■ 李慧娟 车聪聪 姜付杰 王淼

随着轨道车辆的高速发展，保证运行安全的设计成为车辆性能设计的重中之重。目前，无论是国内外的城市轨道车辆，还是高速行驶的动车组列车，均配备了不同类型的警惕装置，该装置组成了一种基于车辆在操作异常情况下而发挥作用的基本安全保护系统。该系统能准确判断出车辆在行驶过程中司机是否处于清醒状态，进而对司机进行声音（蜂鸣器）和光（警惕指示灯）的自动报警，以保证司机在列车行驶中保持警觉和警惕，直至列车紧急制动停车，从而实现车辆的安全运行。

1 警惕装置

国内城轨车辆的警惕装置与司机控制器设计集成一体化，一般置于手柄的下方。司机在非高制动档位（4级制动以上）行车时，一旦松开手柄，取消了持续的机械施压，列车配备的警惕蜂鸣器会立刻鸣响，提醒司机目前列车处于危险运行的工况，5 s内若司机没有再次触发警惕装置，车辆将实施紧急制动，直至停车。因该装置要求司机操作的连续性，被称为“死人按钮”。目前国内高铁列车同样配备了警惕装置，分别设置在操纵台上和操纵台下，司机可以选择触发操纵台上的按钮或操纵台下的脚蹬，30 s内若无任一触发动作，操纵台上的蜂鸣器将会自动发出报警声音；10 s后若司机依然未触发警惕装置，列车将会实施紧急制动，直至停车。由于其非连续的操作特性，因此又被称作“活人按钮”。无论是“死人按钮”还是“活人按钮”，警惕装置已成为保障列车安全运行的一个有效措施。

2 新型警惕装置功能

目前“死人按钮”和“活人按钮”警惕装置的设计都有一定的局限性。“死人按钮”装置通过持续施压实现对车辆的保护功能是不可靠的，任何因放置不当而恰巧置于警惕装置上的物品由于其自身的质量原因，都可以取代司机的持续施压操作，进而使警惕装置自身保护功能失效；其次，对于站间距在2～3 km的情况下，由于站间距较长，长时间的握紧手柄对司机来说是件劳动强度较大的工作，而一旦松开，就会立刻报警。“活人按钮”相对“死人按钮”装置，以循环周期性动态操作取代固定的静态操作，可行性增强，但当车辆运行在一种高加速、站间距离相对较小的工况，完全借用该警惕装置也是不可取的。因为车辆处于高速运行过程中，触发周期过长将不能保证列车的安全制动距离。

因此，结合高铁上用到的传统“活人按钮”警惕装置进行了重新设计的一种新型警惕装置，充分利用列车控制系统，结合列车各种运行工况，以实现根据列车运行速度对警惕装置触发周期进行精准调整的目标。

2.1 方案设计

新型警惕装置设计方案主要针对警惕装置触发的时间间隔进行重新设计，由原来的定周期触发，变为一种周期可调的触发方式。列车不同运行工况下，警惕装置触发方式设计如下：

（1）列车处于正常运行（4级制动以上）的工况时，制动力很大，可以保证列车运行安全，忽略警惕装置的保护功能，即不触发；

（2）列车处于低速正常运行的工况时，考虑到列车制动能力能有效保证列车的安全运行，同时为了降低司机的劳动强度，因此在列车速度低于6.4 km/h的工况下，也可忽略警惕装置的保护功能，即不触发；

（3）列车处于中速正常运行的工况时，沿用国内高铁的定周期触发警惕装置的方式，采用最长警惕触发周期为30 s，若30 s内司机没有任何触发操作，列车将对司机进行进一步的提醒直至停车；

（4）列车处于高速正常运行的工况时，由于列车运行速度高，因此考虑到高速带来的制动距离的增加，选用一种根据不同列车速度自动调节触发周期的方式来实现动态警惕触发功能，触发周期在16～30 s内自动调整，若司机在规定时间段内未完成对警惕装置的触发操作，列车将会发出声光报警，采取紧急制动直至列车停车。

警惕装置触发周期设计见表1。

2.2 硬件组成

新型警惕装置功能设计的硬件组成分为三部分：列车运行工况、列车控制系统和列车动作。

（1）列车运行工况包括列车制动状态操作、制动控制单元和警惕装置触发状态，其中制动控制单元提供本单元内车辆的轴速度，列车运行工况信息反馈至列车控制系统。

（2）列车控制系统包括数字量输入模块、中央控制单元及数字量输出模块三部分，列车控制系统依据接收到的本单元内制动控制单元传输的有效列车轴速度计算出整列车辆的实际运行速度，同时采集列车制动状态及警惕装置触发状态，以此三要素确定警惕装置的触发周期。其中警惕装置选用自复位的按钮，列车控制系统检测按钮的边沿脉冲信号作为判断条件。

（3）列车动作包括报警灯、蜂鸣器及紧急制动继电器动作。列车控制系统根据列车运行工况信息反馈控制列车动作，以保证车辆运行安全。

新型警惕装置功能实现原理框架见图1。

2.3 软件实现

2.3.1 软件设计

列车控制系统的软件设计是整个警惕装置设计的核心部分，软件设计流程见图2。

（1）列车控制系统采集列车运行工况，采集到表1中的工况1和工况2时，警惕许可不执行，反馈命令为“N”，程序循环运行；采集到表1中的工况3和工况4时，执行警惕许可，反馈命令为“Y”，程序继续运行。

（2）列车控制系统根据采集到的列车运行工况制定警惕装置触发周期，若在触发周期内司机进行了警惕装置触发，反馈命令为“Y”，程序循环运行；若司机超时未触发警惕装置，反馈命令为“N”，首先列车控制系统对报警指示灯输出高频启动脉冲指令，通过报警指示灯的高频闪烁对司机进行提示，程序继续运行。

图1 新型警惕装置功能实现原理框架

表1 警惕装置触发周期设计表

图2 新型警惕装置软件设计流程

（3）若报警指示灯高频闪烁动作2.5 s内司机进行了触发警惕装置操作，则列车控制系统终止对报警指示灯的高频输出，反馈命令为“Y”，程序循环运行；若该时间段内司机不做任何操作，反馈命令为“N”，列车控制系统在对报警指示灯输出高频启动命令的同时，对蜂鸣器也输出同频率的启动脉冲，从而增加报警声音的提示，程序继续运行。

（4）若蜂鸣器和报警指示灯高频闪烁同步动作2.5 s内司机进行了触发警惕装置操作，则列车控制系统终止对报警指示灯及蜂鸣器的高频输出，反馈命令为“Y”，程序循环运行；若该时间段内司机不做任何操作，反馈命令为“N”，则可以判断目前司机处于无意识状态，失去了对列车运行状态的监控和操纵能力，出于对车辆的安全运行考虑，列车控制系统会输出紧急制动的指令，触发紧急制动继电器动作，将列车安全停稳。

2.3.2 软件程序

根据软件设计思路，基于isagraf软件采用流程图（FC）语言进行软件程序的编写。该软件程序能完全实现软件设计的功能，已在具体的出口城轨车辆中得到应用。

3 结束语

国内轨道车辆安装的警惕装置使用较多的是静态操作和固定周期的动态操作触发方式。在分析了静态和固定周期动态触发警惕装置不足之处的基础上，同时结合车辆的运行工况，重新设计实现了一种在安全制动距离下，警惕触发周期随车速变化而自动调整的动态触发方式。该设计利用列车控制系统强大的处理能力，结合列车运行状态等综合条件，控制车辆逻辑的输出，尽可能减少硬件设备或触点故障带来的影响，同时最大程度降低了司机的工作强度，提高了车辆运行的安全性能。该设计方式对于站间距较长的轨道车辆警惕装置控制原理设计有很好的参考价值及指导意义。

[1] 丁玉峰，刘明杰. HXD3型机车警惕装置原理及故障分 析[J]. 内燃机车，2013(3)：37-38.

[2] 许群芳，林平. 司机控制器牵引/制动单元手柄防误操作 结构设计[J]. 电力机车与城轨车辆，2011(3)：61-62.

[3] 申屠慧平，叶林. HXD3电力机车无人警惕装置的技术 改进[J]. 上海铁道科技，2012(2)：45-46.

[4] 王强，张家欢. LKJ司机警惕功能软件设计与实现[J]. 机 车电传动，2010(5)：70-72.