ATO模式下列车对标不准故障分析

2018-05-05刘涛，程婷

机电工程技术 2018年4期

刘涛，程婷

目前地铁列车普遍采用ATO自动驾驶模式，保证列车平稳运行，通过对列车牵引/制动力的控制，来实现列车自动驾驶。车站站台均安装有屏蔽门系统，为了保证乘客顺利上下车，就需要列车在规定位置实现精准停车。若停车位置有偏差，将需要司机手动对标，影响列车准点运行。

2A4950车自运营以来，频繁出现对标不准问题，且故障固定表现为2A49端欠标、冲标。自2012年4月8以来该车正线出现对标不准故障102起，司机均需SM模式二次手动对标，造成多次晚点。

1 前期处理措施

车辆方面，该车先后更换过A车BCU速度传感器、奇数端的牵引电机速度传感器、2B49车的ECU、奇数端的称重阀、2B50车的模拟转换阀、2A49车和2C50车的4A14以及奇数端的DCU/M板和DCU/A板、两端的VTCU、两个A车闸瓦等，以及更改整列车制动软件版本等，信号方面，更换过ATO/ATP相关板件、机柜、测速仪、ATP天线等。以上措施均未解决冲标问题。

2 故障数据分析

通过分析车辆数据，列车运行状态平稳，如图1。

图1 2A50车故障数据

速度：下降平滑，在6 km时，司机快制制动，冲标2 m。

牵引参考值：最大为100%，快制时54%。

牵引和制动指令：正常。

车辆多次采集到故障发生时列车数据，进行对比分析。数据情况基本一致：列车运行曲线平滑，表明车辆牵引和制动系统工作运行状态均正常，未发现异常现象。

通过计算列车多次区间行走距离时，发现存在差异。在6月6日2A4950车以DTRO模式运行至广州东站折返线2道后不能动车，信号系统读取数据有紧制代码#35（ATO超速）。列车速度为7 km/h，目标距离已经到达143 m，且紧制仍会继续运行2 m左右，说明列车已冲标。

根据收集的数据，对比之前2A4950车3次折返行程距离的差异：

（1）6月6日该车广州东站-折返（冲标）合计总行程距离

（正常常用制动距离为：4.16 m，若不产生紧制常制距离为129.93 m+4.16 m=134.09 m，将达到273.3 m）。

（2）5月20日该车广州东站-正常折返合计总行程距离

（3）5月24日该车广州东站-正常折返合计总行程距离

表1 三次折返行程距离

从上述计算结果来看，在广州东站上行进折返线列车启动牵引惰性行程距离：在6月6日139.236 m比5月20日133.958 m多走了5.278 m，比5月24日137.43 m多走了1.8 m。

在广州东站上行进折返线列车制动行程距离：在6月6日129.93 m比5月20日136.32 m少走了6.4 m；若6 km时不发生紧急制动，正常常用制动可走4.16 m共走134.09 m，仍比136.32 m短，说明6月6日最后的常用制动力矩应是足够的；虽然ATO制动参考值累加偏小一点，但最终制动力矩输出影响不大。

图2 信号数据速度-时间曲线

因此，6月6日行程距离较大（大了1 m），就发生了冲标故障，主要原因是在DTRO模拟下，列车启动牵引和惰性行程距离计算出现异常引起多走了2～5 m的（ATO行走距离计算存在错误）或制动指令给出计算有时间延误0.5～1 s左右导致。

从车辆故障数据计算过程中，发现信号系统行走距离计算可能存在异常问题，通过采集到的信号数据分析发现异常干扰现象。

信号采集到 6月 23日 16∶17 1714次（1A65+66）以ATO模式在广州东站上行到达停车标时出现速度异常（目标速度0 km/h，推荐速度0 km/h，实际速度2 km/h），司机人工介入列车停稳后冲标2 m的故障数据。

经分析ATO和ATP报文数据发现：当2A49端为驾驶端时，信号系统每个站停稳3 s后，列车速度信号突然增大过程，持续约1 s后恢复为0。并且经过速度信号突变后，ATO计算的行车距离又增加了1 m左右的距离，与ATP计算行车距离有差异；而2A50端为驾驶端时并没有该问题，如图2速度-时间曲线（图示线代表信号系统检测到的列车实际速度）。

列车停稳后，司机也未反映列车有颤动过程，对比车辆数据并未出现该速度突变脉冲（如图1），可以排除列车突然动车因素。

经判断联合分析，认为是ATO/ATP系统的速度信号受到异常的干扰引起，导致信号系统ATO速度检测存在异常突变现象，并且行走距离有变化，可能影响列车ATO行车计算精准度，最后导致列车实际对标不准现象。

3 故障排查处理

车辆方面进行排查，2A4950车两端VCU与ATO连接MVB线屏蔽良好；由信号控制的继电器：2K06、4K03、4K04、4K05、8K01、8K02、8K05、8K06继电器接线正常，线圈电阻正常。测量示波器测量接口继电器A1脚电压：发现两端的8K01、8K02均为西门子2KF40继电器，存在一定的反向电压；而另发现2A50车4K04该继电器失电后，也有明显的反向续流大电压，峰值可达千伏，证明该继电器具有放电续流回路（即二极管）已断开。

8K01、8K02、4K04继电器均与ATO指令板直接连接，并由其给出110V电控制。该部分继电器失电时存在的反向电压，会直接施加到ATO控制板内部，若ATO控制板内部没有相关反向二极管或隔离保护的设计的话，可能会形成对信号系统工作造成一定干扰影响。

车辆方面将相关8K01、8K02西门子继电器、4K04继电器二极管更换跟踪，未再次出现对标不准故障。通过ATO报文数据，确认ATO系统在列车停稳后并未再次出现异常速度突变问题。

因此，根据测量调查情况来判断，可确定故障点为4K04继电器二极管续流回路断路引起，导致继电器失电时，产生反向电压对ATO信号系统内部造成干扰问题，随即影响ATO计算出现误差，导致列车对标不准故障。

4 改进措施

目前地铁专用继电器在失电时，总是会有一定能量释放过程，需要带有一个续流回路元件将能量消耗，但不同的方式续流回路设计，有不同的效果和影响。如表2所示。

目前地铁列车使用的继电器品牌有多种，具有不同特性：AEG、GE、罗克韦尔继电器使用二极管，反向电压可以控制在0.7 V以下，即二极管导通电压，但放电时间会长，会持续到0.5秒左右；西门子继电器续流回路使用压敏电阻，有反向电压，但基本在100～250 V左右，持续时间在10 ms内，放电时间很短；而施密特、日本安川续流回路使用RC和二极管组合回路，反向电压可以控制在0.7 V以下，放电时间也较短，但价格贵。

从本次2A4950车冲标故障调查处理原因方面显示：信号系统对外接口回路容易受到干扰，特别是反向电压或电流，会导致信号系统ATO计算出现偏差，说明ATO接口回路抗干扰功能存在一定缺陷，未报出任何故障代码。且在前期多次出现过列车在折返时自动折返失败、司机关钥匙后两侧车门自动关闭的故障，信号系统故障代码为45#42#（信号系统死机代码），也发现是因8K01 8K02继电器使用西门子继电器（压敏电阻续流回路），存在反向电压，导致信号系统不规律地出现死机关闭问题。

目前西门子公司生产主流地铁专用继电器，都采用压敏电阻，且符合在大部分电路上的应用标准。因此，原西门子信号系统在接口回路抗干扰能力设计存在一定的缺陷，需要进一步研究接口电路，提高抗干扰能力，满足现场实际使用环境。