城市轨道交通车载ATC系统与车辆接口研究

晏鑫（南京南车浦镇城轨车辆有限责任公司技术部，工程师，江苏　南京　210031）

城市轨道交通车载ATC系统与车辆接口研究

晏鑫
（南京南车浦镇城轨车辆有限责任公司技术部，工程师，江苏南京210031）

摘要：重点介绍了基于CBTC的西门子车载ATC与车辆的接口关系，便于有关人员详细了解了OBCU与车辆、牵引控制系统的相关接口，以保证信号系统与车辆系统接口调试和测试的顺利进行。

关键词：城市轨道交通；车辆；ATC；接口

10.13572/j.cnki.tdyy.2015.04.009

城市轨道交通车载ATC系统作为地铁车辆的一个组成部分，起着超速防护与车辆运行控制的功能，是地铁车辆车载设备系统联调过程中的重点与难点。苏州地铁1号线车辆的车载信号设备采用德国西门子公司的Trainguard MT自动列车控制系统。该系统采用车载设备（简称OBCU）与轨旁设备相结合的工作方式，实现不同自动化等级列车的混跑运营要求〔1〕。只有详细了解了OBCU与车辆、牵引控制系统的相关接口，才能保证苏州地铁1号线车载信号设备单系统的调试、信号与车辆系统联调的顺利进行。

1　 ATC车载设备配置及功能

1.1 ATC车载设备配置车载ATC设备安装于由4节（Tc-Mp-Mp-Tc，其中Tc为带驾驶室的拖车，Mp为带受电弓的动车）车厢构成的电动车组列车上。每一个Tc车安装有车载信号设备一套，包括：1台ATP车载单元、1台ATO/ITF车载单元、1台无线通信DCS单元、1个脉冲速度传感器、1个测速雷达，以及在驾驶室安装的信号显示屏HMI。头尾两套设备互为冗余备用的关系〔2〕，其设备配置如图1所示。

图1　ATC车载设备配置图

1.2 ATC车载设备功能Trainguard MT车载ATP采用2取2安全计算机系统〔3〕，负责ATC下的列车运行保护，主要实现与安全有关的子系统的控制。Trainguard MT的轨旁设备根据列车位置报告、联锁状态信息、调度指令和线路数据连续的确定授权列车行驶的区域，并通过无线通信发给车载ATC设备，车载设备根据这些信息计算列车可以达到的最高行驶速度以及门控授权，对列车的安全状态进行实时监督。

车载ATO为非安全子系统，主要功能是驱动司机室内的操作设备，并根据信号及运行管理系统的输入指令来控制运行。实现ATO模式下的列车牵引/制动控制及定点停车控制。

车载DCS实现连续的车地双向无线通信功能。DCS将车载ATP产生的列车的位置和设备状态以报文形式实时发送给地面ATC设备，并将地面线路状况和运行授权命令传递给车载ATC系统。

2　车载ATC与车辆的接口

2.1 OBCU供电电源OBCU的额定电源输入电压为直流110 V，车辆为其供电的电源电压应当在标称电压值的-30%到+25%的范围内。为避免产生较大的干扰，OBCU需尽可能的通过最短路径连接到车载110 V直流电源上（电源连接见图2所示），且必须单独安装断路器（断路器容量见表1所示）。电源电缆的芯线横截面应不小于1.5 mm2。

图2　OBCU与车载电源的连接

表1　OBCU设备电源断路器

2.2 OBCU-ATP与车辆之间的接口OBCU-ATP与车辆之间包含安全相关、非安全相关的输入、输出接口〔4〕。

2.2.1 ATP安全输入车载ATP设备的安全输入一方面来自于驾驶室控制台（见表2），另一方面来自于列车牵引/制动控制系统（见表3）。

表2　来自驾驶室接口的OBCU_ATP安全输入

表3　来自列车牵引/制动控制系统的OBCU_ATP安全输入

2.2.2 ATP非安全输入车载ATP设备的非安全输入一方面来自于驾驶台的按钮输入，另一方面来自于另一端冗余OBCU。车载ATP非安全输入接口如表4所示。

表4　OBCU_ATP驾驶室非安全输入

2.2.3 ATP安全输出OBCU-ATP设备的安全输出包括紧急制动、牵引释放、左侧车门和右侧车门的释放信号。

其中，紧急制动输出是OBCU-ATP最重要故障-安全功能。车辆将ATC的紧急制动接点串在列车紧急制动回路中。当紧急制动接点断开时，紧急制动施加。另外，ATP切除开关应能旁路ATP紧急制动输出的信号。

牵引释放输出接点的作用是防止车门和站台屏蔽门处于开启状态时列车牵引被允许。此接点的接口定义是：当牵引释放接点断开时牵引被信号锁闭（禁止牵引）；当接点闭合时牵引被信号释放（可以施加牵引）。在ATP切除时由ATP切除开关旁路该信号。车辆应能够读入和处理该信号，以切断牵引允许回路。

门释放信号的作用是为了防止列车车门未经ATC许可而开启，此接点的接口定义是车门释放信号接点断开时禁止车门开启；当接点闭合时允许车门开启。当列车运行时车门释放信号将被断开。只有在车站指定停车区域且列车停稳时门释放信号才被允许。车门释放信号在OBCU-ATP运营模式下提供，在ATP切除情况下，车辆电路跨接车门释放信号，旁路该信号输出。车载ATP安全输出接口如表5所示：

表5　OBCU_ATP的安全输出

2.2.4 ATP非安全输出OBCU-ATP至车辆的非安全输出信号见表6。其接点的最大电流荷载不得高于规定的0.1 A（电压为110 V时）。

表6　OBCU_ATP的非安全输出

2.3 OBCU-ATO与车辆之间的接口ATO与车辆间的所有输入/输出均为非安全接口。

2.3.1 ATO输入OBCU-ATO输入包括列车左侧/右侧车门的开启/关闭命令读入，门控模式开关状态读入，电源关闭（预告）信号。其中，门控模式选择开关位于列车驾驶室内，有自动开/自动关、自动开/手动关、手动开/手动关3个位置，列车司机必须选择一种门控模式。OBCU-ATO非安全输入接口如表7所示。

表7　OBCU_ATO非安全输入

2.3.2 ATO输出ATO输出接口主要包括ATO牵引、制动、ATO模式表示、保压制动、混合使能、开启/关闭车门、折返运行、自动折返表示灯、ATO启动表示灯以及模拟信号输出。其中，

1）ATO牵引触点/制动输出接点被连接到牵引系统TCMS以用于牵引/制动控制。当这个输出被激活且模拟信号的设定值大于0%时，OBCU-ATO要求列车加速/减速。这两个信号在同一时间内只允许有一个触点有效。

2）ATO模式表示触点用于通知车辆当前ATC的驾驶模式是否为ATO模式。牵引系统以此释放用于列车自动驾驶的几个信号（牵引和制动等）；

3）保压制动触点为ATO模式下停车状态时OBCU对车辆施加的驻车保持制动。

4）混合使能信号用于实现停车过程中从电制动到空气制动的转换，该转换过程平滑无冲动并且无振荡，以满足列车舒适度的要求。

5）开启/关闭车门触点允许OBCU在ATO模式和自动门控模式下直接控制列车车门的开启和关闭。

6）折返运行输出信号主要连接到车辆的AR继电器，用于列车在运营终站折返时头尾的交互操作。

7）自动折返表示灯用于在运营终站提示司机可以使用ATC的自动折返功能。

8）ATO启动表示灯用于向司机提示ATO的可用及工作状态。

9）模拟信号是从OBCU-ATO到列车牵引系统的电流环接口，用于传输ATO模式下OBCU对列车的加速度/减速度控制值。该接口的输出范围是0-20 mA，其中0-2 mA和19-20 mA范围内的输出视为无效。2-4 mA的范围用于标识采用0%的牵引/制动加速度（即完全不产生任何加速度或减速度，列车处于惰行状态），而18-19 mA的范围用于标识采用100%的牵引/制动加速度。剩余范围（大于4 mA，小于18 mA）标识为对应0%到100%之间的牵引/制动加速度范围。OBCU-ATO非安全输出接口如表8所示。

表8　OBCU_ATO非安全输出

3　结束语

车载信号系统作为地铁车辆的一个子系统，对于整个车辆的运行控制起着十分重要的作用。车载信号系统的调试测试项目多，技术含量高，是车辆联调工作的重点之一。只有详细了解了OBCU与车辆、牵引控制系统的相关接口才能保证苏州地铁1号线车载信号设备单系统的调试、信号与车辆系统的联调的顺利进行，最终保证苏州地铁1号线车辆按时、顺利交付运行。

参考文献：

〔1〕基于通信的轨道交通列车运行控制系统〔j〕.《现代城市轨道交通》2007年第02期；7-10.

〔2〕黄钟，城市轨道交通ATC系统的国产化及其发展策略〔j〕.《城市轨道交通研究》1999年第04期；43-44.

〔3〕苏州地铁1号线信号系统与车辆接口技术要求.苏州，2010：9-23.

〔4〕南车集团南京铺镇车辆厂城轨公司技术部.苏州地铁1号线ATC电气接口图.南京，2010：1－13.

文章编号：1006-8686（2015）0024-03

文献标识码：B

中图分类号：U284.48