全自动无人驾驶车辆车门系统设计

全自动无人驾驶车辆车门系统设计

葛永才  史鸿枫  初彦彬  水超越

中车大连机车车辆有限公司   辽宁大连  116045

摘    要

近年来随着城市轨道全自动无人驾驶技术的不断进步和完善，越来越多的无人驾驶项目应运而生。本文简单阐述了列车自动化等级分类，并通过车门控制、安全电路、紧急解锁等方面与传统车门的差异性分析，简述车门系统的设计。

关键词 全自动无人驾驶  车门系统  智能诊断

1  前言

近年来越来越先进的技术被应用到城市轨道车辆上，随着相关技术的不断进步和完善，城市轨道交通全自动无人驾驶技术也越来越成熟。全自动无人驾驶车辆配合信号、通信和综合监控系统，可以实现列车自动唤醒启动和休眠、自动出入停车场、自动清洗、自动行驶、自动停车、自动开关门等功能。这些高度自动化功能，能有效增加运能，大大提高了运营效率，节省了人力[1]。相对于传统地铁车辆，全自动无人驾驶车辆的车门系统，在控制逻辑、安全性以及紧急情况下的可操作性方面具有明显的差异。

2  列车自动化等级

按EN 62290标准，根据保障列车运行安全、列车运行控制、线路监测、乘客乘降监测、安全监控和应急管理等方面将列车分为GOA0-GOA4五个等级，详见图1。

图1 自动化等级

本文所讲的全自动无人驾驶是满足GOA4等级的无人干预列车运行。

3  车门控制方式

与传统地铁车辆相比，全自动无人驾驶车辆在保留手动按钮控制方式下，新增了网络控制功能。在全自动无人驾驶车辆运营前期或后期因故障需要临时人为操作时，使用操作台上方的各种开、关门按钮来控制车门的开关；在全自动无人驾驶模式下，操作台盖板锁闭，由列车硬线电路、TCMS系统与信号系统配合，实现车门系统开关门的全自动控制，在紧急情况下，车站或OCC（Operation control center，运行控制中心） 也能控制车门的开关。

4  安全电路

4.1  SIL等级

SIL（Safety Integrity Level）——安全完整性等级，SIL技术标准是由国际电工委员会（IEC）首先颁布制定的，有IEC归口实施。SIL认证一共分为4个等级，SIL1、SIL2、SIL3、SIL4，包括对产品和对系统两个层次。其中SIL4的要求最高。传统地铁车辆车门系统功能均只需满足SIL2等级即可，本文全自动无人驾驶车辆车门系统意外开门功能需要满足SIL4等级认证。

4.2  安全电路

为满足意外开门功能的SIL4等级，将车门关锁到位安全回路设计成两条安全互锁回路的方案，并且将关到位开关和锁到位开关由原来的一个设置为两个。使用关到位开关组成关到位回路，使用锁到位开关和紧急解锁开关串联组成锁到位回路，通过门控器输入口分别对关到位回路和锁到位回路进行监控。如果门被隔离，则关到位和锁到位回路将被忽略。详见图2。

图2 安全电路

关到位、锁到位回路进端、出端分别接入门控器的输入口，通过对这两条回路的电平信号进行采集判断，从而实现对关到位、锁到位回路的监控，达到满足SIL4等级要求。

5  紧急解锁装置

与传统地铁车辆相比，全自动无人驾驶车辆车门紧急解锁装置更需要考虑操作的安全性以及乘客误操作情况。

5.1 紧急解锁装置

每套车门均设置一个紧急解锁装置，紧急解锁装置上设置一个紧急解锁允许指示灯，旋转手柄为自复位式。紧急解锁指示灯用于指示通过操作内部紧急解锁装置，车门否被手动打开。指示灯亮时表示操作紧急解锁装置可以手动打开车门，指示灯熄灭表示操作紧急解锁装置无法手动打开车门。

5.2紧急解锁功能

车辆TCMS与信号系统通讯协议中关于紧急解锁功能设有2个信号，分别为“紧急解锁请求信号”和“紧急解锁信号”。门控器通过判断列车“零速列车线”状态与“门抑制列车线”状态，确定是否满足车门紧急解锁条件。当满足紧急解锁条件（车辆零速且无门抑制信号）时，操作紧急解锁装置，紧急解锁开关动作，门控器将发送“紧急解锁信号”给TCMS，并由TCMS将“紧急解锁信号”发送给信号系统车载设备；当不满足紧急解锁条件（车辆非零速或有门抑制信号）时，操作紧急解锁装置，紧急解锁开关动作，门控器将发送“紧急解锁请求信号”给TCMS，TCMS将“紧急解锁请求信号”发送给信号系统车载设备，并触发与车载视频监视系统联动，激活车门附近的乘客紧急对讲，使OCC可获取对应车门位置视频信息和乘客对讲能力。信号系统车载设备将收到的“紧急解锁请求信号”发送给OCC，进一步处置措施由OCC中调度员决定。

6  与屏蔽门联动

全自动无人驾驶车辆车门具有与站台屏蔽门对位隔离的功能。当列车车门或站台屏蔽门有个别故障时，故障车门或站台屏蔽门对应的站台屏蔽门和车门将在该站自动隔离，并提前在车门上方的动态地图上显示信息，提示乘客本站该车门不开放。具体措施如下：

屏蔽门故障时

故障屏蔽门的站台编号、门编号，都被屏蔽门监控系统自动记录并将所有的信息打包为通讯报文传递给信号系统；信号系统将信息传递给车辆TCMS系统，TCMS系统给指定车门的门控器发送对位隔离网络指令，该门控器接收到指令后，使对应车门进行隔离，确保在该站停车时，该车门不再参与开关门动作。

车门故障时

车门门控器将隔离的车门信息发送给列车TCMS系统，TCMS收到信号后传递给信号系统，信号系统将接收到的信息发送给屏蔽门监控主机，屏蔽门监控主机收到信息后，通过内部网络发送对位隔离指令给指定站台屏蔽门门控器，控制该屏蔽门不参与后续的信号开关门控制。

7  智能诊断系统

全自动无人驾驶车辆车门具有智能运维系统，该系统主要由智能门控器、车门传输系统、车地传输系统、服务器传输系统等组成。整个系统架构详见图3。

图3 车门智能诊断系统

车门智能诊断系统是通过实时监测车门电机、门控器等工作参数，并实时上传至后台服务器，通过系统的故障数据模型库，来判断当前车门是否有故障或进入亚健康状态。在车门系统没有进入故障时就可提前检修和排除亚健康问题，大大降低故障的发生率，尤其是大大减少无法电动关门、开不到位、三秒不解锁等常见故障[2]；当智能诊断系统判断车门存在故障或者进入亚健康状态时，系统会及时发送信息给对应的维修人员，维修人员根据收到的信息（包括问题现象、原因和解决方案）及时处理，将会大大提高了门系统的运行可靠性，降低运营成本。

8  结束语

全自动无人驾驶作为目前城市轨道交通最先进的技术发展方向，有利于提升轨道交通的效率，提高自动化水平，实现绿色节能及最佳化运行。车门系统因为车门数量多，操作频繁，是城市轨道交通车辆至关重要的部件。车门系统的结构和控制若在设计上不够安全可靠，将会给正线运行带来较大风险，甚至直接危害乘客的人身安全[3]。全自动无人驾驶车辆相比于传统地铁车辆，车门系统安全电路设计更为可靠，紧急解锁装置功能更为安全，并且具备智能诊断系统，将大大降低车门系统个故障率，提高了车门系统的可靠性，进而降低运营成本，提高运营效率。

参考文献

[1]  任安萍.浅谈我国全自动无人驾驶地铁的发展[J].科技视界,2012,25:207-208.

[2]  查小菲.地铁车辆智能化关键技术研究及应用[J].中国科技纵横,2018,6:37-40.

[3]  段玉玲.地铁车辆车门控制原理及改进建议[J].现代城市轨道交通,20116,3:28-32.