城市轨道交通全自动运行车辆系统关键技术研究与应用最终版

GOA4 高可靠性
一、车辆控制系统可靠性解决方案
（一）控制全冗余
1、抓关键核心，梳理并解决11个列车级关键信号传输失效引起无法动车的行业痛点。
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
牵引边界条件信号
列车激活控制（低压） 受流控制（高压） 风源控制（风压）
高低压电源和风源 控制
司机室激活
列车方向
城市轨道交通全自动运行系统 车辆关键技术研究与应用
全自动运行系统FAO：
北京机场线
前言
上海10号线
香港南岛线
2008.07
2010.04
Ø 轨道交通发展的方向和必然趋势 Ø 多专业组成的复杂系统工程 Ø 安全与可靠、高效与智能
2016.12
北京燕房线
2017.12
前言
+ 车辆= 全自动运行系统执行的载体
四套系统同时工作，分两系互为热备；
2*2oo2 单系中必须双机一致时才输出；
电源、输入、运算、输出等逐级二乘二取二；
一、车辆控制系统可靠性解决方案
（一）控制全冗余：
（2）降级模式冗余
设置降级控制模式 ，使故障列车快速退出服务，有效减小故障对全自动运行系统运营的影响。
蠕动模式
p在ATP保护下，解决车辆与车载信号 接口故障； p通过远程人工确认后启动该模式，实 现限速运行至下一站退出服务功能。
a) 正常场景：以视频为主，激光毫米波、毫米波为辅； b) 低照度场景：以激光为主，毫米波视频、视频为辅； c) 雾霾沙尘：以毫米波为主，激光视频、视频为辅。 2. 异构传感器融合，可提升检测的可靠性和准确率 a) 检测结果不依赖单一传感器，提升可靠性； b) 同一障碍物经异构传感器检测并多层融合，提高结果的
免零部件故障信息类干扰； ü 大冲击的时域特征分析:
冲击衰减波的形态、衰减时间、振荡频率符合预设条件。
采用振动冲击检测，规避了脱落风险， 与走行部监测系统复用传感器，简化装 车工程。
车轮跌落振动 车轮撞击轨道振动冲击
脱轨诊断
TCMS 系统
制动 系统
二、车辆安全监测解决方案
（二）障碍物检测技术
Ø 采用多传感器融合方案： 1. 灵活适应不同应用场景
功能最终实现的末端
可靠、安全、高效与智能
目录
一、车辆控制系统可靠性解决方案
三、车辆智能运维解决方案
二、车辆安全监测解决方案
四、车辆关键技术展望
PART.1
车辆控制系统可靠性 解决方案
一、车辆控制系统可靠性解决方案
为实现FAO可靠性，车辆控制系统顶层设计应达到以下3个目标：
控制全冗余
故障全自动处理 人工远程介入
牵引制动指令 牵引允许 牵引安全 紧急制动
控制信号
牵引制动力参考值（级位）
所有制动缓解
控制电路 （LCU）
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网络 牵引 制动
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√ 关键√ 控制
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√ 信√ 号 √
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一、车辆控制系统可靠性解决方案
（一）控制全冗余
2、以终为始，重点实现传输介质冗余和降级模式冗余。
备用模式
p在ATP切除下，解决列车控制系统发生 严重故障导致无法动车问题； p通过人工远程/本地启用该模式电路， 实现快速退出服务功能。
一、车辆控制系统可靠性解决方案
(二）车辆故障自动处理技术
1.实现故障运营场景下的快速、高效、准确的故障自动处置功能： 2.依托智能诊断系统，将故障识别、判断、处置等全流程处置工作交由系统本身来完成实现； 3.预设故障应急处置模型和程序，减少正线列车故障处置的人为介入环节。
障碍物检测
蓄电池在线监测
脱轨监测
走行部监测
二、车辆安全监测解决方案
（一）脱轨监测技术—采用振动冲击检测方案 通过车辆跌落位移和大冲击的时域特征分析，实现脱轨的判断和主动实施紧急制动保护
Ø 脱轨监测原理
ü 出现下落位移 ： 通过加速度重积分为位移，获得不同轴之间的位移偏差；
ü 出现大冲击 ： 大量程传感器：脱轨引发的冲击量值远大于传统的轴承、踏面冲击值，可避
本地人工投入 u救援模式 uATC切除 u备用模式 / / / / /
PART.2 车辆安全监测解决方案
二、车辆安全监测解决方案
车钩脱钩； 车门安全环路； 走行部振动； 火灾、高压箱盖； 电气短路等多项检测；
车门在线检测 弓网检测
蓄电池在线监测
走行部振动监测
二、车辆安全监测解决方案
防撞系统
车门在线检测 弓网检测
#实时以太网环网
ü 采用环网结构 ü 容错型交换机 ü 安全数据校验机制
一、车辆控制系统可靠性解决方案
（一）控制全冗余： （1）传输介质冗余——硬线控制电路冗余 采用2*2oo2 高冗余架构LCU，实现车辆控制功能和全面提升可靠性。
Ø采用光耦、MOS场效应管等高可靠电子器件； Ø引入2*2oo2多组比较技术； Ø采用状态自检、表决诊断、故障隔离技术； Ø故障组切换≤16ms ，满足自动无缝切换要求； Ø具备实时数据监测记录、实现故障智能诊断，打造数字化列车； Ø安全完整度达SIL4，与信号系统相匹配。
置信率和准确率。 3.考虑到全寿命成本，激光的工程应用尚不成熟，待进一步跟踪 产品成熟度发展。
一、车辆控制系统可靠性解决方案
（三）人工远程介入
远程控制
ü监控视频、数据支持+OCC可视化终端 ü人工介入+完善的安全处理预案 ü主动启用，快速解决
综合监控
控制联动
TCMS
ATC
远程人工投入 ü逃生门旁路 ü门关好旁路 ü零速旁路 ü障碍物监测及脱轨监测旁路 ü网络硬线开门 üLCU强制A、B组 ü升弓允许旁路 ü蠕动模式
Байду номын сангаас
（1）传输介质冗余
Ø 通信网络 Ø 硬线电路
（2）正常与降级模式冗余
Ø 蠕动模式 Ø 备用模式
一、车辆控制系统可靠性解决方案
（一）控制全冗余：
（1）传输介质冗余——通信网络冗余 “通信设备冗余+总线冗余”，实现设备、总线单点故障不影响列车通信。
#MVB通信网络
ü A、B双通道、双通道独立的MVB连接器 ü 每车设置冗余的RPT中继器 ü VCU、DX、AX配置冗余
Ø减少人工介入选择； Ø减少人为介入失误； Ø减少操作流程，提升效率。
智能 诊断 系统
3、正线故障应急
1、故障智能识别
处理程序
2、故障智能判断
4、故障自主处理
一、车辆控制系统可靠性解决方案
（二）车辆故障自动处理技术——实现方案 Ø对故障应急场景进行研究分析，结合成熟的正线故障处理流程等，通过智能控制系统的内部程序 实现空开自动复位、旁路功能自动激活、子系统自动软重启和列车自动重启等功能。