广州地铁3号线B1型联挂列车对标不准问题分析与应对

梁伟祺 魏 刚

广州地铁3号线目前使用的ATC信号系统为Seltrac S40移动闭塞系统，由系统管理中心（SMC）、车辆控制中心 （VCC）、车站控制器（STC）及车载控制器 （VOBC）组成，4个子系统相互配合，为ATC信号系统提供了列车自动监控（ATS）、列车自动驾驶 （ATO）和列车自动防护功能 （ATP），保证列车和乘客的安全，实现列车快速、高密度、有序运行的功能。

在上述的4个子系统中，VOBC由于在线使用数量较多，并且与车辆系统存在接口关系，因此发生的问题和故障也较多。数据统计显示，VOBC和车辆接口故障主要为B1型联挂列车对标不准，主要体现在列车冲标上。2013年4月冲标次数为118次，平均每天约有4次。

面对较高的列车冲标情况，本文将对VOBC系统进行简单介绍，深入分析B1型联挂列车对标不准问题，并且提出相应的应对措施和措施成效分析。

1 VOBC系统的组成与功能分析

VOBC系统作为车辆系统的一部分，在实现列车自动控制功能中十分重要。一列B1型联挂列车共设置4套VOBC系统，一列B 2／B 4列车共设置2套VOBC系统。一套完整的VOBC系统包括机架设备和外围设备。

VOBC系统在各单元和外围设备的协调工作下，可实现下述功能。

1．通过收发报文与VCC通信。VOBC系统通过安装在转向架上的接收天线和发送天线与VCC通信，将列车的相关信息发到VCC系统，如列车当前位置、速度、运行方向等，并接收VCC系统发来的命令。

2．模式选择。VOBC系统为列车的运行提供了ATC模式和人工模式，司机可根据运营需要，选择适当的模式运行列车。

3．列车测速及定位。在正线运行中，VOBC系统根据环线交叉点信息和测速发电机的信息，计算当前列车的位置。根据环线交叉点信息的定位，称之为粗略定位；根据测速发电机信息的定位，称之为精确定位。

4．ATP／ATO功能。VOBC系统监控列车各种状态信息，确保列车安全地运行，同时根据VCC系统发来的命令以及当前列车状态，控制列车的牵引、制动和车门开关。

2 B1型联挂列车对标不准原因分析

广州地铁3号线开通初期，使用40列3节编组的B1型列车，实现快速、高密度的行车组织。随着3号线客流量的快速增大，从2010年4月开始进行了编组改造，将40列3节编组的B1型车联挂成为20列6节编组的B1型联挂车，并组织上线运营。由此，3号线列车对标不准故障开始逐渐增多，并且主要体现在列车冲标问题上。从2010年12月至2014年12月的数据统计显示，共发生对标不准的故障数为4098次，其中冲标的故障次数为3758次，占总数的92%，欠标的次数为340次，占总数的8%。

由于3号线列车运营模式是基于ATP保护下的ATO模式，只有在故障情况时才转为ATP保护下的司机人工驾驶模式，因此这里主要探讨列车在ATO模式下的列车冲标问题。又因列车的ATO功能由VOBC负责提供，因此在对冲标问题的原因进行探讨前，还需要对VOBC的控车模式进行简单分析，了解其控车模式是否能应对列车ATO进站对标停车时的速度控制要求。

2．1 VOBC ASC原理分析

列车以ATO模式运行时，由VOBC根据闭环控制原理，通过参考VCC系统给出的推荐速度，以及收集列车加速度和实际速度，控制列车的牵引／制动，以决定当前列车速度。

在Seltrac S40系统中，VOBC按照自动列车速度控制原理 （ASC）对列车进行控制，在考虑各种限制条件下，如乘客舒适度、安全速度限制、制动率、列车性能等，以实现在最短时间内到达列车后续目标停车点。

在ASC中，共有8种工作模式，实际使用模式为7种，分别在列车运行过程中的不同情况下使用，详见图1。

图1 ASC中工作模式原理图

1．模式①，巡航模式。VOBC输出牵引力牵引列车，让列车实际速度迅速贴近推荐速度。

2．模式②，制动模式。当VOBC实测列车速度大于VPAR2，进入制动模式，VOBC根据推荐速度的下降，输出相应的制动力，让列车实际速度跟随推荐速度下降。

3．模式③，备用，暂未使用。

4．模式④，泊车模式。列车最后停下来的0．6m前，进入该模式，VOBC施加最大的制动力让列车停稳。

5．模式⑤，启动模式。VOBC慢慢提升牵引力的输出，直至列车气制动缓解，列车开始动车。当实测列车速度大于3km／h时，退出该模式并进入巡航模式。

6．模式⑥，停车模式。当列车实际速度降至4～5km／h，并且实际速度低于推荐速度时会进入该模式。此时VOBC会减少制动力的输出，让实际速度跟随推荐速度。

7．模式⑦，目标速度模式。当VCC在列车运行的前方区域设置了目标速度，并且VPAR2小于目标速度，列车在接近前方限速区域时，就会进入该模式。

8．模式⑧，惰行模式。VOBC不输出牵引或者制动力，列车处于惰行状态并且慢慢减速，当轨道坡度在－2%～1%之间，VOBC实测列车速度大于42．5km／h，并且 ｜V推荐速度－VVOBC实测速度｜＜0．25km／h进入惰行模式。

注意：VPAR1、VPAR2、VPAR3分别为 VOBC综合考虑目标停车点、制动率、当前坡度和系统补偿值因素，计算出来的速度预测值，其中VPAR1考虑的情况最差。

上述7种ASC运行模式中，和列车进站对标相关的模式有制动模式、停车模式和泊车模式。这3种模式已经包含了列车进站对标时，有可能出现的超速冲标或者速度不足欠标。如果出现超速情况，VOBC会进入制动模式，继续增大制动力，让列车实际速度降下来贴近推荐速度；如果出现速度不足，VOBC会进入停车模式，减少制动力，让列车实际速度提升贴近推荐速度。因此在列车的牵引／制动系统能够按照VOBC输出的牵引／制动模拟量执行情况下，列车基本不会出现对标不准的情况。

2．2 原因分析

从2014年8月底，信号专业、车辆专业及相关供货商开始对B1型联挂列车2122车进行冲标数据捕捉工作，经过深入分析，目前得出关于3号线B1型联挂列车冲标问题的基本确认：

1．进站对标大约5km／h时，VOBC施加制动力，但是车辆系统没有及时响应VOBC的制动力要求，造成列车超速冲标。

图2分别记录了2122车在珠江新城上行站台冲标及正常对标的数据，通过对比，即可发现在5km／h左右VOBC施加制动力 （模拟量绝对值增大），但是车辆系统没有及时响应VOBC的制动力要求，并且车辆系统输出的制动力 （列车加速度绝对值减少）略有减少，详见图2中黑圈部分。

图2 2122车在珠江新城上行站台对标数据

2．车辆系统电制动施加延时为512ms，不满足信号和车辆接口文件要求的 “车辆电制动的响应时间小于400ms”。

3．通过对比分析冲标的B1型联挂列车与正常的B1型联挂列车对标的数据，发现列车冲标时电气转换前后总制动力变化与正常对标的相比变化较大，主要体现为电气转换前后总车辆系统制动力减少较大，此时VOBC输出的制动模拟量无减小现象，因此电气转换前后总制动力的减小与VOBC输出的制动模拟量无关。

在2014年8月23日，车辆专业捕捉了2122车在番禺广场上行站台冲标时，电气转换后车辆系统总制动力的变化，通过对比电气转换前后总制动力数值，发现总车辆系统制动力减少较大，电气转换前总制动力为156．28N，电气转换后总制动力降为83．374N。

4．通过对比B1型联挂列车和B2／B4型列车进站对标数据，发现联挂后的B1型列车进站对标停车阶段车辆系统总制动力有2个先减少后增大的过程。

5．停车阶段车辆系统电空混合配合存在问题，需调整。

6．车辆气制动施加延时时间不稳定，气制动施加由车辆系统EP2002阀控制，其固定机械特性延时范围在200～400ms，实际与车辆实际管路布置有关。

3 采取措施及成效

在研究B1型联挂列车冲标原因过程中，信号和车辆专业共同细化了列车冲标统计表格，增加了喷油列车、列车打滑、主用VOBC、激活车头的考虑，并且使用细化后的表格对基础数据进行统计，跟踪每天的列车冲标情况，按阶段进行数据透视，分析出相关规律，提出相应整治措施。目前比较有成效的4种措施为：

1．对所有联挂B1型列车调大一档轮径补偿值。信号系统计算的轮对轮径值大于列车实际轮对轮径值，在信号系统目标停车点距离一定的情况下，列车实际行驶距离缩短。经过多次的数据计算和测试，调大一档轮径补偿值后，在最极限的情况下，对系统精确定位造成不大于0．3m的误差，当VOBC经过一个25m的交叉点后，会对精确定位进行重新校正。

2．针对主用VOBC和激活车头不在同一车时，MVB网络和WTB网络转换时间较长的问题，同时考虑上行区域冲标比下行区域严重等，对冲标严重B1型联挂列车实行切换主用VOBC至面向番广方向列车上。经过信号专业和车辆专业双方对车载VOBC和车辆VCU关于ATO控车的接口关系图的共同研究分析，判断B1型联挂车激活车头与主用VOBC不在同一侧时，车辆MVB网络和WTB网络通信协议转换所需时间，较在同一个车头时需要更长时间，在一定程度上影响车辆响应时间。

3．对冲标高发站台区域进行油污清理。

4．更换整辆列车轮对制动盘闸片。气制动供货商克诺尔提供的进口闸片能提供较好的摩擦系数，当列车在气制动介入的情况下进行对标停车时能提供所需的制动力。

上述第1、3种措施从2013年5月开始执行，第2种措施从2013年7月初开始执行，根据2013年的B1型列车冲标数据统计，采取措施后2013年的冲标上升趋势得到遏制，平均每月的冲标次数由最多的151次，下降且平稳维持在70次。第4种措施于2015年2月在2122车开始执行跟踪，更换进口闸片后，平均每天冲标次数下降至0．1次。

4 总结

B1型联挂列车对标不准故障，主要体现为列车冲标，通过原理分析，将车辆响应延时细化为车辆系统WTB网络和MVB网络转换延时。通过更换参数变量捕捉冲标数据，分析发现冲标列车电气转换后车辆系统总制动力减少较大的问题。从冲标原因研究，逐步向降低冲标次数措施研究深入，最终通过采取对车载VOBC系统调大一档轮径补偿值、切换主用VOBC至面向番广方向列车上、轨道油污清理和更换列车制动盘闸片等措施，有效降低B1列车冲标次数。

本文提出的应对措施虽然对于降低B1型联挂列车冲标有一定作用，但考虑B1型联挂车冲标原因在于车辆系统电气转换后总制动力不足，因此要从根本上解决必须从车辆系统入手，后续的研究方向主要是信号专业、车辆专业、气制动供货商三方共同研究，增加预压力，让气制动力提早施加，以满足列车对标停车时的制动力要求。

［1］ 广州市地下铁道总公司．广州地铁三号线车载设备维护手册［S］．2008，6．

［2］ 何宗华，汪松滋，何其光．城市轨道交通通信信号系统运行与维修［M］．北京：中国建筑工业出版社，2006：223－238，279－280．

［3］ 张冲．城轨交通车载控制器定位技术的研究［D］．成都：西南交通大学，2011：4－16．