北京地铁4号线列车车门故障的改进分析

丁心凡

（北京京港地铁有限公司，北京100068）

北京地铁4号线列车车门故障的改进分析

丁心凡

（北京京港地铁有限公司，北京100068）

地铁车门作为乘客上下列车的重要通道，关系到乘客的人身安全，其安全可靠性尤为重要。通过对北京地铁4号线列车车门非站台侧开门故障的原因分析，确认现有开门控制电路存在设计缺陷，进而针对存在缺陷提出对应的改进方案，并进一步对实施整改方案前后的车门功能和安全性能变化情况进行对比分析，确保改进效果良好，彻底消除非站台侧开门故障隐患，切实提高了列车运营的安全性。

地铁；非站台侧；故障；改进

众所周知，车门系统为地铁列车的一个重要组成部分，地铁列车客室车门数量多、开关频繁，因此，客室车门故障率相对较高。为了确保地铁列车正常运营，有效降低客室车门故障率，提高列车运行的安全性和可靠性，就北京地铁4号线列车曾发生的一起客室车门非站台侧开门故障进行分析，指出其存在的设计缺陷，提出改进方案，提高列车安全性。

1 故障说明

北京地铁4号线车辆客室车门采用外挂密闭门［1］。通常，列车在进站后均会按指令集控打开站台侧车门进行乘降，而非站台一侧应保持关闭状态。但是，北京地铁4号线曾发生一起列车非站台侧的一个车门，在未给出非站台侧开门指令的情况下打开，幸未发生人员坠落事故。

2 故障分析

车门系统的运动由门控制器控制、电机驱动。开门时，开门信号由信号设备自动产生或司机通过按钮控制，经信号线到达门控制器［2］，再由门控制器发给电机指令，电机驱动开门。

2.1 车门电路控制简介

开门逻辑：零速信号线为高电平，开门指令线为高电平（含开门使能信号），关门指令线为低电平时，门控制器为车门电机提供电源，电机输出转矩，车门打开。

关门逻辑：零速信号线为高电平，开门指令线为低电平，关门指令线为高电平时，门控制器为车门电机提供电源，电机输出转矩，车门关闭。

2.2 故障排查

结合车门控制原理，分析非站台侧车门异常打开的原因有3种可能：开门指令线异常、电机电源线串电、门控制器故障。下面依次对上述可能原因进行故障的分析和排查。

（1）开门指令线检查

列车站停后，非站台侧仅打开了一个车门，因此，只需对开门指令线分支到该门的二极管D2（见图1线圈标注处）到门控制器这一段接线进行检查。通过检查，确认此段接线状态良好。此外，门控制器上，开门指令线和零速信号线的位置相距明显，出现串电的可能性较小，且实际观察门控制器的接线排上也未见导致其可能短路的异物。

（2）电机电源线检查

电机电源线为3根线组成（见图1），门控制器为这3根电源线输出脉冲信号，驱动电机工作。若3根电源线存在串电情况，应为持续高电平，电机不会正常工作。检查电机电源线也无异常，因此，排除了电机电源线串电可能。

（3）门控制器检查

列车回车辆段后该故障车门保持打开状态，检查此时该车门的门控制器状态指示灯状态为：内侧开门指示灯一直闪烁，电机控制信号灯为常亮状态。正常情况下，关门过程中内侧开门指示灯才会闪烁。

通过模拟操作各种开关门状态，确认当内侧开门指示灯闪烁，同时电机控制信号灯常亮的状态，只存在于关门延时过程和关门防挤压打开后关门延时两种状况下，不存在上述门控制器两个指示灯可以长时间保持的状态，鉴于门控制器指示灯状态显示为门控制器内部软件程序控制，因此，推断出现上述故障现象时，门控制器内部程序已经出现异常。

图1 客室车门电路控制原理

综合以上对故障的可能原因分析，可以判断故障原因是由于门控制器程序运行异常所致，并且可以进一步分析，采用同批次门控制器备件的列车同样存在着非站台侧开门的故障可能。因此，为保障乘客绝对安全，避免列车车门异常打开时发生乘客或物品坠落事故，北京地铁4号线当即暂停装有该批次门控制器备件的列车上线运营。

3 改进方案分析

北京地铁4号线作为北京市一条南北交通大动脉，为早晚高峰最繁忙的地铁线路之一，列车停运会导致备用列车不足，影响正线列车需求。为尽快恢复停运列车，需要立即采取有效措施，保证异侧车门非指令打开的故障不再发生，需要一个可以有效消除异常开门安全隐患，且能够尽快实施的改进方案，使列车恢复尽快投入运营。

3.1 改进方案提出

改进前车门打开的电路工作原理为：安全继电器得电由硬线和DSP共同控制。零速信号线高电平时为安全继电器正极线圈供电，同时DSP控制开关管Q1导通，安全继电器得电，安全继电器触点闭合，POW＋和零速线此时均为安全继电器正极供电，安全继电器实现零速自保持功能，同时为逆变单元供电。当安全继电器得电后，若门控器接收到开门指令为高电平（含开门使能信号），同时关门指令为低电平状态信息时，DSP则根据软件逻辑，控制逆变单元为电机供电，执行开门动作。见图2。

现有车门开门电路存在的问题是：因为安全继电器处于自保持得电状态，使得其一直可以给逆变单元供电，如果此时门控制器软件工作异常，错误地给DSP传输了开门指令，则就可能出现车门非指令打开的情况。因此，整改方案需要解决的问题：

一是控制门控制器得到零速信号的条件。实现只有当开门侧有开门信号时，零速信号才能有效给到门控器的功能，而非开门侧无开门信号，零速信号也就不能给到门控器。

二是取消安全继电器的自保持功能。实现在外部零速信号消失时，安全继电器断电，不再为逆变单元供电，这样电机无电则无法动作。

图2 整改前的门控制器内部电路

三是由软件控制安全继电器方式改为由硬线直接控制。通过安全级别高的硬线来控制门控器内的安全继电器，实现只有获得正确的开门指令（包括正确门使能），以及零速信号的车门侧才可以开门，而未收到正确指令的车门则不执行开门动作。

综上，改进方案具体为：

（1）外部电路改进：增加一个互锁继电器。通过开门指令线得电控制继电器的触点闭合，将零速线与门控制器联通，实现只有当开门侧有开门信号时，零速信号才能有效给到门控器的功能，增强开门的安全性。

2）内部电路改进：通过去除原电路中二极管D41（断路）实现取消门控制器电路中的安全继电器自保持电路；将零速、关门、开门硬线直接接入DSP，由安全级别高的硬线来控制安全继电器。改进后的门控制器整体电路见图3。

3.2 比对分析

3.2.1 功能变动分析

（1）安全继电器工作情况变化

安全继电器得电条件变化。改进前，只要零速信号线为高电平，列车两侧的所有门控制器都可以得到零速信号，控制电机电源的安全继电器即工作，此时，如门控制器内部程序工作异常，电机就可以打开车门；改进后，零速信号在开门指令线未得电（包括正确的门使能）的情况下不能有效传递给对应的门控制器，安全继电器不工作，此时，即使门控制器工作异常，也不会出现异侧开门情况。

安全继电器自保持功能取消。改进前，控制电机电源的安全继电器具有自电路保持功能，在硬线零速线高电平后安全继电器工作，在零速信号丢失后，门控制器内部可控制继电器保持吸合状态，直至车门动作完毕；改进后，取消了安全继电器的自保持功能，安全继电器仍由硬线零速线控制，但在零速信号丢失后，电机也将随之断电。

图3 改进后的车门控制电路

（2）电机3 min堵转功能变化

改进前，列车有零速信号时，在开关门过程中，若检测到关或锁到位开关故障（电机位置传感器检测到车门实际为打开，但关或锁到位开关未释放），车门会立即执行关车门动作，并保持电机堵转，持续输出关门力，保证该门处于关门状态，门控制器不再接收外部指令，此后，即使列车动车（零速信号丢失），电机仍会处于堵转状态。改进后，发生上述情况时，一旦列车启动（零速信号丢失），安全继电器不能持续给电机供电，电机堵转功能消失。

（3）开关门情况变化

改进前，开门后列车零速丢失，此时，重新投入零速，按压关门按钮，车门即可关闭；改进后，若开门后零速丢失，安全继电器失电，此时，除重新投入零速外，必须先按开门按钮，使安全继电器得电后，再按关门按钮，车门才可关闭。

3.2.2 安全性分析

（1）车门动作

改进前，只要安全继电器得电后一直保持得电状态，不管外部零速信号消失与否，在现有门控制器软件工作异常情况下，都存在非指令开门的安全隐患；改进后，没有门使能和开门指令，非站台侧的车门电机不可能得电，且一旦外部零速消失，安全继电器即断电，车门不可能动作，安全性提升。

（2）电机堵转功能

改进前，列车在站台启动电机堵转功能后，列车启动后，电机堵转功能仍然保持，保证车门关闭；改进后，列车在站台启动电机堵转功能后，列车启动运行后丢失零速，电机堵转功能消失。依据现有列车设计，只有关到位和锁到位开关同时故障时，列车才可能动车。三重意外事件（关到位故障、锁到位故障、站停时电机堵转功能不启动）不可能同时发生，对列车安全性没有影响。

4 结论及建议

（1）出现异侧车门非指令打开故障的原因是门控制器内部程序运行异常所致，车门经过上述改进后，只有在获得正确门使能，开车指令，以及零速的车门侧才可能打开，即使门控制器程序运行异常，也不会出现车门异侧打开故障，从而保证列车运营安全。

2015年初，北京地铁4号线车门改造工作全部完成，改造后的车门未再次出现此故障，保障了正常的运营服务及客流组织［3］，以及乘客的乘坐安全。

（2）建议厂家对故障门控制器做进一步分析，找到软件运行异常的根本原因，更有效地提高车门安全性。

［1］ 徐洪春.北京4号线地铁车辆车门系统［J］.铁道车辆，2011，49（7）：17-19.

［2］ 夏 军，刘 萍，任金宝.逆向FTF法在地铁车门故障分析中的应用［J］.机械设计与制造，2014，（3）：47-49.

［3］ 彭有根.广州地铁3号线列车车门故障分析与改进［J］.电力机车与城轨车辆，2009，32（2）：53-54.

Abstract：The safety and reliability of train door，as an important channel for passengers on and off the train，related to the personal safety of passengers，is particularly important.Through the analysis of the reasons for the failure of the non platform side door＇open fault of Beijing metro line 4 in this paper，it＇s be confirmed that there is the design defects of the existing door control circuit.And then，the corresponding rectification solution for the defects is proposed.Further，the door function and safety performance changes are compared and analyzed on the implementation of the reform program before and after，in order to make sure the improvement effect is good.The rectification could completely eliminate the hidden trouble of the non platform side door＇open fault and effectively improve the safety of train operation.

表1 制动夹钳单元主要性能对比

参考文献

［1］ 韩晓辉，李继山，李业明，赵春光.和谐号动车组机车制动装置［J］.铁道机车车辆，2011，31（5）：52-54.

Improvement Analysis of Train Door Fault for Beijing Metro Line 4

DING Xinfan
（Beijing MTR Corporation Limited，Beijing 100068，China）

metro；non platform side；fault；improvement

Design of Brake Caliper Unit for 350 km／h High-speed EMU

LI Yeming1，2
（1 Locomotive＆Car Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China；2 Beijing Zongheng Electro-mechanical Technology Development Co.，Beijing 100094，China）

The foundation brake rigging is used as the unique safety guarantee when other brake types are failed，and its performance and function directly affect the state of braking system.The brake caliper unit as the key component of the foundation brake rigging，is crucial to the safety of the train operation.The paper introduces the design and development of the brake caliper unit with independent intellectual property rights for 350 km／h high speed EMU.

U239.5

A

10.3969／j.issn.1008－7842.2016.06.26

1008－7842（2016）06－0101－04

5—）女，工程师（

2016－06－12）

Key words：EMU；brake caliper unit；foundation brake rigging；brake cylinder