地铁车辆在紧急牵引模式下牵引系统的功能模式

刘森

摘要：地铁车辆的工作模式分为正常模式及紧急牵引模式：正常模式工况下车辆网络系统正常，各车辆子系统可以通过总线与网络系统进行信息交互;紧急牵引模式下，各子系统与车辆间无总线通讯，对于车辆控制指令及子系统的反馈通过硬线信号进行交互。

关键词：地铁车辆;正常模式;紧急牵引模式;总线通讯;硬线信号

紧急牵引模式工况下，牵引系统仅响应通过硬线传输的指令及状态信号，并将相应的状态通过硬线反馈至车辆。此工况下，车辆正常功能受限，牵引系统能够正常提供限速功能、牵引转矩施加、冲击控制、空转保护等功能。本文以国内常规地铁车辆牵引系统部分功能为例，简要描述紧急牵引模式下牵引系统所提供的各项功能。

1 牵引系统硬线接口

常规牵引变流器主要设置如下硬线接口与车辆硬线电路交互相应的指令及状态信号。

2 功能模式

在车辆处于零速且无牵引指令状态下，通过操作紧急牵引模式开关，将紧急牵引指令通过硬线发送至牵引变流器，牵引变流器进入紧急牵引模式，在此模式下牵引系统在相关的条件满足情况下，尽可能的实现“动车”的目的。

2.1 限速及方向判定功能

紧急牵引模式下，车辆最高的运行速度一般会有限制。例如，正常模式下车辆向前运行时的最高运行速度为80km/h，紧急牵引模式下车辆向前运行时的最高运行速度会被限制在45km/h，此限速功能由牵引系统完成。在此模式下牵引系统无法获知车辆哪一端的司机室被占用，为了限制车辆退行（方向向后）的最高运行速度，当硬线信号“10km/h限速”有效时，牵引系统认为此时车辆在退行，既执行10km/h的最高运行速度限速。

2.2 牵引转矩施加及冲击控制

紧急牵引模式下，列车的载重信号及司控器的级位信号无法通过通讯总线传送至牵引系统，牵引系统使用预设的AW2或AW3车重，根据硬线接口“牵引指令”及“牵引级位50%”施加牵引转矩。

在牵引转矩的施加或切除过程中，为确保乘客的舒适性，转矩不是突变的。地铁车辆对于牵引的冲击限值一般为0.75m/s3，意味着每秒钟加速度的变化率不能超过0.75 m/s2，根据这一限值，牵引系统会根据当前的车重计算出单位时间允许的转矩变化。

2.3 电制动功能

车辆制动过程中，牵引系统要与制动系统相互配合，制动系统负责管理整车制动力。地铁车辆会定义各子系统在紧急牵引模式下不听取车辆总线传递的网络信息，通常情况下，地铁车辆制动系统配置的制动闸瓦热容量满足使用需求，紧急牵引模式情况下电制动将会被切除，整车的制动力完全由空气制动来施加。

2.4 空转及防滑保护功能

牵引系统对于车轮的空转及防滑保护功能主要通过如下检测方式进行：

2.4.1 单节动车轮对加速度检测

2.4.2 单节动车轮对参考速度检测

2.4.3 列车所有动车参考速度检测

2.4.4 拖车参考速度检测

在紧急牵引工况下，各牵引变流器间无法通过通讯总线进行信息交互，3.4.3及3.4.4的检测项点将无法进行，牵引变流器只进行单辆动车的空转保护，以及防滑保护（如果电制动未被切除）。

2.5 指令冲突及保护

根据输入给牵引系统的指令的优先级，当检测到多个牵引、制动指令同时存在的情况下，牵引系统会按照预先定义的优先级进行执行，遵循“故障导向安全”原则。一般情况下，指令状态的优先级由高到低排序如下：紧急制动、快速制动、常用制动、惰行、牵引。举例说明，当牵引指令与快速制动指令同时有效时，牵引系统将执行快速制动指令，并将此情况下的指令同时有效的情况以故障信息的形式存在在控制器中，待网络系统正常时上报至车辆。

2.6 制动未缓解情况下牵引

进入紧急牵引状态，意味着此时车辆可能发生故障或遇到紧急情况，例如，车辆在隧道、高架线路上发生火灾，此时必须尽快将车辆牵引至安全地点，转移乘客。

制动系统的缓解状态信号通过硬线接口连接至牵引变流器，牵引系统能够获取车辆制动是否已经缓解：

* 在正常模式下，当收到牵引指令一定时间内（10秒），如仍未收到制动已缓解状态信号，为保護车辆的制动系统，牵引变流器将封锁牵引转矩输出，以防止车辆“抱闸运行”;

* 在紧急牵引模式下，收到牵引指令至收到制动已缓解的状态信号的时间可适当放宽，例如调整至20秒，并且，可增加此保护功能的复位条件，惰行复位。在此情况下可为连续动车，司机可进行如下操作：将牵引手柄推至牵引位发送牵引指令至牵引变流器，牵引变流器将发出牵引转矩，司机在20秒内将牵引手柄回退至惰行位一次，在重复推牵引手柄至牵引位，采取此操作即可实现连续动车的目的。

2.7 保护及诊断功能

牵引系统进入紧急牵引后，可以将一些保护策调整放宽，如电机过温保护、电抗器过温保护，并允许系统短时间内过载，以达到动车的目的。紧急牵引模式下，牵引系统的一些部件会有损坏的风险。

3 结论

牵引系统进入紧急牵引模式下，能够满足车辆的运行需求，并调整了自身系统的保护及诊断策略以实现动车的目的。地铁车辆及各子系统在世界范围内有长期的设计及运行经验，国内各个地铁项目的功能需求也不尽相同，各家车辆制造商及牵引供应商都有自己的设计能力和使用经验，完备的功能应该在大范围内进行推广，更好的实现城市轨道交通的发展。

参考文献：

[1] GB T 7928-2003，地铁车辆通用技术条件.

[2] GB50157-2013，地铁设计规范.

（作者单位：江苏经纬轨道交通设备有限公司）