肖晓 彭敏

摘要：城轨列车在试车线上的调试安全目前仍然通过司机操作规范性来保证，在接近线路末端，若发生司机注意力不集中的情况，列车可能来不及减速停车并冲撞车档，甚至冲出轨道，造成严重的人员和设备损害。基于此，本文提出了一种自动化的防护方案，避免该危害的产生。方案详细阐述了防护方案的原理，并对防护系统架构，和防护系统在车辆上的应用方法进行了详细描述。

关键词：城轨列车;试车线;防护

0  引言

城市轨道交通系统目前已经成为人民出行最重要的交通方式之一。城轨列车在制造完毕或架大修完毕后，开始正线载客运营之前，均要在试车线上进行多次动态调试。但是，在试车线调试时，信号的ATP防护系统处于未开启状态，且试车线的长度较短（一般不超过3km），所以一旦司机没有集中精力驾驶，则列车很可能发生行驶到线路终点前没有及时减速停车，并发生冲撞线路末端车挡的事故。甚至，列车有可能冲坏车挡，冲出试车线轨道，造车列车脱轨，并导致设备损害或人员受伤等情况。因此，有必要对试车线上列车运行安全开展研究，从系统设计上确保列车在试车线上调试的安全。

1  系统方案研究

鉴于传统列车在试车线上调试存在的安全隐患，本文特提出一种主动式的线路末端防护系统方案，通过对列车前端与线路末端的距离进行实时监测、预警以及紧急制动指令输出，从根本上避免列车与车挡的碰撞，从而避免后续设备损害或人员伤亡问题的发生。

系统由一套专用的试车线防护裝置，和相应的接口电路构成，从功能上区分，主要包含测距系统和控制系统，其测距系统主要包含一台便携式的测距主机、一个测距雷达和一个便于固定的应答器构成，如图1所示。

其中，便携式测距主机放置于列车上，测距雷达放置于列车前端，使其雷达波发射方向面向列车前端即可，且雷达不易随着车辆的运行发生晃动即可。应答器安装于试车线的末端，车挡前方的位置。

1.1 测距原理

防护系统实时测量列车距离车挡的距离，具体步骤如下：

第一步：列车行进端司机室内测距雷达向前发送主动测距信号。

第二步：试车线轨道末端的应答器设备收到主动测距信号后，则向来车的测距雷达发送被动应答信号。

第三步：测距雷达接收应答器发射的被动应答信号，并进行距离解算。

最终，列车车头到轨道末端的距离：

实际运用时，由于一个车场可能存在多条并列试车线的情况下，为了避免两条试车线上的防护设备产生干扰，测距雷达和应答器发出的射频信号内包含设备识别信息。应答器和雷达对该信息进行识别和确认，仅对处于同一试车线内配对的设备发来的信号才进行应答，从而避免产生错误的反馈信息。

1.2 停车距离计算原理

防护系统实施计算列车的制动距离，具体方法如下：

式中，n表示将列车制动特性曲线均等分的份数，vi表示该段曲线起点对应的列车速度，vi-1表示该段曲线终点对应的列车速度。

1.3 防护控制方法

防护系统实时比较列车到终点距离L，和列车的停车距离Slimit，并根据结果进行防护控制。防护控制可采用两级方式，一级为声光报警，二级为紧急制动指令输出。具体逻辑如下：

式中：

La指考虑防护系统本身响应时间段内列车的前进距离，具体值在系统调试时进行整定;

Lb指紧急制动停车后列车距离车档的预留距离，该值主要是考虑列车制动系统施加制动力存在一定偏差而设定的安全裕量，典型偏差为3%，防护系统在计算列车停车距离时需考虑该偏差;

Lc指系统设定的声光报警时间段内列车前进的距离，该时间段可设定为5s，具体可以通过软件进行调整。

2  设备方案研究

根据前文所述，对满足该防护系统的硬件设备方案进行规划如下：

2.1 测距主机

测距主机除了进行实施距离计算、比较外，还需要能够提供声光报警信号，提供紧急制动输出信号，并由列车的方便插座提供的AC220V控制电源供电。基于此需求，对主机系统架构规划如图2。

机箱内主要包含如下模块：测距模块、主控模块MCU、电源模块、声光报警模块等，其中，电源模块用于将AC220V转换为内部各部件所需的控制电源，主控模块主要用于进行系统数据处理、声光模块控制、紧急制动控制等，测距模块用于处理测距雷达提供的数据。

紧急制动输出被设计为干接点输出，以跟系统进行隔离后接入列车紧急制动环路，确保安全。

2.2 测距雷达和应答器

测距雷达和应答器均选择2.4G射频RF雷达，以避免接近列车其他车载子系统工作频段而产生干扰。

2.3 紧急制动控制方法

测距主机内部包含一个“紧急制动”继电器，该继电器受MCU控制器直接输出控制。在防护系统被启用时，“紧急制动”继电器的触点将被接入列车的紧急制动环路。如图3所示，一旦测距主机发出紧急制动指令，将使得主机内的“紧急制动”继电器触点断开，从而使得“列车紧急制动”继电器失电，一旦该失电，会导致列车产生紧急制动并停车。

相应的，车辆的紧急制动回路在设计时，需考虑预留一对靠近的端子，防护系统通过该端子接入回路。在防护系统未接入时，采用短接片进行短接。如图4所示。

2.4 设备方案小结

本方案中，防护系统相关部件被设计为便携和便于安装的，可以适用于不同线路不同车辆，仅在试车线调试时才加装和使用，一旦调试完毕可以拆下和存放。防护系统不作为车辆的固定配件进行安装，一条试车线仅配置有限的1到2台，不会额外增加车辆的采购成本，也不会因为作为长期配件，额外增加车辆的故障点。且系统采用动态的距离计算方法，根据车速和减速度不同，实时更新距离阈值，不会缩短试车线的可使用区段，可确保试车线的使用效率。

3  结束语

本文基于城轨列车试车线的应用场景，提出了针对性的防护系统方案，并对其原理，涉及到的硬件和系统应用方法进行了详细描述，对于后续项目具有参考意义。特别是在现阶段乃至未来很长一段时间范围内，城市轨道交通线路日益增长的情况下，解决其应用过程中的安全风险也具有现实意义和需求。本方案还对提高动车、机车试车线防护安全有一定的参考意义。

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