城市轨道交通全自动洗车方案研究

秦小虎，孙晓光

(1. 重庆市轨道交通（集团）有限公司，重庆 401120;2. 通号城市轨道交通技术有限公司，北京 100070）

1 概述

随着城市快速发展，人们的出行需求急剧增加，为提高城市轨道交通系统的运行效率，全自动运行控制系统应运而生，且将被广泛使用。全自动停车场作为全自动运行控制系统的重要组成部分之一，主要完成全自动洗车的功能。全自动洗车能够大幅提高洗车效率，降低运营维护人员的工作强度，充分体现了全自动停车场的自动化程度。为实现全自动洗车的功能，信号系统需要增加与洗车机的接口功能和逻辑关系。本文主要对洗车过程中各个相关系统的信息交互、接口方式、通信流程及洗车机状态等进行研究，给出城市轨道交通全自动洗车方案。

2 接口方案设计

全自动运行控制系统中，系统根据洗车作业计划给出提示，在人工进行确认后自动触发至洗车线的进路，列车在全自动驾驶模式（FAM）下，洗车作业由车载VOBC 控制完成，车载VOBC 通过联锁系统向洗车机发送洗车请求，收到洗车机的确认回复后，车载VOBC 向车辆发送洗车模式及牵引命令，待列车就位后开始洗车作业；在洗车作业的过程中，车载VOBC 控制列车定点停车及折返换端，完成列车的清洗；洗车完成后，车载VOBC 控制列车出清洗车库停车点，列车停稳后退出洗车模式，系统再根据洗车作业计划自动触发回库进路。

由此可见，全自动运行控制系统的全自动洗车功能，由信号系统与洗车机间的接口配合实现，因此，首先对信号系统与洗车机间的接口方案进行详细分析与设计。

2.1 洗车机、联锁系统、车载VOBC间信息交互

全自动洗车过程由车载VOBC 控制。联锁系统负责传送车载VOBC 与洗车机之间的交互信息，本身不直接参与洗车过程的相关逻辑。

联锁系统根据车载VOBC 发送的状态及命令，向洗车机发送洗车请求、暂停、头洗车停稳状态、暂停、尾洗车停稳状态、列车通过洗车区请求等信息；同时，采集来自洗车机的洗车机就绪、洗车请求确认、头洗车允许移动命令、尾洗车允许移动命令、紧急停车命令、返回确认状态信息以及洗车机故障信息等，转发给车载VOBC。其具体交互过程如图1 所示。

2.2 联锁系统与洗车机接口方式

图1 洗车机、联锁系统、车载VOBC间信息交互Fig.1 Information interaction among car washer, interlocking system and onboard VOBC

全自动洗车机位于洗车库内，通过继电接口与联锁系统连接，进行控制信息和状态信息的交互。继电电路为双断电路，通过安全型输入/输出板对安全继电器进行状态采集和命令驱动。联锁系统将洗车请求、暂停洗车、停稳、通过洗车机请求等信息发送给洗车机；洗车机将洗车机就绪、洗车请求确认、允许移动、洗车机故障、返回确认状态信息发送给联锁系统。具体交互信息如表1 所示。

表1 联锁系统与洗车机接口Tab.1 Interface between interlocking system and car washer

3 洗车过程中VOBC-CI通信流程

在确定信号系统与洗车机的接口方案后，为实现全自动洗车功能，需根据正常洗车流程，设计在洗车过程中，VOBC 与CI 需遵循的相应通信流程，以此来控制列车状态和洗车机以实现自动洗车功能。

洗车机处于自动模式是全自动洗车的前提，正常的洗车流程为：VOBC 发送“洗车请求”，洗车机收到后回复“请求确认”，之后启动自动洗车功能。根据此流程，VOBC 与CI 的具体通信流程如下。

VOBC 按照CBTC 互联互通原则，在具备“CI通信轨道区段”属性的轨道区段前配置距离内，开始 与CI 建 立 通 信。VOBC 发 送VOBC-CI 心 跳帧、VOBC-CI 控制信息帧的条件均与CBTC 互联互通系统相同。VOBC 发送VOBC-CI 控制信息帧时，应同时发送VOBC-CI 全自动运行交互信息帧。在列车停稳前，VOBC-CI 全自动运行交互信息帧中“自动洗车”部分的全部信息均为默认值（下称“VOBC 全自动洗车默认帧”）。

CI 与VOBC 建立通信后，发送CI-VOBC 心跳帧、CI-VOBC 状态信息帧的条件均与CBTC 互联互通系统相同。CI 发送CI-VOBC 状态信息帧时，应同时发送CI-VOBC 全自动运行交互信息帧。CI 收到VOBC 发送的VOBC 全自动洗车默认帧后，发送的CI-VOBC 全自动运行交互信息帧中的“自动洗车”部分的全部信息均为默认值（下称“CI 全自动洗车默认帧”）。

VOBC 控车在“洗车请求停车点”停车，停稳后，VOBC 向CI 发送的VOBC-CI 全自动运行交互信息帧中的“洗车请求”字段取值应变为“请求有效”（下称“洗车请求有效”），其他字段应均为默认值。

CI 收到VOBC 发送的“洗车请求”信息后，向洗车机转发洗车请求。

CI 收到VOBC 发送的“洗车请求有效”信息时，应根据收到洗车机的“洗车请求确认”信息判断向VOBC 发送的CI-VOBC 全自动运行交互信息帧中的“洗车请求确认”字段：若洗车机允许洗车，则该字段取值应为“允许洗车”（下称“允许洗车”）；若洗车机不允许洗车，则该字段取值应为“不允许洗车”（下称“不允许洗车”）。

VOBC 发送“洗车请求有效”信息，且未处于洗车工况时，若收到CI 发送的“允许洗车”信息，应进入洗车工况并通知车辆TCMS，允许列车前行（洗车过程中由车辆控制列车前行，VOBC 控制列车停车）。

VOBC 处于洗车工况时，若收到CI 发送的“不允许洗车”信息，应实施紧急制动，退出洗车工况，并停止发送洗车请求。

VOBC 应控制列车在“升后弓降前弓停车点”/“升前弓降后弓停车点”停准，并禁止列车继续前行。列车在“升后弓降前弓停车点”/“升前弓降后弓停车点”停稳时，VOBC 应通知TCMS 进行该停车点规定的换弓动作，换弓结束后，VOBC 应允许列车继续前行。若该停车点同时具备“洗车暂停停车点”属性，则列车停稳时，VOBC 向CI 发送的VOBC-CI 全自动运行交互信息帧中的“暂停洗车”字段取值应变为“请求有效”，换弓结束后，“暂停洗车”字段取值应变为“请求无效”。

CI 应将收到的VOBC-CI 全自动运行交互信息帧中的“暂停洗车”信息转发给洗车机。

VOBC 应控制列车在“前端洗位停车点”/“后端洗位停车点”停准，并禁止列车继续前行。列车在“前端洗位停车点”/“后端洗位停车点”停稳时，VOBC 向CI 发送的VOBC-CI 全自动运行交互信息帧中的“洗车停稳1”/“洗车停稳2”字段取值应变为“请求有效”。

CI 应将收到的VOBC-CI 全自动运行交互信息帧中的“洗车停稳1”/“洗车停稳2”信息转发给洗车机。

CI 收到VOBC 发送的“洗车请求有效”信息时，应根据洗车机发送的前端洗车结束/后端洗车结束信息判断向VOBC 发送的CI-VOBC 全自动运行交互帧中的“允许通过1”/“允许通过2”字段取值：若前端洗车/后端洗车结束，则“允许通过1”/“允许通过2”字段取值应为“允许通过”，若前端洗车/后端洗车未结束，则“允许通过1”/“允许通过2”字段取值应为“禁止通过”。

VOBC 判断列车在“前端洗位停车点”/“后端洗位停车点”停准，且向CI 发送“洗车停稳1”/“洗车停稳2”字段取值为“请求有效”时，若收到CI 发送的“允许通过1”/“允许通过2” 字段取值为“允许通过”，则向CI 发送的 “洗车停稳1”/“洗车停稳2”字段取值应变为“请求无效”，并允许列车继续前行。

VOBC 应根据ATS 发送的折返命令，控制列车在“折返停车点”停车，列车停稳后，退出洗车工况并通知TCMS，之后进行折返换端。换端后，新首端VOBC 应继续向 CI 发送洗车请求有效信息。换端完成后，VOBC 控制列车前行。

VOBC 应控制列车在“洗车请求通过停车点”停准，并禁止列车继续前行。列车在“洗车请求通过停车点”停稳后，VOBC 向CI 发送的VOBC-CI全自动运行交互信息帧中的“洗车区通过请求”字段取值应变为“请求有效”。CI 应将收到的VOBCCI 全自动运行交互信息帧中的“洗车区通过请求”信息转发给洗车机。

CI 收到VOBC 发送的“洗车请求有效”信息时，应根据洗车机发送的允许通过信息判断向VOBC 发送的CI-VOBC 全自动运行交互帧中的“允许通过洗车机”字段取值：若洗车机允许通过，则“允许通过洗车机”字段取值应为“洗车臂已收回”，若洗车机不允许通过，则“允许通过洗车机”字段取值应为“洗车臂未收回”。

VOBC 判断列车在“洗车请求通过停车点”停准，且向CI 发送“洗车区通过请求”字段取值为“请求有效”时，若收到CI 发送的“允许通过洗车机” 字段取值为“洗车臂已收回”，则向CI 发送的“洗车区通过请求”字段取值应变为“请求无效”，“洗车请求”字段取值变为“请求无效”，并控制列车继续前行。

VOBC 发送“洗车请求有效”信息时，若判断列车安全包络有重叠的轨道区段均无“洗车停车区域”属性，则应退出洗车工况，向CI 发送的“洗车请求”字段取值变为“请求无效”。

CI 收到VOBC 发送的“洗车请求有效”信息时，应根据洗车机发送的故障状态信息及急停按钮状态判断向VOBC 发送的CI-VOBC 全自动运行交互帧中的“洗车机故障”字段取值：若洗车机无故障且急停按钮未按下，则“洗车机故障”字段取值应为“洗车机无故障”，若洗车机故障或急停按钮按下，则“洗车机故障”字段取值应为“洗车机故障”。

VOBC 收到CI 发送的“洗车机故障”字段取值为“洗车机故障”时，若处于洗车工况，则应退出洗车工况，输出紧急制动停车，并通知ATS 报警。洗车工况下，若VOBC 判断与CI 通信断开，则应退出洗车工况，输出紧急制动停车，并通知ATS 报警。

洗车工况下，若VOBC 输出紧急制动，则应退出洗车工况，输出紧急制动停车，并通知ATS 报警。

4 洗车机状态跳转

在洗车过程中，联锁系统对车载VOBC 与洗车机之间的交互信息进行传送，控制洗车机动作完成自动洗车功能。根据通信流程中CI 传送过来的通信指令，结合洗车机当前状态，洗车机进行状态跳转。具体状态跳转如图2 所示。

图2 洗车机状态跳转图Fig.2 Car washer state-jump diagram

洗车机处于图中状态情况时，执行的功能如下。

洗车机处于初始态，当洗车机就绪继电器吸起时，转为洗车机就绪状态。

洗车机就绪状态：向ATS 发送洗车机状态；判断是否满足跳转条件，若洗车进路办理成功，则转为洗车就绪状态。

洗车就绪状态：判断是否满足跳转条件，若收到车载VOBC 的洗车请求，则转为请求洗车状态。

请求洗车状态：向洗车机发送洗车请求（驱动对应继电器吸起）；判断是否满足跳转条件，若收到洗车机的洗车回复，则转为回复洗车状态。

回复洗车状态：向车载VOBC 发送洗车的请求回复信息；判断是否满足跳转条件，若收到车载VOBC 的暂停信息，则转为暂停状态。

暂停状态：向洗车机发送暂停命令信息；判断是否满足跳转条件，若收到车载VOBC 的停稳1 信息，则转为停稳1 状态。

停稳1 状态：向洗车机发送停稳1 列车状态信息（驱动对应继电器吸起）；判断是否满足跳转条件，若收到洗车机的移动1 命令，则转为移动1 状态。

移动1 状态：向车载VOBC 发送移动1 的命令信息；判断是否满足跳转条件，若收到车载VOBC 的暂停信息，则转为暂停状态。

暂停状态：向洗车机发送暂停命令信息；判断是否满足跳转条件，若收到车载VOBC 的停稳2 信息，则转为停稳2 状态。

停稳2 状态：向洗车机发送停稳2 列车状态信息（驱动对应继电器吸起）；判断是否满足跳转条件，若收到洗车机的移动2 命令，则转为移动2 状态。

移动2 状态：向车载VOBC发送移动2 的命令信息；判断是否满足跳转条件，若收到洗车机恢复继电器吸起信息，则转为洗车恢复状态。

洗车恢复状态：判断是否满足跳转条件，若洗车机就绪继电器吸起、洗车进路解锁，则转入洗车机就绪状态。

5 结束语

全自动洗车相比传统洗车，具有高可靠性、高安全性、高自动化程度的特点，联锁系统与洗车机接口的交互信息也更加丰富。本文主要对洗车信息交互、接口方式、通信流程及洗车机状态转换等方面进行研究。在设计方案的过程中，需要综合考虑各方面因素，以更好的实现全自动洗车功能。