李兆龄，严业智

（通号城市轨道交通技术有限公司，北京 100070）

1 概述

城市轨道交通线路的客流在不同阶段、不同时段、不同空间上存在较大差异。

传统固定编组的运营模式，通常根据客流分布情况，采用大小交路套跑，以及平峰、早高峰、晚高峰不同间隔的方式组织运营，大交路运行区域及平峰运行时段列车运行间隔大，乘客等候时间较长，等待体验欠佳。在固定编组的运营模式下，若以减少乘客等待时间为目标，全线采用相同间隔单交路运行，将造成运能的浪费和运营成本的增加，因此，采用固定编组的运营模式无法很好的解决运力、客流、能耗匹配问题。

灵活编组是指根据不同时段、不同空间的客流特征，在保证较高列车运行间隔的条件下，通过列车编组快速变化来实现需求和运力最佳协同的运输组织技术，基于灵活编组的运输组织技术是用于解决其时空分布不均衡性的重要运输组织模式之一。

2 灵活编组技术概述

列车编组的快速变化，即自动实施联挂/解编及编组状态自动确认是灵活编组的主要特征。高速铁路采用人工参与的联挂/解编方式，联挂/解编耗时长，不适宜于城市轨道交通公交化的应用需求，随着城市轨道交通信号及车辆网络技术的发展，可快速实施的灵活编组技术成为可能。

灵活编组技术根据实现的技术特征，分为物理联挂/解编技术及虚拟联挂/解编技术。

采用物理联挂/解编技术，2列短编组列车可以在车辆段或正线指定位置，联挂成1列长编组列车，短编组列车之间通过全自动车钩实现物理和电气连接。在车辆段或正线指定位置也可以将1列联挂的长编组列车解编为2列短编组列车。

采用虚拟联挂/解编技术，2列短编组列车可以在车辆段或正线任意位置，通过紧密追踪的方式虚拟联挂成1列长编组列车，短编组列车之间无物理连接。

信号系统是实现灵活编组的关键系统，物理联挂/解编技术目前已进入工程应用阶段，本文主要以物理联挂/解编为前提，介绍信号系统灵活编组的相关方案及关键技术。

3 灵活编组的目标及过程

灵活编组要求信号系统具备灵活调整列车编组以及不同编组列车混合运行的能力，信号系统在目前互联互通全自动运行系统的基础上，叠加灵活编组的功能要求，总体目标如下。

1）实现两列装备不同厂家信号车载设备列车的自动及联挂/解编，联挂/解编后保持联挂前的模式；

2）联挂列车满足全自动运行相关场景下的全功能运行要求，并具备与单编组列车的混合运行的能力及互联互通跨线运营能力。

3.1 联挂过程

两列相同编组列车在指定区域可进行人工联挂或自动联挂。

自动联挂是指在VOBC根据联挂/解编计划或控制中心调度员远程发送联挂相关指令，完成自动联挂，自动联挂共分为4个步骤。

步骤1被联挂列车准备阶段：FAM/CBTC模式被联挂列车停至联挂解编区域指定位置，信号及车辆完成准备工作，被联挂列车保持模式但释放激活端（防止联挂后出现双端激活），被联挂列车车辆自动施加紧急制动。

步骤2去联挂列车准备阶段：FAM/CBTC模式去联挂列车停至联挂解编区域，距离被联挂列车一定距离停车（一度停车），信号及车辆完成准备工作，如图1所示。

图1 去联挂列车准备阶段示意Fig.1 Schematic diagram of the preparation phase for the second train to be coupled to the first train

步骤3联挂阶段：车辆根据信号的指令，启动联挂作业。去联挂列车以低于车钩允许碰撞速度与被联挂列车低速碰撞（速度不超过5 km/h），先后完成机械车钩联挂及确认、电气车钩联挂。联挂均完成后，车辆及信号完成联挂后的数据装载以及测试工作，信号系统地面设备将两列车标记为一列车，联挂列车首尾建立通信。如图2所示。

图2 联挂阶段示意Fig.2 Schematic diagram of the coupling phase

步骤4发车阶段：ATS融合两列车车次号，形成新的车次号，并根据运行计划为联挂列车排列相应进路，联挂列车根据运行计划发车，投入运营。

对于EUM及RM列车，可根据运营规定，司机人工驾驶列车低速碰撞实现联挂作业，作业完成后，需重启车载设备，系统根据联挂状态自动识别列车编组信息，列车定位后，可升级模式。

3.2 解编过程

联挂列车在指定区域可进行人工解编及自动解编。

自动解编是指VOBC根据联挂/解编计划或控制中心调度员远程发送解编相关指令，完成自动解编，自动解编共分为3个步骤，如图3所示。

图3 自动解编过程示意Fig.3 Schematic diagram of the process of automatic decoupling

步骤1联挂列车准备阶段：FAM/CBTC模式联挂列车停至联挂解编区域指定位置，信号及车辆完成准备工作。

步骤2解编阶段：车辆根据信号系统指令先后断开两列车电气车钩及机械车钩，联挂列车分离为两列车，并分别装载单列车的数据。

步骤3发车阶段：ATS为两列车分别赋予新的车次号，并根据运行计划排列相应进路，列车根据运行计划依次发车，投入运营。

对于EUM及RM列车，根据运营规定，司机通过操作驾驶台上的解编按钮，可实现列车解编作业，解编作业完成后，需重启两列单编组列车的车载VOBC，列车重新定位后，可升级为ATP防护模式。

4 灵活编组关键技术

在联挂和解编过程中，涉及到一系列的关键技术问题需要解决，包括如何确保联挂列车低速碰撞速度，确保碰撞速度既能可靠联挂，也不会对车载造成伤害；2列车联挂后如何实现4套车载VOBC之间的接口及协同控制；联挂后，2列车分别向轨旁ATP发送位置报告还是发送一个整合后的位置报告；联挂列车如何实现2列车之间的换端等。

4.1 联挂速度控制

列车车钩的允许最高碰撞速度为5 km/h，为精确控制联挂速度，2列车需要在较近距离一度停车，完成联挂的准备工作后，启动列车低于5 km/h进行联挂。

为实现列车在ATP防护下的近距离停车，对安全制动模型进行了优化，采用可碰撞MA和特殊的安全制动模型，通过提前切除牵引并转换列车防护曲线方式，控制去联挂列车停至距离被联挂列车车钩4 m处。在具备联挂条件后，信号向车辆输出联挂命令，列车进入联挂状态后，由车辆控制去联挂列车以3～5 km/h速度接近前方被联挂列车进行碰撞联挂，VOBC对列车运行速度进行防护。

4.2 联挂列车接口

对于每列车首尾各安装1套冗余的车载设备，考虑到列车联挂需求，短编组VOBC在既有电气接口基础上，需新增部分接口，包括机械联挂状态、电气联挂状态、解编命令，机械联挂状态、电气联挂状态用于判断列车在哪端实施了联挂以及的正确性，分别代表本端机械车钩、电气车钩处于联挂状态，列车联挂时为低电平，列车非联挂为高电平。

联挂后的两列短编组列需交互相关状态及控制信息，如紧急制动状态、站停时间、折返模式、钥匙状态、列车位置、驾驶模式等，考虑到电气车钩可提供的电气连接线缆数量有限，短编组列车之间的信息通过网络方式传输，可采用的通信方式包括：

1）与车辆以太网融合，通过车辆以太网建立两列车VOBC间通信；

2）通过LTE建立两列车间的通信。

考虑到通信的实时性，采用信号与车辆以太网融合方式，通过车辆以太网建立两列车VOBC间通信。

联挂后，信号系统将根据运行方向，自动激活相应端的车载VOBC，由激活端车载VOBC控制列车运行，激活端车载VOBC向车辆发送控制命令。将联挂列车按照一列车进行控制，尾车车载VOBC正常运行时不参与控制，车辆将两列单编组列车整合为统一的车辆平台进行控制，车辆向VOBC提供长编组列车的紧急制动反馈、列车完整性、车门关闭及锁闭状态、牵引切除、保持制动已施加、制动重故障、障碍物及脱轨等全局性状态；VOBC向车辆提供长编组列车的紧急制动、开门使能、牵引/制动、牵引切除、保持制动、跳跃、开关门指令等全局性指令，如图4所示。

图4 联挂后的列车网络示意Fig.4 Schematic diagram of train network after coupling

4.3 联挂列车位置报告的发送

对于信号系统而言，灵活编组与传统固定编组的信号系统的控制技术存在较大差异，传统CBTC系统为固定编组，VOBC通过测速测距设备和应答器建立定位，并根据列车固定的长度向ZC发送位置报告。灵活编组运营后，列车的长度将动态的改变，需考虑列车位置报告的发送方式，有以下2个方案。

1）单包络方案：两列固定编组列车联挂后，两列车VOBC间建立通信，并将两列车的包络进行融合，VOBC向ZC发送联挂后整列车的位置报告，ZC将联挂列车按照一列车进行控制及防护。

2）双包络方案：两列固定编组列车联挂后，两列车维持各自的包络，两列车VOBC同时与ZC保持通信，分别向ZC发送原固定编组列车的位置报告，ZC将联挂列车按照两列车进行控制及防护。同时考虑双包络方案在折返、唤醒等场景下，两车VOBC需交互信息，以保证和原CBTC系统基本一致的功能分配和功能要求，双包络方案两列车VOBC间可通过有线或无线建立通信。

双包络方案列车VOBC间逻辑耦合性较低，为虚拟联挂/解编提供了技术保障，顺应后续技术发展的方向，因此采用双包络方案。如图5所示，列 车1的TC2端VOBC作 为 激 活 端，与ZC、CI、TIAS/ATS通信，交互位置报告及移动授权、站台门联动信息、列车运行信息；列车2的TC2端VOBC作 为跟随 端，与ZC、TIAS/ATS通信，交互位置报告、列车运行信息；列车1及列车2的TC1端处于待机状态。

图5 联挂后的车地通信示意Fig.5 Schematic diagram of vehicle-ground communication after coupling

非联挂列车VOBC仅需对本列车进行控制，联挂列车由两列固定编组列车组成，在列车唤醒、折返等运营场景下，需要两列车VOBC相互协同，完成相关功能。

4.4 联挂列车换端

非联挂列车折返换端时，列车头端VOBC向尾端VOBC发送定位、驾驶模式等信息，实现列车的折返。联挂列车换端时，TIAS/ATS向列车1的TC2端VOBC（激活端）及列车2的TC2端VOBC发送反方向运行的指令，短编组列车的头车及尾车分别进行折返换端，头车和尾车均换端完成后整列车换端完成，如图6所示。

图6 联挂列车换端示意Fig.6 Schematic diagram of the switchover of the leading end of a coupled train

5 结束语

灵活编组为轨道交通绿色发展及服务质量提升起到了重要的促进作用，物理联挂方案已进入工程实施阶段，在实施物理联挂的同时，ZC及VOBC的设计方案为后续虚拟联挂提供了技术基础，待具备低延时特性的无线网络在城市轨道交通领域具备成熟应用条件时，逐步尝试虚拟联挂的工程化应用。

灵活编组的实现是一项系统性工程，除信号系统外，还需要车辆等专业的支撑。通过车钩撞击实现物理联挂的方法，要求信号与车辆配合实现精确的列车控制，在频繁撞击场景下也对车钩的耐用性提出了更高要求，载客联挂也难以被运营接受。随着可伸缩车钩技术的成熟和应用，物理联挂的实施难度和应用范围将进一步降低。