淺談弱電控制系統(tǒng)在勞爾電車上的應(yīng)用

王玉

摘 要：該文系統(tǒng)介紹了2007年國內(nèi)引進(jìn)的法國勞爾公司STE3型導(dǎo)軌電車的弱電控制系統(tǒng)構(gòu)成，以及CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在各控制主機(jī)之間所發(fā)揮的作用。該國外引進(jìn)車輛控制系統(tǒng)的組成復(fù)雜程度超過目前國產(chǎn)同類電車，在車輛的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用制造方面仍有許多值得借鑒之處。

關(guān)鍵詞：弱電控制;CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);導(dǎo)軌電車

1 現(xiàn)代有軌電車的發(fā)展前景

自改革開放以來，我國城市化水平發(fā)展迅猛，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國常住人口城鎮(zhèn)化率已從改革開放初期的不足19%，發(fā)展到2018年的58.5%;機(jī)動車擁有量已達(dá)2.29億輛，并仍處于增長趨勢。土地稀缺、人地關(guān)系緊張，城市擁堵，環(huán)境保護(hù)等問題，已成為制約城市發(fā)展的瓶頸，亟待解決;因此發(fā)展城市軌道交通的需求日益強(qiáng)烈，并已成為社會共識，而現(xiàn)代有軌電車在建設(shè)方面具有每公里造價低、建設(shè)周期短、占用空間少的特點(diǎn)。在運(yùn)營方面作為電力牽引車輛，具有無污染、噪音小、運(yùn)量大等特點(diǎn)。未來該類現(xiàn)代有軌電車勢必取代公交，成為主流公共交通工具，非常值得推廣。

目前國內(nèi)各大主機(jī)廠陸續(xù)推出各自的現(xiàn)代有軌電車產(chǎn)品，鋼輪鋼軌、膠輪導(dǎo)軌、智軌等產(chǎn)品層出不窮。本文以2007年天津引進(jìn)的法國TRANSLOHR有軌電車為例，介紹一下該類歐洲進(jìn)口電車弱電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)架構(gòu)及CAN網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)，由于該車控制部分設(shè)計(jì)較為精密，到目前仍值得國內(nèi)車輛相關(guān)產(chǎn)業(yè)借鑒。

2 勞爾導(dǎo)軌電車弱電控制系統(tǒng)介紹

TRANSLOHR導(dǎo)軌電車裝有的通訊控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)司機(jī)輸入接口、車輛設(shè)備監(jiān)控狀態(tài)反饋，故障診斷信息存儲和安全控制等功能;主要由車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（OBCS）、網(wǎng)絡(luò)主機(jī)、主CAN網(wǎng)絡(luò)、輔助CAN網(wǎng)絡(luò)、輸入輸出機(jī)架及安全環(huán)路組成，以下具體介紹各部分的組成及功能信息。

2.1 車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（OBCS）

勞爾電車的車載控制系統(tǒng)由5臺工控機(jī)組成，分別位于車輛兩端駕駛室內(nèi)（ME模塊）和3個客室模塊（MP）頂部的密封箱體內(nèi)。負(fù)責(zé)接收處理司機(jī)操作信息，監(jiān)視車載設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，確保車輛正常操作，執(zhí)行接收到的命令，在故障狀態(tài)下，根據(jù)程序設(shè)定的優(yōu)先級別采取適當(dāng)?shù)母深A(yù)，并進(jìn)行信息反饋。

各模塊工控機(jī)分別接收本模塊上設(shè)備狀態(tài)及司機(jī)的輸入信號，經(jīng)過處理后，發(fā)出輸出信號控制本模塊上設(shè)備的動作。采用冗余的CAN網(wǎng)絡(luò)將車上的5個工控機(jī)、TCU（牽引控制器）、BMA顯示屏、主控制面板等多種設(shè)備連接在一起，組成車載的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)車輛的控制、信息共享及數(shù)據(jù)存儲。通信網(wǎng)絡(luò)以模塊化的方式進(jìn)行連接，從一個互連塊到另一個互連塊，再連到所控設(shè)備，采用屏蔽電纜延車頂導(dǎo)管單獨(dú)布放，避免與車上750V直流、400V交流電纜產(chǎn)生干擾。而與安全相關(guān)的控制命令則采用0-1邏輯實(shí)線發(fā)送并組成安全環(huán)路。當(dāng)通信總線中斷時車輛將切換到安全狀態(tài)，允許執(zhí)行最基本的安全相關(guān)功能，保證車輛基本操作的命令將通過線控邏輯發(fā)送，使車輛能夠返回維修基地進(jìn)行處理。當(dāng)發(fā)生此類故障時，車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)備能夠進(jìn)行自檢，并將所有故障信息存儲在兩個駕駛內(nèi)的BMA顯示存儲器內(nèi)，以供事后下載分析故障數(shù)據(jù)。

2.2 CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成及功能

每列電車有兩個網(wǎng)絡(luò)主機(jī)，分別控制兩條冗余的CAN網(wǎng)絡(luò)，分別為CAN-A和CAN-B，司機(jī)可以通過輔助控制板上的雙位旋鈕選擇任意一條通信線路，而在切換過程中必須關(guān)閉車輛，選擇后重新啟動以完成CAN網(wǎng)絡(luò)的切換。兩條主CAN網(wǎng)絡(luò)與車上多個重要組成單元連接，負(fù)責(zé)多個設(shè)備之間的信息通訊組成網(wǎng)絡(luò)，其中包括：兩套牽引控制系統(tǒng)輸入輸出信號、控制面板輸入指令和信息反饋，BMA顯示屏上多種數(shù)據(jù)的反饋和記錄、各本地工控機(jī)上命令的執(zhí)行及發(fā)送。另外網(wǎng)絡(luò)中還包含一條輔助CAN網(wǎng)絡(luò)，連接車上制動控制單元（UCD）、胎壓監(jiān)控系統(tǒng)（IVTM）以及牽引電池控制器等，將該部分設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)通訊功能。

2.3 安全控制環(huán)路

勞爾電車的設(shè)計(jì)故障等級分為：微小、白色、橙色和紅色故障四類，其中微小和白色故障只顯示給司機(jī)記錄在BMA數(shù)據(jù)內(nèi)，橙色故障則會將車輛最高行駛速度限制在35KM/H以下，而出現(xiàn)紅色故障時車輛會自動切斷所有供電回路，受電弓降下，無法繼續(xù)行駛。紅色故障的自動安全保護(hù)是車輛在發(fā)生嚴(yán)重故障時用來確保司機(jī)乘客的人身安全、以及車輛本身安全的重要手段。

車輛紅色故障的自我保護(hù)系統(tǒng)是由車上的安全環(huán)路自動控制實(shí)現(xiàn)的，環(huán)路由每個工控機(jī)上的TYPE123安全板卡、MP3乘客模塊上的TYPE4安全板卡和若干繼電器組成，采用邏輯實(shí)線互相連接組成。TYPE123板卡主要負(fù)責(zé)管理每個模塊的本地安全功能，包括：乘客告警、行車中車門打開、駕駛員在位檢測、制動缸氣壓管理、接地控制、緊急停車按鈕和零速檢測DV0等，TYPE4板卡主要負(fù)責(zé)管理車輛整體的車速、剎車功能、受電弓及供電方面的重大故障。這些安全板卡每塊下轄多個安全繼電器，由這些安全繼電器串聯(lián)起來組成一個安全環(huán)路，使用當(dāng)中安全環(huán)路中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時都會引起安全環(huán)路打開，一旦出現(xiàn)這種情況車輛就會自動制動，受電弓降下，750V和400V供電回路切斷，故障未排除或被旁路前車輛無法繼續(xù)行駛。

以司機(jī)在位檢測為例，此功能是基于安全概念而設(shè)置。只要車輛啟動后，該檢測就一直處于激活狀態(tài)并干預(yù)牽引和剎車控制回路直到車輛停止。單個司機(jī)室內(nèi)的三個警惕按鈕分別位于主控面板兩側(cè)以及司機(jī)腳下，對其中一個按鈕正確操作就足以證明司機(jī)在場，車輛行駛過程中司機(jī)需要不斷對其操作以證明司機(jī)處于警醒狀態(tài)。操作規(guī)則為如果兩次操作間隔大于3秒則告警鈴響起，按住按鈕的時間如超過10秒，則告警鈴也將響起，在鈴響2秒后TYPE4安全板卡如仍不能接到司機(jī)的操作信號，則安全環(huán)路打開，車輛自動剎車功能啟動，750V和400V供電系統(tǒng)切斷，減速狀態(tài)下告警鈴和剎車仍將持續(xù)作用于車輛，直到車輛完全停止下來。如車輛重新啟動則該計(jì)算時間復(fù)位為0，該檢測仍然處于持續(xù)的監(jiān)測中。

3 結(jié)語

在城市擁擠，環(huán)境問題突出的今天，優(yōu)先發(fā)展以無污染的軌道交通為骨干的交通模式，解決大城市通病也成為社會各界共識。20 世紀(jì)90年代以來，國外許多城市掀起了有軌電車的復(fù)興熱潮。目前國內(nèi)多個城市多種制式的國產(chǎn)有軌電車也已投入運(yùn)營，帶動了有軌電車產(chǎn)業(yè)在我國迅猛的發(fā)展，并正日益受到各方關(guān)注。

在目前國內(nèi)軌道交通產(chǎn)業(yè)不斷地深入推進(jìn)的今天，研究我國較早引進(jìn)的勞爾導(dǎo)軌電車的內(nèi)部設(shè)計(jì)及原理，對于我國現(xiàn)代電車的自主研發(fā)及維修維護(hù)等工作，仍具有一定的借鑒意義。

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