轨道交通车辆照明系统优化策略研究

轨道交通车辆照明系统优化策略研究1

1青岛地铁集团有限公司山东青岛266000 2洛阳市轨道交通集团有限责任

公司河南洛阳471000

摘要：轨道交通车辆是现代人们出行的一种非常重要的交通工具，可以让乘客更加快捷地到达目的地。良好的乘车体验是乘客选择出行的关键，客室照明系统在这方面发挥着重要的作用。基于此，本文就轨道交通车辆照明系统优化策略进行简要探讨。

关键词：轨道交通车辆；照明系统；优化；

1轨道交通车辆照明控制方案设计

1.1 控制要求

根据轨道车辆用户需求书的要求，客室内照明灯具全开启时，距离地板面800mm处的照度应大于或等于300lx，且乘客不会产生眩晕和不适感。为保证客室内照度符合要求，光线应均匀，客室照明控制系统应能根据客室照度，实时自动调节客室照明灯具功率。在司机室设置调光切换开关，能够开启和关闭控制系统。

1.2 控制原理

客室照明系统通过光感应器采集客室内照度，上传至调光控制器。调光控制器收到照度数据后进行计算处理，并根据车辆输入状态信号，输出脉冲宽度调制（pulsewidthmodulation，PWM）控制信号给灯具驱动器。灯具驱动器内置调光金属-氧化物半导体场效应晶体管（以下简称“MOS管”），通过接收电路将PWM 控制信号转化成可以调节MOS管的驱动信号。调光控制器可通过输出的PWM控制信号的占空比大小（0~100%）调节MOS管开关状态，从而调节灯具驱动器的输出电压，进而控制LED灯具光源亮灭（开关频率大于人眼识别率），实现灯具亮度

自适应调节。当客室内照度大于设定值时，调光控制器通过软件调整PWM控制信号占空比。在不改变PWM方波周期的前提下，减小输出的PWM控制信号占空比，使MOS管截止时间在整个周期中所占的比例增大，灯具驱动器输出功率降低，LED灯具亮度就会变暗。当客室内照度小于设定值时，调光控制器通过软件调整PWM控制信号占空比，增大输出的PWM控制信号占空比，使MOS管导通时间在整个周期内所占的比例增大，灯具驱动器输出功率升高，LED灯具亮度就会变亮。通过调光控制器自动控制客室照明，使客室内照度恒定。在司机室操纵台上设置控制按钮，用于输出调光控制器的控制使能信号，控制客室照明系统控制电路的接通或关断。控制按钮配置手动、自动、关闭共3个档位。当控制按钮处于手动档位时，客室照明系统控制功能关闭，照明灯具以设定的额定功率工作；当控制按钮处于自动档位时，客室照明系统控制功能开启，照明灯具根据客室内光强自动调节亮度；当控制按钮处于关闭档位时，客室照明灯具全部关闭。

1.3 控制电路

客室照明控制电路由调光切换开关控制，有手动和自动控制2种工作模式。在手动工作模式下，调光控制器屏蔽所有光感应器数据，将PWM控制信号占空比设置为固定值；在自动工作模式下，调光控制器接收光感应器采集的光照强度，自动调节LED灯具输出功率，实现客室照明的自适应调光控制。控制电路主要有光感应器和调光控制器组成。光感应器检测客室内照度，将测得的照度值通过模拟量输入接口上传调光控制器。调光控制器利用客室内照度，结合客室内照度要求，产生调光控制信号——PWM控制信号，输出至客室照明灯具，控制灯具输出功率，调节LED灯具亮度，使客室内照度达到预设值。

2轨道交通车辆照明系统

智能客室照明系统智能客室照明系统由1个电源控制器、2个驱动电源和2组灯带组成，电源控制器实时监视和控制驱动电源的工作状态，驱动电源间通过均流母线连接，实现并联驱动电源输出功率的一致性。该设计结构可以保证车厢内的照度一致，且当电源控制器或某个驱动电源发生故障时，不会造成车厢内照度的不均匀。电源控制器和驱动电源安装在车体侧顶C型槽上，位于客室内装与车体之间，如图1所示。

图1智能客室照明系统设备布置

2.1 电源控制器

电源控制器结构如图2所示，其经过内部单片机控制驱动电源的功率输出，同时监测驱动电源的工作状态。当某个驱动电源故障时，电源控制器能马上检测到并及时关闭故障电源的输出，同时调整客室的平均照度，使其降低幅度不大于30%。当电源控制器故障时，两个驱动电源仍能以同等功率对灯具进行供电，不会造成灯带无法点亮、明暗相间或区域照度不一致的情况。电源控制器留有紧急信号输入接口，当其接收到高电平紧急照明启动信号时，自动降低输出，从而降低车内所有灯具照度（为正常照明的30%左右）。

图 2 电源控制器图3 驱动电源

2.2驱动电源

驱动电源结构如图3所示，具有电源模块损坏告警、PWM调光（光衰补偿）和应急控制功能。其外部留有均流接口，当两个或多个驱动电源并联时，可以通过均流母线的连接保证所有并联的驱动电源输出相同的功率。同时，驱动电源的外部控制接口可接收到来自电源控制器的控制信号，自动调节输出功率。驱动电源的额定输入电压为DC110V，额定输出电压为DC54V，额定输入电流最大为3.6A，额定输出功率为250W。驱动电源有四挡电源转换功率可切换。

2.3系统设计

客室照明系统通过列车提供的DC110V电源给两个并联的驱动电源供电，两个驱动电源通过均流母线彼此连接，两个驱动电源的输出端同时接在同一个电源控制器的输入端。列车的紧急信号接入电源控制器的输入端，通过电源控制器输出端将两路灯带并联。正常工作状态下，两个驱动电源通过电源控制器将接收到的电流均分成两路，对应地输出至两组灯带，统一为整节车厢供电，保证客室灯带照度的一致性。同时两个驱动电源通过均流母线连接，使两个驱动电源的输出功率相同，避免因某一驱动电源的负荷过大而降低寿命。在车内离地板面高度为800mm处测得的照度应不低于300lx。当某一驱动电源出现故障时，电源控制器会将其关闭，同时通过降低输出端的电流来降低输出功率，保证另一驱动电源不会因为负载过重而损坏。此时，电源控制器将未故障的驱动电源的输出电流进行二等分，对应地输出至两组灯带，保证各组灯带亮度的一致性。当列车无外部电源输入而进入紧急照明时，列车会发出一紧急高电平信号给电源控制器，电源控制器通过指令信号对两个驱动电源的输出进行控制，调节客室照明的照度，使其功耗不超过正常照明的40%，以维持更长时间的照明。此时，车内离地板面高度为800mm处的照度不小于100lx，同时能够保证整节车厢照明的均匀性和一致性。智能客室照明系统的灯带借鉴了某市轨道交通2号线车辆的三条线路结构，简化了灯具线缆的布置方式。

结束语

综上所述，本文对客室照明系统进行了分析，掌握了其在设计和应用上的优势和缺陷，并在此基础上提出了一种成本更低、灯带线路更简单、稳定性更高、设备故障率更低的智能客室照明系统。该照明系统已通过型式试验和例行试验，且成功应用于某项目磁浮列车的客室照明中。经过长时间的运行考核验证，该系统完全满足磁浮列车的客室照明设计要求。截至目前，已上线的磁浮列车客室照明系统未出现任何故障。

参考文献：