广州地铁六号线L3型车架修后冲标故障分析

刁满佳，代秀秀，杨丹枫

（广州地铁集团有限公司，广州 510310）

0 引言

地铁车辆冲标是指列车在ATO模式运行条件下，由车辆信号系统控制车辆进站停车过程中，超出车站的指定停车区间，称为冲标。当列车停在车站停车区间内的停车点，车辆已检测到零速且施加制动，信号设备发出开门允许授权，授权列车打开正确侧车门；当列车停车超出车站的停车区间，车载信号接收超出信号机的范围，即使在零速且施加制动的情况下，车门可能无法正常打开，需通过司机进行手动对标，影响列车运行效率，极易造成列车晚点［1］。广州地铁6号线L3型车检测列车停稳在停车点±50 cm范围均可正常实现屏蔽门与车门联动，一旦列车停稳后距离停车点超出50 cm，屏蔽门与车门无法联动，继而出现冲标故障。

列车冲标是列车运行时常发生的问题，其往往与列车的制动系统和车辆与信号系统的接口问题相关。罗曦春等［1］从车辆制动控制等方面阐述了列车冲标的可能原因，并以冲标实例展开分析。罗庆［2］通过对广州地铁4号线冲标问题的分析，得出直线电机车型感应板的不连续性是造成列车冲标的原因之一，并提出了改进措施。列车冲标是一个复杂的系统问题，其与车辆控制系统、制动系统、信号系统、轮径值与系统的匹配性、制动施加的磨合性、信号传输延时及轨旁设备等因素息息相关，而频繁的冲标故障对行车组织也带来一定的压力［3－5］。陈宁宁等［6］及刘明［7］分别从车地通信双通道冗余防护系统的研究和基于列车自动控制曲线研究冲标防护系统方面开展对列车冲标故障防范措施的研究。

1 对标原理分析

在正线ATO运行进站对标期间，由信号系统给出牵引制动的0～10 V电压的模拟量信号，经过列车控制及诊断系统（TMS）的模／数转换及处理后，以网络的方式传递到牵引系统的门控单元（DCU）和制动系统（ECU）。在停稳对标的第一阶段，当列车速度小于6 km／h的情况下，由制动指令和电制动有效信号发起，然后空气制动开始逐渐取代电制动。在第二阶段，空气制动完全取代电制动，所施加的制动力满足制动需求和冲动限制。在第三阶段，当保持制动信号有效、制动施加以及保持制动确保列车能停在斜坡上而不倒溜。当列车停在车站停车窗内的停车点，车辆已检测到零速且实施制动，信号设备发出开门允许授权，授权列车打开正确侧车门；如果包括列车运行对标过程错过停车点超出允许范围，信号设备不发出开门授权；六号线L3型车检测列车停稳在停车点±50 cm范围均可正常实现屏蔽门与车门联动，一旦列车停稳后距离停车点超出50 cm，屏蔽门与车门无法联动，继而出现冲标故障。

2 原因分析

故障发生后，广州地铁联合车辆和信号专业从车辆电制动功能、车辆气制动功能、车辆进站期间电制动与气制动配合、信号控制、车辆与信号接口配合几个方面调查，分析造成车辆ATO进站冲标的故障原因。

2.1 电制动功能核查

检查故障时刻车辆监控数据，牵引系统无故障，列车电制动功能无异常，将架修后故障冲标车的电制动部件互换到其他正常列车后故障未转移，互换后原对标正常列车上线运营对标准确无故障，故障冲标车上线运营仍有冲标现象，判断L3型车架修后电制动相关部件无异常。

2.2 气制动功能核查

试车线按压SBUCO按钮切除车辆电制动验证纯气制动功能，测量10组以上纯气制动工况下100%常用制动及快速制动的减速度和制动距离，数据如表1所示，各项数值均在正常范围内，判断L3型车架修后列车纯气制动功能无异常。

表1 40 km／h初速度时不同工况下切除电制动纯气制动的制动距离测试

2.3 列车进站期间电制动与气制动配合情况核查

通过分析冲标前的电制动与气制动ER数据，在冲标故障前，由信号系统给出制动模拟量信号以后，当车辆执行电制动至车辆速度下降约至6 km／h，此时进入停稳对标的第一阶段，气制动开始补充，电制动以一定斜率下降；在第二阶段，列车速度约为3 km／h时，电制动完全由气制动取代，电制动力退出；第三阶段，保压制动有效，此时列车对标准确停稳。保持制动确保列车能停在斜坡上而不倒溜，如图1所示，判断列车进站电制动与气制动配合无异常。

图1 电制动退出

2.4 信号控制方面核查

故障发生后，信号专业下载数据检查信号相关ATO参数正常，为进一步排除信号设备问题，将对标有关的CBS（编码里程计和信标天线接口管理）板，cmP（核心处理板）板与其他正常无故障车对换，并更新信号速度传感器，后续跟踪故障车上线运营时仍出现冲标故障，故障未消除，判断信号控制无异常。

2.5 车辆与信号接口配合

通过查看故障时刻车辆与信号接口数据可知，信号控制车辆牵引制动模拟量与车辆实际收到的牵引制动模拟量存在固有500 ms网络延时，由于延时存在，会导致信号与车辆接口控制精度误差偏大，列车高速度段同样存在车辆速度线跟随不佳现象，见图2。

图2 信号与车辆接口数据

在车辆克诺尔控制系统停车对标阶段控制逻辑中，列车速度下降到3 km／h电制动完全退出后，气制动只按30%级位执行，以避免停车前减速率过大给乘客产生冲击感，提高乘客舒适度，如图3所示。但是通过查看信号控制数据细节，在纯气制动阶段克诺尔制动系统只按30%级位执行（图3），虽然此时信号系统已给出最大控制制动模拟量（图2），仍然出现了对标良好车与冲标故障车在纯气制动阶段（3 km／h以下）列车实际速度与信号推荐速度均存在偏离的情况，由此可知，六号线的车辆与信号系统存在固有匹配缺陷。对于纯气制动阶段克诺尔制动系统只执行30%级位的固有控制逻辑设计，六号线信号系统并没有进行相应的控制配合设计，致使在设计源头上就存在一定程度车辆系统与信号系统的控制配合不佳的影响。

图3 气制动系统数据

另经查询制动距离的标准文件进行计算，3 km／h车速的情况下纯气制动阶段100%级位与30%级位的制动距离偏差最大可达72 cm。详细计算如下。

（1）3 km／h车速100%制动级位的制动距离计算

制动减速率分配为：

制动等效减速率为：

等效延迟响应时间为：

平均减速率为：

制动距离为：

（2）3 km／h车速30%制动级位的制动距离计算

制动减速率分配为：

制动等效减速率为：

等效延迟响应时间为：

平均减速率为：

制动距离为：

另通过信号控制数据，如图4所示，六号线信号系统在车辆速度与列车度存在偏差时，输出控制车辆系统的控制制动模拟量以一定斜率上升至模拟量最大值的60%～70%，此时车辆速度与信号推荐速度在一个较宽泛的时间段逐渐贴合，对比其他线路信号控制系统100%补偿修正，六号线信号系统在补偿修正输出级位低于其他信号系统，对车辆配合响应提出更高要求。

图4 冲标故障信号数据

对于特殊冲标故障车，如L3－019020车，在分析其冲标故障期间的信号数据发现（图4），在列车停稳对标前，车辆实际速度为10 km／h左右，信号系统推荐减速度大于车辆实际减速度（减速度为负值，比较其绝对值），此时由于车辆减速度未能达到信号推荐值，信号系统应该增大制动模拟量，而如图4所示，信号控制制动模拟量却存在一个下降趋势，对比正常对标的06083084车，如图5所示，由于车辆实际减速度大于信号推荐减速度，信号控制制动模拟量存在下降趋势为正常逻辑，由此推测，在车辆实际减速度与信号推荐减速度存在偏差时，信号控制制动的不稳定性对车辆系统与信号系统的匹配产生了一定偏差。而在电制动退出气制动补充阶段（车速3 km／h），由于信号控制模拟量下降再以最大斜率上升至最大值，即信号系统输出控制制动模拟量存在列车最后停车阶段由下降到急剧上升过程，气制动随之响应需要一定时间（约0.5 s），此过程也对车辆气制动执行响应配合存在一定影响。

图5 对标良好信号数据

核查冲标故障信号数据，在6－3 km／h以下电－空气制动转换时，如图6所示，就开始发生信号推荐与车辆实际速度开始偏离，导致冲标故障出现，且由于L3型车架修期间，根据维修规程要求［8］，采用整列车的新轮，闸片与制动盘非原位匹配装车，虽然通过以上测试数据可知，车辆的制动性能满足规程及厂家标准值，但制动执行部件仍需要一个磨合过程以进一步提高制动性能，进而与信号系统达到更高的匹配程度，因此冲标故障与气制动系统的闸片与盘之间摩擦力偏低有一定关联。综上调查分析可知，L3型车架修后上线运营发生冲标是由于信号与车辆控制误差较大、3 km／h速度以下制动系统固定级位30%偏低、闸片与制动盘之间摩擦力偏低（架修后的闸片与盘仍处于磨合期）等叠加因素导致的故障发生，详细分析如下：

图6 故障时刻电空制动转换点速度曲线

（1）新列车制造时存在一定控制固有误差，信号与车辆控制接口跟随不佳现象，与L型车非架大修质保车辆同样存在偶发性对标不稳定现象有密切关系；

（2）由于六号线车辆系统与信号系统各自的设计特性，对于3 km／h车速以下车辆，制动系统只执行30%制动力级位的固有控制逻辑设计，信号系统并没有进行相应的控制配合设计，导致列车进站对标低速时，信号系统对车辆速度的控制拟合较差；

（3）六号线信号系统在车辆速度与信号推荐速度出现偏差时给出的修正补偿级位（制动模拟量）低于其他信号系统（其他线路为100%），导致电空混合制动阶段制动车辆速度与信号推荐速度拟合度差，引起冲标现象；

（4）车辆减速度与信号推荐减速偏差时，信号控制制动存在不稳定性（正常非冲标车辆制动模拟信号稳步快速提升，冲标车辆制动模拟信号波动提升），导致车辆速度与信号推荐速度无法拟合，引起冲标现象；

（5）气制动系统的闸片与盘之间摩擦力偏低，导致6－3－0 km以下处于电－空转换过程，车辆速度曲线与信号推荐速度曲线开始偏离，出现冲标故障。

3 处理措施

处理措施如下。

（1）鉴于六号线制动与信号厂家沟通后，通过调整优化软件以补偿两个系统的配合误差，在后续运用过程的配合效果仍存在不确定性，且修改软件产生的人力物力损耗费用较高，现阶段未进行制动与信号系统软件的优化调整。

（2）架修期间，已通过提高车辆制动闸片与制动盘的装车选配平整度标准，对单个闸片凹凸不平整深度超过0.4 mm的进行旋切或打磨平整，同时为保证同一侧闸片的平整性，需对两片同时旋切或打磨；另对于制动盘，需检查盘环面跳动（测量位置为盘环面中部距车轴中心约200 mm处）小于0.5 mm，盘毂端面跳动小于或等于0.1 mm。通过以上措施提高制动盘与闸片的装车标准，提升车辆气制动磨合效率与气制动性能。

（3）架修调试期间，通过细化正线对标参数的管理，即后续L3型车架修后，如尾班车对标数据超出零标30 cm以上超出20%站点列车，需增加1次尾班车切除电制使用纯气制动的磨合调试作业，以提高车辆磨合效率，进而改善车辆与信号系统的接口匹配性能。

4 结束语

在联合车辆、信号专业开展交流分析后，通过修改软件提升信号系统与车辆制动系统配合度，以及优化车辆制动与信号控制系统自身软件固有误差的整改措施，不作为L3型车架修后冲标故障的首选处理措施。现阶段已通过提高车辆制动闸片与制动盘的装车平整度标准，以及增加对车辆与信号系统配合不佳，特殊列车增加尾班车切除电制动磨合闸片作业，已解决L3型车架修后冲标故障问题，六号线L3型车架修后上线运营对标正常，有效保证了地铁运营服务质量。