胶轮路轨自动旅客运输系统车辆灵活编组设计

2019-11-13许彦强刘东亮

城市轨道交通研究 2019年10期

王振许彦强刘东亮王洋

(中车浦镇庞巴迪运输系统有限公司,241060,芜湖//第一作者，工程师)

目前，国内城市轨道交通一般将列车灵活编组定义为列车的编组扩充，即：线路运营的初期和近期采用4辆编组、远期采用6辆编组；或非高峰时段开行固定4辆编组、高峰时段开行固定6辆编组。这两种编组扩充方式，前者可以在满足客流需求前提下节省工程初期投资，降低日常运营能耗；后者则是在不降低服务水平(运营间隔)的前提下满足客流的运输需求。

国外的一些轨道交通项目做到了列车不固定编组和随时扩编运行。在机场轨道交通项目中，面对机群集中到达、不同机型到达、晚点等情况，经常性地临时实施灵活编组很有必要。这就要求车辆具备快速、方便的增编和减编功能，以实现客流与列车运输能力的平衡匹配。

1 车辆灵活编组的总体技术方案

胶轮路轨制式的自动旅客运输(APM)系统是一种先进的自动导向胶轮车辆系统，其车辆具备经济实用、运行安全可靠、使用维护方便、乘坐舒适等优点。

1. 1 车辆编组

APM车辆具备了真正意义上的灵活编组技术，可以实现1～6节编组的任意编组运行。

目前北京首都机场线、广州珠江新城APM线、深圳宝安机场APM线、成都天府国际机场APM线等项目均采用了灵活编组的APM车辆，用于应对变化多样的客流组织：非高峰时段采用1～2节编组运行，高峰时段采用3～4节编组运行。图1为APM车辆灵活编组示意图。

图1 APM车辆灵活编组示意图

1. 2 车辆基本参数

APM车辆采用无人值守全自动运行模式，最高运行速度为80 km/h，能够适应10%的最大坡度及22 m曲线半径的线路条件。

车辆的全自动无人驾驶是基于移动闭塞式信号技术，即使单节车也能够实现全自动运行，其车辆的技术参数如表1所示。每辆车两端均配置了全自动车钩，可实现快速联挂解编。

表1 APM车辆技术参数

1. 3 车辆主要配置

APM车辆每车均设计为动车，拥有相同的配置，包括车载信号系统、网络控制系统、受流系统、牵引系统、制动系统、辅助供电系统、空调系统、车载通信系统及动力转向架等。车辆两端配置全自动车钩，电钩上设计了动态触点、固定触点和网络触点3种触点，用于实现车辆的快速联挂。

APM系统在车辆配置上与常规轨道交通的动车和拖车的组合配置不同。两者的车辆主要配置对比如表2所示。常规的6节编组(4动2拖)轨道交通列车如图2所示。

表2 常规轨道交通列车与APM系统的车辆主要配置对比表

图2 常规6节编组轨道交通列车示意图

1. 4 灵活编组的列车系统架构

APM车辆未设计列车级的供电系统架构，每辆车的供电系统只提供本车的牵引及辅助供电。其牵引性能可实现在丧失一半动力的情况下能维持列车继续运行，并可保证多节编组列车中某辆车发生供电故障的情况下，仍然能够运行至下一个车站再退出运营。图3为APM 6节编组列车在满载(AW2)工况下丧失一半动力的牵引仿真，因6节编组列车共有12个电机，图3为其中6个电机失效下的情况。

APM的列车控制和管理系统(TCMS)由列车总线(WTB)和多功能车辆总线(MVB)组成。其中：WTB为双通道多点串行数据总线，提供列车级车辆间的通信；MVB为多点串行数据总线，用于连接每辆车上的设备。取2节编组来说明APM列车的网络系统架构，如图4所示。

图3 APM 6节编组列车故障模式牵引仿真

APM系统的每辆车同时配置了一套列车自动控制系统(VATC)。组成多编组列车后,只有一辆车的VATC为主控，其余车辆的VATC为热备。灵活编组对TCMS和VATC的系统架构无影响，由TCMS进行组网，TCMS随VATC进行主从切换。APM 2节车厢间信号系统互相连接的构架如图5所示,APM 6节编组列车组网如图6所示。

图4 APM列车的网络系统架构

1. 5 灵活编组对系统仿真及建设的需求

APM项目在系统设计时，列车必须以最大编组数下的性能和参数作为系统仿真及系统建设的输入。表3以深圳机场APM项目(最大编组数为4节)为例，描述了APM车辆在系统仿真及建设的主要需求。

2 车辆扩编、减编流程

APM车辆可以实现任意数量的车辆在任意方向上的联挂编组。如果这些车辆在线路上保持同一方向，后车的一位端联挂前车的二位端，则称之为不换端联挂；如果车辆在线路上不是同一方向，后车的二位端联挂前车的二位端，则称之为换端联挂。换端联挂一般在有不同方向的发车及回库线路情况下使用。

图5 APM 2节车辆间信号系统连接架构

图6 APM 6节编组的列车组网

项点主要需求车辆与轨旁接口以4节编组列车规格提供车辆与站台门、车辆与轨道、车辆与车辆段设备的接口系统仿真提供单车的牵引仿真数据及系统仿真参数;系统仿真需要按照最大列车编组(4节)的容量进行设计列车碰撞以4节编组列车提供列车的碰撞计算报告,用于车档的选型及紧急制动距离的计算

APM车辆的快速扩编、减编工作应在车辆段中设置有信号系统的安全轨道上进行，只需配置2名司机，即可在20 min内完成扩编或减编的操作。以2个单节车联挂为例，具体的操作步骤如下：

1) 行驶至联挂区域。将联挂车和被联挂车分别在全自动模式下运行至信号系统设置的人工驾驶转换区域；将驾驶模式切换为全手动驾驶后，再分别由司机通过手动驾驶运行至信号系统设置的人工驾驶安全轨道区域中。

2) 施加制动。被联挂车辆的司机操作紧急制动按钮，保证被联挂车辆处于紧急制动施加状态。

3) 2车联挂。联挂车辆的司机手动驾驶车辆，以联挂模式向被联挂车移动。在确认全自动车钩联挂到位指示灯显示已联挂成功后，由被联挂车辆的司机进行复位操作，复位被联挂车辆的紧急制动，完成列车的联挂。

4) 联挂完成。位于列车前进端的司机操作列车线复位按钮，驾驶联挂后的2节编组列车返回至人工驾驶转换区域，再将列车切换至全自动模式。

5) 恢复运行。司机确认列车安全并离开列车后，控制中心即可控制列车进行回库或者上线运行等操作。

3 车辆编组信息检测电路设计

APM车辆扩编或减编并完成列车线复位后， VATC需要知道列车的长度，确定虚拟占用列车的编组数。

固定编组车辆的列车长度固定，只需要知道列车是否完整即可，一般只需进行列车完整性检测；而对于一列灵活编组的APM列车，则需要改进固定编组列车长度的检测电路，实现对列车长度的检测，从而保证轨旁ATP(列车自动防护)虚拟占用的准确性。

如图7所示，VATC接收到的是电压信号。APM列车设计了核心的列车长度检测方案，每辆车的端部电路通过全自动车钩自动联挂，联挂的车辆数量不同，串联到电路中的电阻R则不同，VATC检测到的电压值也不同，从而实现了通过电压值来确定联挂列车的编组数量。

图7 APM列车长度检测电路原理图

图7中，车辆一位端和二位端均配置了继电器面板，面板上的继电器分别命名为KT和K。全自动车钩联挂的状态信号发送至相互联挂端的继电器面板，控制继电器K和KT自动断开；手动操作列车线复位按钮，控制列车两端非联挂端的继电器K和KT闭合，即可实现整个检测电路回路。

为保证检测电压值的准确性， VATC设计为悬浮接地，需要测量末端电压值Vc,并作为其参考电压。

如图7所示，在车辆联挂侧通过全自动车钩联挂信号实现联挂侧的继电器K和KT断开，并且在列车中车辆1的一位端K闭合、列车车辆n的一位端KT闭合，即可实现参考电压Vc的检测。此时编组数量判断依据为(V-Vc)/R。通过该APM列车的长度检测电路，VATC可以准确判断出列车的编组数，从而在确定列车虚拟占用时，完全确定其列车长度。