全自动无人驾驶系统技术研究

摘要：文章的研究内容以轨道交通工程为依托，实现全自动驾驶轨道交通系统功能需求和接口需求。轨道交通全自动驾驶系统借鉴国内外建设管理先进经验，在正线和车辆段均采用此项技术。全自动驾驶系统与传统驾驶系统的功能变化主要体现在车辆、信号、通信、行车综合自动化等核心子系统要求的改变以及车辆段管理、行车组织的转变。

关键词：自动控制；防护监控；无人驾驶系统；行车间隔；行车组织 文献标识码：A

中图分类号：U239 文章编号：1009-2374（2017）10-0009-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.005

1 概述

随着城市轨道交通网络化进程的不断推进，如北京已经建成包含10条线、车站数量超过200座、总长接近500km的轨道交通基本网络，根据北京轨道交通网络的远景规划，轨道交通网络规模将超过1000km，在遵循科学发展观、总结以往工程建設经验的同时，迫切需要采用新的技术，以提高轨道交通网络建设的先进性。根据燕房线客流量相对少的特征，以燕房线为依托，开展全自动驾驶示范工程，推动轨道交通建设革新。

1.1 提高安全性、可靠性的需要

1.1.1 全自动驾驶系统利用高效ATC系统和综合监控系统、智能运转的功能保障，结合人工监视、干预的机制，落实高精度列车运行的同时，减少不必要的误操作。建立应急预案，具备灾害情况下的快速反应能力，大大提高了安全性。

1.1.2 全自动驾驶系统的车辆、信号以及车辆与控制中心的通信系统均采用冗余互备技术，减少运行故障，完善的故障自诊断和自愈功能提高了整个系统的可用性和可靠性。

1.2 控制投资，降低运营成本的需要

1.2.1 全自动驾驶系统能实现对列车的精确定位及实时跟踪，可以有效缩短行车间隔，提高旅行速度。通过小编组、高密度开行列车大幅提高运能，缩小车站规模，或者在与传统线路同等运力情况下，加速车辆的周转，提高列车使用率，减少配置列车数量。

1.2.2 全自动驾驶取消驾驶员，减少定员。传统轨道交通线路每条线至少有数百名司机，采用全自动驾驶系统由中心集中控制，可以大幅度减少人员配置数量，有效降低运营成本。

1.2.3 全自动驾驶可根据客流量变化，动态调整列车运行计划，有效控制空车走行，节约牵引能耗，运营组织更加灵活。

1.3 提高乘客服务质量的需要

1.3.1 全自动驾驶能根据实时情况，控制列车的速度/时间大大提高车辆运行的平稳度和舒适性。

1.3.2 全自动驾驶由于自动化程度高，较容易实现准点运行，提高乘客对轨道交通的信任度。

1.4 提高轨道交通的先进性，实现科学管理的需要

1.4.1 轨道交通技术发展已经证明，全自动驾驶是未来重要的技术发展方向和目标。北京市迫切需要这项新技术提高轨道交通路网建设的先进性。

1.4.2 轨道交通现代化科学管理的落实，采用全自动驾驶系统，无论是在人员还是在管理运营模式上都得到合理、有效的精简，是一次管理创新，将有效提高管理效率。

2 牵引控制单元

2.1 一般描述

列车应通过受流器连接到供电轨。受流器的配置应满足列车的良好取流及安全通过三轨断轨区的要求，每个动车配4套受流装置、Tc车配2套受流装置（暂定）。高压电路应配置手动隔离接地开关。操作后，可将牵引设备隔离并使其接地。当隔离接地开关接地后，车间电源、受流器高压750V不允许接入。每一个高速断路器给每辆动车的一个或两个VVVF逆变器单元提供保护。每一个VVVF逆变器单元包括一个线路接触器、线路输入滤波器和一个IGBT电压源逆变器。如果每辆动车配有2个VVVF逆变器单元，则每一个VVVF逆变器单元独立拥有线路输入滤波器。每一个VVVF逆变器有一个预充电回路（包括充电接触器和充电电阻）以限制对线路滤波器的冲击电流，亦可同一辆车的两个逆变器单元共用一个预充电回路。每一个VVVF逆变器单元有一个放电回路，亦可同一辆车的两个逆变器单元共用一个放电回路。每列车安装2个车间电源连接器。列车高压回路的保护应与电站的馈出保护相协调。从受流器到隔离接地开关的电缆应通过电缆护管以确保乘客安全。

2.2 输入滤波器

每辆动车的一个或两个VVVF逆变器单元配备一个线路滤波器。

2.2.1 线路滤波器由电抗器和电容器及其他高压器件组成。

2.2.2 线路滤波器的设计应与高速断路器的分断能力协调一致，以保证当线路滤波器突然接地时，不损坏任何其他设备。

2.2.3 滤波电抗器的安装应采取措施，减小磁通密度对客室的影响。（1）客室内滤波电抗器上方磁通密度要求：（2）距地板面450mm时，≤10G；（3）距地板面900mm时，≤5G。

2.2.4 滤波电抗器试验按IEC60310的规定进行。

2.2.5 滤波电容器试验按IEC60384的规定进行。

2.3 主要技术数据

额定电压：DC750V；电压范围：DC500～900V；最大电压：DC1000V；集电靴材料：浸金属碳。

2.4 受流器结构

2.4.1 受流器为气动自动受流器，能在各种轨道状态下保证与第三轨具有良好的接触状态和接触稳定性。

2.4.2 应设置机械止挡，以限制受流器在无第三轨区段上的垂直运动。

2.4.3 在整个车辆速度范围内，受流器应有良好的动力学特性。

2.4.4 便于用户的检查和更换。

2.5 技术性能要求

2.5.1 受流器为空气驱动受流器；单个受流器能够远程受控起落，受流器位置能够被检测并上传至TIMS。在工作高度范围内，满足列车供电的要求。

2.5.2 受流器应有足够的、良好的取流性能，且当只有两个受流器对一列车供电时（通过牵引供电的断电区），受流器可保证工作正常。

2.5.3 受流器集电靴与第三轨的接触压力、转动角度应满足车辆的运行要求。

2.5.4 受流器的电压、电流额定值应满足回路工作要求。

2.5.5 受流器装置应安装可靠、绝缘良好。

2.5.6 受流器集电靴的寿命不小于5万公里。

2.5.7 受流器应设置受流器熔断器。

2.5.8 受流器应具有在故障时脱离第三轨的功能，供货商应提供每列车2套受流器手动脱离接触轨装置，安装在司机室。在受流器自动起落失效时，可手动操作脱离。

2.5.9 集电靴材质及受流器的结构和性能应适合钢铝复合轨的第三轨供电方式。

3 各接口划分

3.1 控制中心接口划分

控制中心接口划分如表1所示：

表1

物理接口编号 接口位置 AFC系统 TIAS系统 接口类型/

数量

TIAS.MLC.01 控制中心、备用中心 AFC设备通信出口处 提供控制中心、备用中心AFC系统机柜侧的RJ45形式10/100M以太网电口。 提供从控制中心、备用中心TIAS系统机柜到AFC系统机柜RJ45网口带标识的五类屏蔽网络电缆并负责该电缆的敷设、成端及连通等。 冗余10/100M以太网电口，RJ45，2个。

3.2 车站IBP盘接口划分

车站IBP盘接口划分如表2所示：

表2

物理接口编号 接口位置 AFC 系统 TIAS 系统 接口类型/数量

TIAS.AFC.02 车站控制室 IBP 盘端子排外线侧 提供 AFC 系统设备到IBP 盘配线架带标识的连接电缆并负责成端上架。

负责 IBP 盘上有关AFC 系统的功能测试。提供 AFC 系统的盘面布置要求、按钮/指示灯的数量、电气参数、二次接线原理图、文字描述。

提供 IBP 盘上所有与AFC 有关的按钮/指示灯每个回路的电源。 提供 IBP 盤面工艺布置图、端子分配图、按钮/指示灯、接线端子排，并负责盘内接线。

注：IBP 盘采用下进下出线方式。 硬线，数量按需要提供。

注：采用截面面积在1.0～2.5 mm2电缆。

3.3 接地接口

接地接口如表3所示：

表3

物理接口编号 接口位置 AFC 系统 TIAS 系统 接口类

型/数

量

TIAS.AFC.05 控制中心设备机房 接地总箱端子排外侧 提供 AFC 系统接地端子数量、接地端子大小等要求；AFC 系统负责接地总箱端子排外侧至 AFC 系统设备带标识的接地电缆的采购、敷设、连接及其预留条件的设计等工作。 提供接地总箱；提供接地总箱分配图（带标识的回路号）。注：接地总箱采用下出线方式。 按需要提供。

4 结语

通过本课题的研究，为了加快城市轨道交通网络现代化的步伐，为全自动驾驶信号控制工程奠定基础，从全自动驾驶系统集成的过程入手，研究全自动驾驶系统的功能需求、系统集成、接口及验证，深入论述运营场景、风险源分析和总体需求。介绍系统集成的原则、接口定义和最小系统集成验证的方法。在此基础上总结系统集成的经验，提出建立自主知识产权全自动驾驶系统集成通用模型的方法，为今后工程设计、施工和系统集成提供技术支撑和指导。

参考文献

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[2] 何宗华.日本城市轨道交通的类型与技术发展[J].城市轨道交通研究，2004，（5）.

[3] 孙延焕，陈丽民，陈军科.北京机场线无人驾驶模式系统的研究与实践[J].都市快轨交通，2012，（5）.

作者简介：高春霞（1980-），女，山东青岛人，供职于青岛四方机车车辆技师学院，研究方向：机车电气、自动化控制。

（责任编辑：黄银芳）