一种全自动无人驾驶车辆用继电器控制箱设计

崔 韬

(中车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心 山东 青岛 266111)

0 概述

目前，城轨车辆产品多为有人驾驶类型，客室座椅下方空间基本不被设备占用。因与传统车辆相比，全自动无人驾驶类车辆需要的控制元器件更多，同时，由于取消了传统司机室区域，不再配置司机室电气柜，导致全自动无人驾驶车辆控制元器件安装空间紧张。本文设计了一种放置在车辆客室座椅下部可抽拉式的继电器控制箱，控制箱内布置继电器和端子排等元器件。同时为了提供控制箱的容量和抗振性，在其中设计了L型继电器盘结构和锁紧机构。此控制箱的设计解决了全自动无人驾驶车辆元器件安装空间紧张的问题，提高了座椅下方空间的利用率，为后续全自动无人驾驶车辆元器件的布置提供了一定的参考作用。

1 继电器控制箱安装位置

因全自动无人驾驶车辆不再设置独立的司机室区域，传统车辆司机室内的电器柜因体积较大、妨碍乘客通行也随之取消，没有足够空间在司机室内布置全自动无人驾驶车辆所使用的继电器。为了不占用客室载人乘坐空间，同时提高客室空间利用率，将继电器控制箱设置在车辆客室座椅下方闲置空间，有效利用此部分空间，箱内安装车辆继电器和端子排等元器件，既解决了全自动无人驾驶车辆电器件布置空间紧张的现状，也提升了客室座椅的空间利用率。其具体安装位置如图1所示。

图1 继电器控制箱安装位置

2 继电器控制箱结构设计

在既有的全自动无人驾驶车辆上，其客室座椅下方有时会设置继电器控制盘。此类继电器盘采用螺栓紧固结构整体安装在座椅下方，因继电器盘直接与车体固定，由于座椅的遮挡，在继电器盘接线和调试过程中，会给检修人员造成不便。为了满足便于检修的要求，必须先拆卸下座椅后才能检修继电器控制盘；当然部分海外全自动地铁项目会采用翻转座椅的方案来满足检修性：继电器控制盘上方的客室座椅坐垫可以向上翻转打开，方便检修人员从上方检修继电器盘。但是这种翻转座椅的结构大幅增加了座椅的生产成本，同时也加大了翻转座椅本身的检修难度和成本。在此情况下本文设计一种继电器控制箱，控制箱配置一个可翻折向下打开的检修门，检修门通过方孔锁进行锁紧。内部设置导轨式可抽拉继电器盘。打开检修门即可抽出继电器盘进行检修，无须拆卸或者翻转座椅，提升了车间施工和检修的效率。控制箱具体结构如图2、图3所示。

图2 继电器控制箱检修门关闭状态

图3 继电器控制箱翻开检修门抽出继电器盘状态

由于继电器盘处于拉出状态下时可以使得器件外露，所以在后期检修和调试时，可以通过将继电器盘拉出使得控制元器件外露，从而更方便操作和检修，大幅提高操作人员及检修人员的工作效率；并且，在调试和检修过程中，还可以有效避免因操作空间狭小而导致器件受损和操作不便的情况发生，大幅提高操作和检修的安全性。

2.1 L形结构继电器盘

受车体内部空间的限制，座椅下方空间可安装电气设备柜的容量较小，空间利用率不高，可安装的控制元器件数量较少，很难满足车辆配备所需的控制元器件数量和规模的要求。

在这种情况下继电器盘采用L形安装板结构[1]，使得控制箱内可以在立面板和平面板上安装继电器和端子排：平面安装端子排和大型继电器(如施密特继电器)外，前立面板空间可以安装小型继电器(如利奇继电器)。并且通过线架调整，优化了布线空间，通过这种安装方式可充分利用控制箱内空间，布置更多的元器件，极大地提高空间利用率。L形安装面板示意如图4所示。

图4 继电器控制箱内L形继电器盘结构

2.2 继电器盘抽拉锁紧结构

为实现继电器盘的抽拉功能，在继电器盘两侧分别设置一副导轨，导轨一端固定在继电器控制箱框架本体上，另外一端固定在继电器盘框架上，用于实现继电器盘的抽拉动作。由于继电器盘横向跨度大，为了适应车体内座椅下方的空间结构，继电器盘横向长度较长，则继电器盘在长期使用过程中，由于安装较多的器件而承重过度，容易导致继电器盘的中部弯曲，从而影响其抽拉滑动顺畅度。为了解决这个问题，在继电器盘框架结构内排列有若干个承托结构，承托结构采用尼龙滑轨，同时为继电器盘抽拉过程中提供足够的承托性[2]和顺滑性。

考虑到列车运行中产生的振动可能对电器件有不良影响，在继电器盘前端设置螺栓锁紧装置，锁紧机构分别连接在继电器盘与框架结构上，通过锁紧螺栓将两者固联。在继电器盘处于收回状态下，锁紧机构能将继电器盘锁紧于框架结构上，从而轨道车辆在运行过程中，利用锁紧机构提高继电器盘的防振和固定能力，避免继电器盘因振动而滑出受损。

为了进一步提高继电器盘的防振和固定能力，在该继电器控制箱背部设置楔紧机构[3]。楔紧机构为2个方型楔紧块，分别连接在继电器盘与框架结构上，楔紧机构用于在继电器盘处于收回状态下，两个楔紧块通过面接触和相互之间的挤压作用，使继电器盘后端与框架结构后端之间楔紧固定。配合继电器盘前端的锁紧机构，两者可以共同起到防止继电器盘晃动和受损的作用，将继电器盘固定在控制箱内。

该装置可以防止继电器盘由于导轨的滑动间隙，随车体振动而产生二次振动[4]，满足列车运行环境的要求。

抽拉式继电器盘在检修时抽出，由导轨承重；抽屉式继电器盘在正常车辆运行过程中处于锁闭状态，由楔紧机构和锁紧装置共同作用将继电器盘固定于继电器箱内，具体结构如图5所示。

图5 继电器盘结构

3 结论

该继电器控制箱的设计提高了其内部继电器的安装数量；同时充分利用了车辆客室座椅下方不便于施工和检修的空余空间，在不额外占用车辆载客空间的前提下，提高了继电器箱在检修和调试过程中的操作便捷性，降低了检修成本。此外锁紧机构的设计提高了继电器可靠性。最终该继电器控制箱满足了全自动无人驾驶车辆对控制用继电器数量多的需求，并在地铁车辆上进行了装车验证，产品得到用户和各方的一致认可。同时该继电器控制箱的适用范围较广，无论是全自动无人驾驶A型地铁车辆还是全自动无人驾驶B型地铁车辆，都可以采用此种继电器控制箱，为后续此类车型的元器件布置提供了参考和借鉴。