TACS系統(tǒng)的全自動洗車方案研究

摘? 要：軌道交通信號系統(tǒng)中基于車車通信的列車自主運行系統(tǒng)TACS的系統(tǒng)架構和接口有別于傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)，TACS系統(tǒng)的自動洗車功能接口和信息流與傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)也存在差異。文章結合傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)闡述TACS系統(tǒng)自動洗車中的控制和管理，TACS系統(tǒng)自動洗車過程中與洗車機、車輛的信息交互，TACS各個子系統(tǒng)之間的信息交互，以及信息交互過程中的檢查條件。

關鍵詞：軌道交通;車車通信系統(tǒng);全自動洗車

中圖分類號：U284.48? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2021）22-0114-04

Abstract： The system architecture and interface of the Train Autonomous Control System （TACS） based on vehicle-to-vehicle communication in the rail transit signal system are different from those of the traditional CBTC system， and the automatic vehicle washing function interface and information flow of the TACS system are also different from those of the traditional CBTC system. This paper combines the traditional CBTC system to explain the control and management of the automatic vehicle washing of the TACS system， the information interact between the TACS system and the vehicle washer and the vehicle during the automatic vehicle washing process， the information interaction between the various subsystems of the TACS， and the inspection conditions during the information interaction process.

Keywords： rail transit; vehicle-to-vehicle communication system; fully automatic vehicle washing

0? 引? 言

發(fā)改委發(fā)布的《產業(yè)結構調整指導目錄（2019年本）》中將基于車車通信的列車自主運行系統(tǒng)（TACS）列為鼓勵類項目，為車車通信技術在列車全自動運行系統(tǒng)中的發(fā)展和應用提供了政策指導。在傳統(tǒng)城市軌道交通全自動運行控制系統(tǒng)（CBTC）功能需求的基礎上，TACS系統(tǒng)的系統(tǒng)架構做了一些創(chuàng)新與優(yōu)化，提升了系統(tǒng)性能和系統(tǒng)安全性，具有結構簡單、成本低廉、工程較易實施、智能化程度高等特點。

近些年，隨著社會的發(fā)展和科技的進步，CBTC全自動運行系統(tǒng)中的自動洗車控制功能設計日趨成熟，其中包括全自動洗車流程控制、各個洗車步驟中命令下達和信息發(fā)送的檢查條件;全自動洗車過程中列車自動監(jiān)督子系統(tǒng)（ATS）、區(qū)域控制器（ZC）、聯(lián)鎖（CI）、車載控制器（CC）、洗車機、車輛之間的信息交互;根據全自動洗車功能相關設備統(tǒng)計的列車運行里程數(shù)觸發(fā)洗車任務，實現(xiàn)列車全自動主動洗車;洗車過程中聯(lián)鎖系統(tǒng)對進入和退出洗車線的進路、信號機和道岔的控制;洗車過程中車載控制器對列車運行速度的防護;洗車過程中，根據電子地圖在洗車請求停車點、洗車停車點和升降弓停車點控制列車停車等。本文基于TACS系統(tǒng)架構對全自動洗車過程中各個子系統(tǒng)間的信息交互進行探討。

1? TACS系統(tǒng)自動洗車流程

當TACS系統(tǒng)在全自動無人駕駛模式下運行中需要進行洗車作業(yè)時，ATS將自動分配進入洗車區(qū)域的任務，車載控制器（CC）收到任務后自主申請通往洗車庫的相關資源。軌旁資源管理器（WRC）從CC接收到進入洗車庫的資源申請后，為列車分配進入洗車庫的徑路資源，并將資源可用授權發(fā)給CC。

進入和離開洗車區(qū)域的線路平面示意圖如圖1所示，WRC接收到CC的進入洗車區(qū)域的資源申請后，向OC發(fā)送道岔控制和信號機顯示命令，OC控制道岔P6和P2移動到定位并鎖閉在定位，控制信號機S6開放直向進路顯示。列車離開洗車區(qū)域前由CC向WRC申請離開折返軌的資源。WRC向OC發(fā)送道岔控制和信號機顯示命令，OC控制道岔P2移動到反位并鎖閉在反位，控制信號機X2開放側向進路顯示。當?shù)啦砦恢煤玩i閉狀態(tài)以及信號機顯示滿足條件后，WRC將資源授權發(fā)送給CC。

在列車進入洗車區(qū)域的過程中，CC收到資源授權后，檢查前方是否有沖突列車占用，根據任務命令控制列車的進入，并在待洗車停車點SSP0停車，如圖2所示。

列車在待洗車停車點停穩(wěn)后，ATS通過WRC向洗車機發(fā)送“洗車請求”信息。洗車機系統(tǒng)在檢測到列車進入洗車區(qū)域后，開始對洗車機進行預濕以準備洗車，并向TACS系統(tǒng)發(fā)送“洗車就緒”信息。WRC采集到洗車機的“洗車就緒”“允許通過”和“洗車故障”后將這些信息發(fā)送給ATS，ATS在收到洗車機已經準備就緒的信息，并且“允許通過”信息為允許，“洗車故障”信息為洗車機無故障后向CC下達洗車任務并設置洗車工況指令。CC根據工況設置命令控制車輛設置洗車工況，進入洗車區(qū)域的車輛設置洗車工況模式后，CC向ATS發(fā)送當前工況為洗車工況，然后根據洗車任務控制待洗列車運行到前端洗車停車點SSP1停車。

洗車機檢測到列車處于前端清洗范圍內后，向TACS系統(tǒng)發(fā)送“允許通過”信息為禁止狀態(tài)。TACS系統(tǒng)在收到禁止通過且判斷列車在前端洗車停車點停準后，向洗車機發(fā)送前端洗車請求命令。洗車機在收到前端洗車請求命令且檢查洗車機工作正常后，開始清洗列車前端。在整個前端清洗過程中，車載系統(tǒng)不允許列車移動。

在列車前端清洗完成后，洗車機端刷機構回到原始位，并向TACS系統(tǒng)發(fā)送“允許通過”信息為允許狀態(tài)。接收到允許通過信息后，ATS將洗車任務目標位置更新為后端洗停車點位置，CC控制列車根據新的運行任務以3 km/h～ 5km/h的速度運行，進行列車側面清洗。CC控制列車運行到后端洗車停車點SSP2并停穩(wěn)，以清洗列車尾部。

在洗車機檢測到列車處于后端清洗范圍內后，向TACS系統(tǒng)發(fā)送“允許通過”信息為禁止狀態(tài)。TACS系統(tǒng)接收到禁止通過信息且判斷列車在后端洗車停車點停準后，向洗車機發(fā)送后端洗車請求。洗車機收到后端洗車請求且檢查洗車機工作正常后，開始清洗列車后端。在整個后端清洗過程中，車載系統(tǒng)不允許列車移動。

在列車后端清洗完成后，洗車機端刷機構回到后端原始位，洗車機向TACS系統(tǒng)發(fā)送“允許通過”信息為允許狀態(tài)。收到允許通過信息后，ATS更新到下一個停車點的任務，列車根據新的停車點任務以3 km/h～5 km/h的速度運行，繼續(xù)清洗列車側面。

列車完全駛出洗車庫后，洗車作業(yè)結束，洗車機向TACS系統(tǒng)發(fā)送“洗車就緒”禁止狀態(tài)和“允許通過”禁止狀態(tài)。TACS系統(tǒng)收到這些信息后命令車輛將列車工況從洗車工況轉為車輛基地工況。

2? TACS系統(tǒng)自動洗車接口

TACS系統(tǒng)通過目標控制器（OC）與洗車機進行硬線接口，交互TACS系統(tǒng)的“洗車請求”洗車機的“允許通過”“洗車故障”狀態(tài)和準備洗車的“洗車就緒”信息。WRC與OC之間接口，交互“洗車請求”“允許通過”“洗車故障”和“洗車就緒”信息。ATS與WRC之間進行接口，交互“洗車請求”“允許通過”“洗車故障”和“洗車就緒”信息。ATS與CC接口，交互“洗車任務”“工況設置”“工況狀態(tài)”和“停車位置”信息。CC與WRC接口，交互進出洗車庫的“資源申請”和“資源授權”信息。CC與車輛接口，交互洗車工況和車輛基地工況的設置和狀態(tài)信息，如圖3所示。

ATS將“洗車請求”狀態(tài)和接收到的來自洗車機的“允許通過”“洗車故障”狀態(tài)和“洗車就緒”信息顯示在ATS車輛段現(xiàn)地控制工作站上，供車輛段調度員查看。工作站顯示布置示意圖如圖4所示，“洗車請求”燈顯示黃色時，表示ATS向洗車機發(fā)送洗車請求，顯示灰色時，表示ATS沒有向洗車機發(fā)送洗車請求;“洗車就緒”燈顯示綠色時，表示洗車機準備就緒，允許洗車，顯示灰色時表示洗車機未準備就緒，禁止洗車;“允許通過”燈顯示綠色時表示洗車機允許列車移動，顯示灰色時表示洗車機禁止列車移動;“洗車故障”燈顯示紅色時表示洗車機故障，禁止洗車操作，顯示灰色時表示洗車機工作正常，允許洗車。

3? 傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)自動洗車方案

對于傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)，洗車機接口信息可由ATS通過聯(lián)鎖系統(tǒng)與洗車機進行洗車請求和狀態(tài)信息的交互，也可由車載信號系統(tǒng)通過聯(lián)鎖系統(tǒng)與洗車機進行交互。

洗車機接口信息由ATS通過聯(lián)鎖系統(tǒng)與洗車機對洗車任務和狀態(tài)信息進行交互的全自動洗車方案的接口信息流框圖如圖5所示。在該方案中，洗車任務的管理主要由ATS完成，當處于全自動駕駛模式的列車需要洗車時，ATS觸發(fā)到達待洗車停車點的進路，車載控制器根據運行任務控制列車運行至待洗車停車點。列車在待洗車停車點停穩(wěn)后，ATS向車載控制器發(fā)送進入“洗車工況”信息，車載控制器控制車輛進入洗車工況，同時ATS向聯(lián)鎖發(fā)送“洗車請求”信息。聯(lián)鎖與洗車機接口，將“洗車請求”發(fā)送給洗車機。洗車機檢查其自身處于自動洗車模式，并將“洗車就緒”“允許通過”和“洗車故障”的狀態(tài)信息發(fā)送給聯(lián)鎖，聯(lián)鎖經過處理后將這些信息發(fā)送給ATS。

ATS收到洗車就緒、允許通過且洗車機沒有故障的信息后自動辦理進入洗車區(qū)域的進路，聯(lián)鎖收到ATS的進路辦理命令后建立并鎖閉相應的進路，同時ATS向車載控制器下達列車進入洗車區(qū)的指令。在洗車庫門打開的情況下，進入洗車庫的防護信號機開放允許信號后，車載控制器獲得移動授權并控制列車在前端洗車停車點停車。列車在前端洗車停車點停穩(wěn)后，ATS通過聯(lián)鎖向洗車機發(fā)送“前端洗車請求”，洗車機可通過光傳感器檢測列車車頭位置正確，將前端洗車的“允許通過”信息設置為限制態(tài)，并開始清洗列車前端。列車車頭清洗完成后，洗車機將前端洗車的“允許通過”信息設置為允許態(tài)，ATS判斷列車前端洗車的“允許通過”信息從限制態(tài)變?yōu)樵试S態(tài)后，向列車發(fā)送去往后端洗車停車點的任務。車載控制器根據ATS的指令，控制列車以低于洗車區(qū)域限速的速度運行到后端洗車停車點停車。在列車從前端洗車停車點向后端洗車停車點運行的過程中，洗車機可對列車進行側面清洗。

列車在后端洗車停車點停穩(wěn)后，ATS通過聯(lián)鎖向洗車機發(fā)送“后端洗車請求”，洗車機檢測列車車尾位置正確，將后端洗車的“允許通過”信息設置為限制態(tài)，并開始清洗列車后端。列車車尾清洗完成后，洗車機將后端洗車的“允許通過”信息設置為允許態(tài)，ATS判斷列車后端洗車的“允許通過”信息從限制態(tài)變?yōu)樵试S態(tài)后，向列車發(fā)送到達折返停車點或洗車結束停車點的任務。車載控制器根據ATS的指令，控制列車以低于洗車區(qū)域限速的速度運行到下一停車點停車。列車在下一停車點停穩(wěn)后，ATS向車載控制器發(fā)送退出“洗車工況”指令，車載控制器控制車輛退出洗車工況，結束洗車。

洗車機接口信息由車載控制器通過聯(lián)鎖系統(tǒng)與洗車機對洗車請求和狀態(tài)信息進行交互的全自動洗車方案的接口信息流框圖如圖6所示。在該方案中洗車任務的管理主要由車載控制器完成，當處于全自動駕駛模式的列車需要洗車時，車載控制器根據運行任務控制列車運行至待洗車停車點后向聯(lián)鎖發(fā)送“洗車請求”信息。聯(lián)鎖與洗車機接口，將“洗車請求”發(fā)送給洗車機。洗車機檢查其自身處于自動洗車模式，并將“洗車就緒”“允許通過”和“洗車故障”的狀態(tài)信息發(fā)送給聯(lián)鎖，聯(lián)鎖經過處理后將這些信息發(fā)送給車載控制器。

進入洗車庫的防護信號機開放允許信號后，車載控制器獲得移動授權并判斷洗車就緒、允許通過且洗車機沒有故障后控制列車運行到前端洗車停車點停車。列車在前端洗車停車點停穩(wěn)后，車載控制器通過聯(lián)鎖向洗車機發(fā)送“前端洗車請求”，洗車機檢測列車車頭位置正確，將前端洗車的“允許通過”信息設置為限制態(tài)，并開始清洗列車前端。列車車頭清洗完成后，洗車機將前端洗車的“允許通過”信息設置為允許態(tài)，車載控制器判斷列車前端洗車的“允許通過”信息從限制態(tài)變?yōu)樵试S態(tài)后，控制列車以低于洗車區(qū)域限速的速度運行到后端洗車停車點停車。后端洗的過程也是由車載控制器處理與洗車機的接口信息，進行洗車過程的管理。

4? 結? 論

在由ATS管理洗車任務的傳統(tǒng)CBTC方案中，洗車過程由ATS、聯(lián)鎖和車載系統(tǒng)共同管理和執(zhí)行，控制車輛運行，與洗車機進行信息交互。在TACS系統(tǒng)中，洗車過程由ATS、車載系統(tǒng)、資源管理器和目標控制器進行管理和執(zhí)行，通過目標控制器與洗車機接口進行信息交互。

從信號系統(tǒng)架構的角度來看，傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)中車輛段聯(lián)鎖與車載不進行接口，在基于ATS對全自動洗車進行管理的方案中聯(lián)鎖與車載之間無需增加接口設備，在通過車載系統(tǒng)與聯(lián)鎖交互洗車請求和洗車機狀態(tài)信息的方案中則需要增加接口設備。TACS系統(tǒng)中車載與資源管理器之間有資源交互接口，該接口也可用于全自動洗車的信息交互，無論是否采用ATS管理洗車均無需增加接口設備，對洗車方案具有更高的適應性。

參考文獻：

[1] 秦小虎，孫曉光.城市軌道交通全自動洗車方案研究 [J].鐵路通信信號工程技術，2021，18（4）：77-82.

[2]羅斌龍，趙曉峰，孫思南，等.全自動運行信號系統(tǒng)與洗車機接口分析研究 [J].現(xiàn)代城市軌道交通，2020（4）：28-32.

[3] 寇若嵐.全自動運行信號系統(tǒng)與洗車機的接口方案研究 [J].鐵路通信信號工程技術，2018，15（10）：68-72.

[4] 張強，張揚，劉波，等.城市軌道交通全自動駕駛列檢庫、洗車庫的車庫門安全防護方案 [J].城市軌道交通研究，2018，21（1）：132-136.

[5] 夏季.全自動駕駛模式下地鐵車輛段洗車機技術接口分析 [J].現(xiàn)代城市軌道交通，2018（5）：21-24.

[6] 杜時勇，陳華銀.地鐵全自動洗車方案研究 [J].鐵道通信信號，2017，53（8）：62-65.

作者簡介：劉磊（1980—），女，漢族，黑龍江慶安人，中級工程師，本科，研究方向：軌道交通信號系統(tǒng)需求分析和系統(tǒng)設計。