信号系统与车辆紧急制动接口分析

崔志民

(通号城市轨道交通技术有限公司，北京 100070)

1 紧急制动功能原理

轨道交通连续列车控制级别（Continuous Based Train Control，CBTC）信号系统和车辆系统之间电气设计包含列车自动防护（Automatic Train Protection，ATP）开关输入量、ATP 安全输出量、ATP 非安全输出量、列车自动运行（Automatic Train Operation，ATO）输入输出量等接口内容。其中ATP 安全输出的紧急制动与车辆接口设计最复杂、同时也是最重要的功能之一，本文将针对这一功能实现进行分析。

车辆紧急制动列车线为贯穿于全列车的列车环路，列车紧急制动指令线从头车开始直至尾车，再由尾车回到头车，利用双线双断的安全原则保证紧急制动指令的准确实施，是车辆保证安全的最后一道关。紧急制动系统完全是遵循以“故障导向安全”为原则进行设计的，采用纯空气制动。在设计上是完全独立于列车的常用制动系统之外的独立系统。这样就可以保证即使在常用制动系统发生故障时，也不会影响到紧急制动的实施。紧急制动指令线采用“失电紧急，得电缓解”的形式。

2 紧急制动原理分析

以下通过西安某地铁项目设计实例简要分析信号系统与车辆紧急制动接口设计。

2.1 紧急制动施加

贯穿整个列车的DC110 V 连续电源线控制紧急制动系统，环路中任何一个节点断开，都能保证紧急制动指令线失电，所有车立即实施紧急制动，紧急制动环路失电后会使紧急制动继电器EBR1 和EBR2 掉电。

车辆的紧急制动作为一个安全保障功能，车辆在无主风缸压力、无方向手柄、超速、司机未按警惕按钮、司机按下紧急制动按钮等多种车辆故障工况下都会输出紧急制动。信号ATP 系统作为安全控制系统，也会有两个节点串入紧急制动的环路当中。当信号设备发生故障、测试设备失效、闯红灯、应答器相关故障、ZC 通信中断、移动授权超时、运动中车门或站台门打开、超速、列车溜车、无意识移动等多种信号相关故障时，两个节点同时断开，向车辆输出紧急制动。

2.2 紧急制动缓解

当紧急制动环路中所有节点闭合，整个DC110 V电源线得电时，所有车的紧急制动缓解。缓解紧急制动与司机操作便利性及列车运行安全关系密切。如图1所示，紧急制动继电器EBR1 的节点也串联接入了紧急制动的环路之中，当列车发生紧急制动时，两个紧急制动继电器失电，导致紧急制动继电器EBR1中的B2-C2 与B3-C3 节点断开。若要缓解紧急制动，需要故障消除，即故障节点闭合，同时需要满足列车停稳，输出零速，零速继电器吸起。目前很多地铁项目基于安全考虑，会要求司机在列车停稳后将牵引制动手柄置于快速制动（Fast Braking，FB）位置，进行一次人工确认，如图1 所示。更有项目加入了确认按钮，需要按下确认按钮进行二次确认。此类设计加强了列车安全性，但同时也增加了司机操作的复杂性。ATP 系统作为安全系统，在列车功能完好、ATP 功能正常的情况下，能够保证列车行驶的安全性，因此可使用两个ATP 激活节点— 即图1中ATP 激活继电器B3-C3 节点将环路中的快速制动继电器3-13 节点进行旁路，当ATP 正常激活时，车停稳后，无需通过司机操作即可缓解紧急制动（此功能需要与如图3 所示中的快速制动手柄仅控制本端继电器配合设计达成）。如果业主要求在ATP 防护情况下也必须由司机进行人工确认缓解，此节点需换成无人自折继电器节点，以满足无人自动折返时的缓解紧急制动需求。

2.3 警惕产生的紧急制动

警惕按钮主要作用是在ATP 监督下人工驾驶模式或非限制人工驾驶模式时，若司机出现因精力不集中、精神不振、瞌睡打盹或者意外伤病引发的丧失操纵能力等情况时握紧和松开警惕按钮超过限定时间，警惕延时继电器将会动作失电，如图2 所示，警惕延时继电器的4-12 节点串联接入图3 中列车安全环路中，此时导致安全环路继电器失电，安全环路继电器中B1-C1 节点接入图1 中的紧急制动环路中，此时列车将自动施加紧急制动，保证列车运行安全。而在ATO 模式时，由于列车为自动驾驶，不需人工操作列车的牵引制动，如果仍然要求司机操作手柄，更容易导致司机产生抵抗心理，不利于司机长期驾驶，因此可以采用ATO 模式继电器中的一组节点，旁路手柄警惕按钮功能，解决ATO模式下不按警惕按钮可能导致的紧急制动。

2.4 无人自折中的紧急制动

信号车载系统进行无人自动折返时，列车两端都处于无钥匙状态，牵引制动手柄位于N 位（非FB 位），方向手柄位于0 位，此时信号系统会将无人自动折返继电器吸起，用于顶替钥匙激活司机室及列车牵引运行方向前向位。在图2 所示中，当司控器方向手柄非前向位时，安全环路继电器为失电状态。而无人自折过程中方向手柄处于0 位而非前向位，同时由于无人自折时车内没有司机按压警惕按钮，因此需要使用一组无人自动折返继电器节点旁路此处的方向前向节点及警惕延时继电器节点，保证在无人自折过程中安全环路继电器得电吸起，紧急制动电路中的安全环路节点是闭合状态。

图1 紧急制动电路图Fig.1 Circuit diagram of emergency braking

图2 警惕功能电路图Fig.2 Circuit diagram of vigilance function

车辆快速制动的逻辑也为“失电制动，得电缓解”，电路原理如图4 所示。牵引制动手柄FB 位通过列车线同时控制两端司机室的快速制动继电器，两端司机室均未激活或激活端手柄处于FB 位时，两端继电器均为失电；当两端司机室任意一个激活后，本端牵引制动手柄处于非FB 位时，两端快速制动继电器同时得电，而由于图1 紧急制动环路中快速制动继电器的3-13 节点为常闭节点，此刻继电器得电断开，导致车辆无法缓解紧急制动。而ATP 激活（或折返模式）B3-C3 节点仅旁路了本端快速制动继电器在紧急制动环路中的节点，环路中另一端司机室的紧急制动节点是仍然断开的，因此车辆一直到处于施加紧急制动状态。因此通过增加一个二极管的方式，在保证两端快速制动手柄都能控制车辆快速制动的情况下，仅控制本端继电器动作，未激活端快速制动继电器一直处于失电状态，图1 中列车尾端快速制动继电器的3-13 节点处于闭合状态，此时紧急制动环路得电缓解。通过以上几处无人自动折返继电器节点旁路无人自折过程中车辆施加的紧急制动，确保无人自折功能实现。

图3 安全环路电路图Fig.3 Circuit diagram of safety loop

3 结语

本文对信号系统与车辆接口电路设计中的紧急制动功能进行剖析，其中的原理经过工程验证，可以为其他项目设计接口提供参考。信号与车辆接口设计往往是缺陷的高发地带，是导致工程延期的关键地带，若前期设计缺陷未被及时发现，对后期整改造成极大的困难，甚至造成经济损失。随着国内地铁项目发展越来越迅速，越来越成熟，业主对信号及车辆提出的功能需求也越来越多，这要求信号方与车辆方设计人员不断钻研提高自身水平，在熟识己方功能原理的基础上，也要对对方的功能原理进行充分了解，才能够保证在设计初期避免发生错误，以免遗留缺陷导致后期进行整改。

图4 快速制动电路图Fig.4 Circuit diagram of fast braking