据VOBC汇报的故障信息和PIS提供的视频信息对远程故障进行处理。系统根据故障应急处理预案自动下发控制指令或根据人工指令下发控制指令。

2 系统故障远程诊断

2.1 车辆火灾远程诊断与恢复

车辆火灾判断是通过安装在每一节车厢的多个烟火报警传感器以判断车辆是否发生火灾。烟火报警传感器检测烟雾和温度，TCMS持续监督全列车的烟火报警传感器。当一个或多个传感器检测到烟雾和温度超过规定门限值，则汇报给信号系统的VOBC；VOBC立即将烟火报警信息发送至地面控制中心，地面控制中心监视终端通过PIS，获得指定车厢的CCTV视频信息，调度员据此进一步处理。另一方面，VOBC在未收到中心指示前，控制列车运行至最近的站台停车，自动打开车门和站台门疏散乘客。

地面控制中心接收到VOBC汇报的车辆火灾报警时，自动设置该列车在下一站实施扣车，自动将尚未进入该区间的列车扣停在上一站，并通过地面监视终端查看烟火报警探头所在车厢的情况；当确认发生车辆火灾时，通知下一站站台组织疏散乘客，通知乘客服务人员立即就地灭火，未配置乘客服务人员的列车在站台由综合服务人员上车灭火。

地面控制中心通过监视终端查看烟火报警探头所在车厢的情况。当确认无车辆火灾时，远程复位烟火报警，VOBC收到中心确认车辆火灾误报时，在站台完成乘客乘降作业后自动发车。

2.2 制动故障诊断与恢复

列车制动系统是列车的关键组成部分。制动系统的性能好坏和制动能力大小直接涉及到列车的运行安全，是列车控制系统确保列车运行安全的前提条件。

制动系统故障主要包括两方面：一是制动力损失，按照4节编组列车计算，有8个转向架，每一个转向架有一套制动系统，制动系统故障表现为损失1～8个转向架的制动能力；二是制动不缓解，制动不缓解列车将无法实施牵引，无法运行。

TCMS持续监督转向架制动力损失，并汇报给VOBC，VOBC根据转向架制动损失程度分别进行以下处理：

(1) 损失1个转向架制动能力时，相对于最高速度限速降低10 km/h；

(2) 损失2个转向架制动能力时，相对于最高速度限速降低20 km/h；

(3) 损失3个及其以上转向架制动能力时，列车实施紧急制动，不缓解。

同时，VOBC将制动损失故障信息汇报至地面控制中心，地面控制中心按照制动损失程度分别进行以下处理：

(1) 损失1个转向架制动能力时，允许列车完成本次运行后回库；

(2) 损失2个转向架制动能力时，允许列车运行至站台转人工驾驶；

(3) 损失3个及其以上转向架制动能力时，通知综合服务员或客室服务员人工排查故障后人工驾驶列车。

TCMS持续监督转向架制动不缓解。当列车制动不缓解时，切除列车牵引，并汇报给VOBC，VOBC将制动不缓解故障发送至地面控制中心。地面控制中心综合列车汇报的总体信息后，远程切除单个转向架制动，缓解故障，继续以全自动驾驶模式控车。

VOBC接收到中心的远程切除指令后，持续向TCMS输出切除故障转向架指令，并完成本次运行。

2.3 车门故障诊断与恢复

车门故障是指运行列车车门由于电气元件或机械零部件损坏，丢失“关闭且锁闭”状态，使列车运行中车门解锁并存在打开的风险。全自动驾驶列车运行过程中，TCMS将车门故障状态汇报给VOBC；VOBC一方面将车门故障状态汇报至地面控制中心，另一方面在收到地面控制中心指示前，继续使列车运行至站台停车，并等待控制中心下一步指令。

地面控制中心接收到车门故障状态汇报时，通过监视终端查看指定车厢的CCTV视频信息，判断车门故障的严重程度。若危及乘客安全，则按如下措施处理：广播通知乘客远离故障车门；远程紧急制动停车；通知综合服务员或乘客服务人员本地处理后恢复运营。

若车门故障程度较轻，则通知站台人员等待列车到站后上车旁路该车门，继续保持列车全自动驾驶运营。

2.4 障碍物检测

全自动驾驶列车通过脱轨与障碍物检测传感器代替司机监督列车运行前方是否有障碍物存留在限界内。当列车与障碍物发生碰撞时，故障信息会立即汇报给VOBC，VOBC即发紧急制动指令，同时汇报至地面控制中心。

列车车体与障碍物发生碰撞时，可能将障碍物撞击至邻线，对邻线列车的运行造成安全隐患，故地面控制中心会采取邻线相应区域的列车紧急制动停车措施。

对于发生碰撞的列车，本地人工立即排查障碍物，复位障碍物检测传感器后，恢复全自动驾驶运行。

障碍物碰撞列车恢复全自动驾驶运行后，对于发生碰撞列车的邻线列车，地面控制中心通过区间CCTV排查线路情况，确定安全后，授权邻线列车恢复全自动驾驶运行。

2.5 设备掉电诊断与恢复

TCMS持续监督关键设备的电源空开状态，持续通过VOBC汇报至地面控制中心。若空开状态为断开状态时，列车将无法维持全自动驾驶运行。列车停车时，TCMS可首次自动复位关键设备的电源空开。

地面控制中心根据设备空开状态，可远程发送复位指令，VOBC接收到地面控制中心的控制指令时，转发至TCMS执行。设备电源空开恢复后，若可恢复全自动驾驶运行，则继续全自动驾驶运行；若不可恢复，则通过远程复位，缩短设备复位的时间，缩短系统的救援时间。设备掉电诊断与可复位的设备有司机室激活断路器、空压机启动控制断路器、列车控制断路器、制动控制电源、安全回路电源、转向架远程隔离供电电源、辅助电源控制、列车激活控制、车门电源和列车自动驾驶供电断路器等。

3 结语

全自动驾驶系统是实现高度自动化、高可靠、高可用的支持无人驾驶的列车控制系统，故障远程诊断和恢复是系统应急处理的关键。通过远程处理车辆火灾、制动系统故障、车门故障、障碍物检测和设备电源，可进一步提高系统的可用性和可维护性。