北京地鐵4號線列車車門故障的改進(jìn)分析

丁心凡

（北京京港地鐵有限公司，北京100068）

北京地鐵4號線列車車門故障的改進(jìn)分析

丁心凡

（北京京港地鐵有限公司，北京100068）

地鐵車門作為乘客上下列車的重要通道，關(guān)系到乘客的人身安全，其安全可靠性尤為重要。通過對北京地鐵4號線列車車門非站臺側(cè)開門故障的原因分析，確認(rèn)現(xiàn)有開門控制電路存在設(shè)計缺陷，進(jìn)而針對存在缺陷提出對應(yīng)的改進(jìn)方案，并進(jìn)一步對實施整改方案前后的車門功能和安全性能變化情況進(jìn)行對比分析，確保改進(jìn)效果良好，徹底消除非站臺側(cè)開門故障隱患，切實提高了列車運營的安全性。

地鐵；非站臺側(cè)；故障；改進(jìn)

眾所周知，車門系統(tǒng)為地鐵列車的一個重要組成部分，地鐵列車客室車門數(shù)量多、開關(guān)頻繁，因此，客室車門故障率相對較高。為了確保地鐵列車正常運營，有效降低客室車門故障率，提高列車運行的安全性和可靠性，就北京地鐵4號線列車曾發(fā)生的一起客室車門非站臺側(cè)開門故障進(jìn)行分析，指出其存在的設(shè)計缺陷，提出改進(jìn)方案，提高列車安全性。

1 故障說明

北京地鐵4號線車輛客室車門采用外掛密閉門［1］。通常，列車在進(jìn)站后均會按指令集控打開站臺側(cè)車門進(jìn)行乘降，而非站臺一側(cè)應(yīng)保持關(guān)閉狀態(tài)。但是，北京地鐵4號線曾發(fā)生一起列車非站臺側(cè)的一個車門，在未給出非站臺側(cè)開門指令的情況下打開，幸未發(fā)生人員墜落事故。

2 故障分析

車門系統(tǒng)的運動由門控制器控制、電機驅(qū)動。開門時，開門信號由信號設(shè)備自動產(chǎn)生或司機通過按鈕控制，經(jīng)信號線到達(dá)門控制器［2］，再由門控制器發(fā)給電機指令，電機驅(qū)動開門。

2.1 車門電路控制簡介

開門邏輯：零速信號線為高電平，開門指令線為高電平（含開門使能信號），關(guān)門指令線為低電平時，門控制器為車門電機提供電源，電機輸出轉(zhuǎn)矩，車門打開。

關(guān)門邏輯：零速信號線為高電平，開門指令線為低電平，關(guān)門指令線為高電平時，門控制器為車門電機提供電源，電機輸出轉(zhuǎn)矩，車門關(guān)閉。

2.2 故障排查

結(jié)合車門控制原理，分析非站臺側(cè)車門異常打開的原因有3種可能：開門指令線異常、電機電源線串電、門控制器故障。下面依次對上述可能原因進(jìn)行故障的分析和排查。

（1）開門指令線檢查

列車站停后，非站臺側(cè)僅打開了一個車門，因此，只需對開門指令線分支到該門的二極管D2（見圖1線圈標(biāo)注處）到門控制器這一段接線進(jìn)行檢查。通過檢查，確認(rèn)此段接線狀態(tài)良好。此外，門控制器上，開門指令線和零速信號線的位置相距明顯，出現(xiàn)串電的可能性較小，且實際觀察門控制器的接線排上也未見導(dǎo)致其可能短路的異物。

（2）電機電源線檢查

電機電源線為3根線組成（見圖1），門控制器為這3根電源線輸出脈沖信號，驅(qū)動電機工作。若3根電源線存在串電情況，應(yīng)為持續(xù)高電平，電機不會正常工作。檢查電機電源線也無異常，因此，排除了電機電源線串電可能。

（3）門控制器檢查

列車回車輛段后該故障車門保持打開狀態(tài)，檢查此時該車門的門控制器狀態(tài)指示燈狀態(tài)為：內(nèi)側(cè)開門指示燈一直閃爍，電機控制信號燈為常亮狀態(tài)。正常情況下，關(guān)門過程中內(nèi)側(cè)開門指示燈才會閃爍。

通過模擬操作各種開關(guān)門狀態(tài)，確認(rèn)當(dāng)內(nèi)側(cè)開門指示燈閃爍，同時電機控制信號燈常亮的狀態(tài)，只存在于關(guān)門延時過程和關(guān)門防擠壓打開后關(guān)門延時兩種狀況下，不存在上述門控制器兩個指示燈可以長時間保持的狀態(tài)，鑒于門控制器指示燈狀態(tài)顯示為門控制器內(nèi)部軟件程序控制，因此，推斷出現(xiàn)上述故障現(xiàn)象時，門控制器內(nèi)部程序已經(jīng)出現(xiàn)異常。

圖1 客室車門電路控制原理

綜合以上對故障的可能原因分析，可以判斷故障原因是由于門控制器程序運行異常所致，并且可以進(jìn)一步分析，采用同批次門控制器備件的列車同樣存在著非站臺側(cè)開門的故障可能。因此，為保障乘客絕對安全，避免列車車門異常打開時發(fā)生乘客或物品墜落事故，北京地鐵4號線當(dāng)即暫停裝有該批次門控制器備件的列車上線運營。

3 改進(jìn)方案分析

北京地鐵4號線作為北京市一條南北交通大動脈，為早晚高峰最繁忙的地鐵線路之一，列車停運會導(dǎo)致備用列車不足，影響正線列車需求。為盡快恢復(fù)停運列車，需要立即采取有效措施，保證異側(cè)車門非指令打開的故障不再發(fā)生，需要一個可以有效消除異常開門安全隱患，且能夠盡快實施的改進(jìn)方案，使列車恢復(fù)盡快投入運營。

3.1 改進(jìn)方案提出

改進(jìn)前車門打開的電路工作原理為：安全繼電器得電由硬線和DSP共同控制。零速信號線高電平時為安全繼電器正極線圈供電，同時DSP控制開關(guān)管Q1導(dǎo)通，安全繼電器得電，安全繼電器觸點閉合，POW＋和零速線此時均為安全繼電器正極供電，安全繼電器實現(xiàn)零速自保持功能，同時為逆變單元供電。當(dāng)安全繼電器得電后，若門控器接收到開門指令為高電平（含開門使能信號），同時關(guān)門指令為低電平狀態(tài)信息時，DSP則根據(jù)軟件邏輯，控制逆變單元為電機供電，執(zhí)行開門動作。見圖2。

現(xiàn)有車門開門電路存在的問題是：因為安全繼電器處于自保持得電狀態(tài)，使得其一直可以給逆變單元供電，如果此時門控制器軟件工作異常，錯誤地給DSP傳輸了開門指令，則就可能出現(xiàn)車門非指令打開的情況。因此，整改方案需要解決的問題：

一是控制門控制器得到零速信號的條件。實現(xiàn)只有當(dāng)開門側(cè)有開門信號時，零速信號才能有效給到門控器的功能，而非開門側(cè)無開門信號，零速信號也就不能給到門控器。

二是取消安全繼電器的自保持功能。實現(xiàn)在外部零速信號消失時，安全繼電器斷電，不再為逆變單元供電，這樣電機無電則無法動作。

圖2 整改前的門控制器內(nèi)部電路

三是由軟件控制安全繼電器方式改為由硬線直接控制。通過安全級別高的硬線來控制門控器內(nèi)的安全繼電器，實現(xiàn)只有獲得正確的開門指令（包括正確門使能），以及零速信號的車門側(cè)才可以開門，而未收到正確指令的車門則不執(zhí)行開門動作。

綜上，改進(jìn)方案具體為：

（1）外部電路改進(jìn)：增加一個互鎖繼電器。通過開門指令線得電控制繼電器的觸點閉合，將零速線與門控制器聯(lián)通，實現(xiàn)只有當(dāng)開門側(cè)有開門信號時，零速信號才能有效給到門控器的功能，增強開門的安全性。

2）內(nèi)部電路改進(jìn)：通過去除原電路中二極管D41（斷路）實現(xiàn)取消門控制器電路中的安全繼電器自保持電路；將零速、關(guān)門、開門硬線直接接入DSP，由安全級別高的硬線來控制安全繼電器。改進(jìn)后的門控制器整體電路見圖3。

3.2 比對分析

3.2.1 功能變動分析

（1）安全繼電器工作情況變化

安全繼電器得電條件變化。改進(jìn)前，只要零速信號線為高電平，列車兩側(cè)的所有門控制器都可以得到零速信號，控制電機電源的安全繼電器即工作，此時，如門控制器內(nèi)部程序工作異常，電機就可以打開車門；改進(jìn)后，零速信號在開門指令線未得電（包括正確的門使能）的情況下不能有效傳遞給對應(yīng)的門控制器，安全繼電器不工作，此時，即使門控制器工作異常，也不會出現(xiàn)異側(cè)開門情況。

安全繼電器自保持功能取消。改進(jìn)前，控制電機電源的安全繼電器具有自電路保持功能，在硬線零速線高電平后安全繼電器工作，在零速信號丟失后，門控制器內(nèi)部可控制繼電器保持吸合狀態(tài)，直至車門動作完畢；改進(jìn)后，取消了安全繼電器的自保持功能，安全繼電器仍由硬線零速線控制，但在零速信號丟失后，電機也將隨之?dāng)嚯姟?/p>

圖3 改進(jìn)后的車門控制電路

（2）電機3 min堵轉(zhuǎn)功能變化

改進(jìn)前，列車有零速信號時，在開關(guān)門過程中，若檢測到關(guān)或鎖到位開關(guān)故障（電機位置傳感器檢測到車門實際為打開，但關(guān)或鎖到位開關(guān)未釋放），車門會立即執(zhí)行關(guān)車門動作，并保持電機堵轉(zhuǎn)，持續(xù)輸出關(guān)門力，保證該門處于關(guān)門狀態(tài)，門控制器不再接收外部指令，此后，即使列車動車（零速信號丟失），電機仍會處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。改進(jìn)后，發(fā)生上述情況時，一旦列車啟動（零速信號丟失），安全繼電器不能持續(xù)給電機供電，電機堵轉(zhuǎn)功能消失。

（3）開關(guān)門情況變化

改進(jìn)前，開門后列車零速丟失，此時，重新投入零速，按壓關(guān)門按鈕，車門即可關(guān)閉；改進(jìn)后，若開門后零速丟失，安全繼電器失電，此時，除重新投入零速外，必須先按開門按鈕，使安全繼電器得電后，再按關(guān)門按鈕，車門才可關(guān)閉。

3.2.2 安全性分析

（1）車門動作

改進(jìn)前，只要安全繼電器得電后一直保持得電狀態(tài)，不管外部零速信號消失與否，在現(xiàn)有門控制器軟件工作異常情況下，都存在非指令開門的安全隱患；改進(jìn)后，沒有門使能和開門指令，非站臺側(cè)的車門電機不可能得電，且一旦外部零速消失，安全繼電器即斷電，車門不可能動作，安全性提升。

（2）電機堵轉(zhuǎn)功能

改進(jìn)前，列車在站臺啟動電機堵轉(zhuǎn)功能后，列車啟動后，電機堵轉(zhuǎn)功能仍然保持，保證車門關(guān)閉；改進(jìn)后，列車在站臺啟動電機堵轉(zhuǎn)功能后，列車啟動運行后丟失零速，電機堵轉(zhuǎn)功能消失。依據(jù)現(xiàn)有列車設(shè)計，只有關(guān)到位和鎖到位開關(guān)同時故障時，列車才可能動車。三重意外事件（關(guān)到位故障、鎖到位故障、站停時電機堵轉(zhuǎn)功能不啟動）不可能同時發(fā)生，對列車安全性沒有影響。

4 結(jié)論及建議

（1）出現(xiàn)異側(cè)車門非指令打開故障的原因是門控制器內(nèi)部程序運行異常所致，車門經(jīng)過上述改進(jìn)后，只有在獲得正確門使能，開車指令，以及零速的車門側(cè)才可能打開，即使門控制器程序運行異常，也不會出現(xiàn)車門異側(cè)打開故障，從而保證列車運營安全。

2015年初，北京地鐵4號線車門改造工作全部完成，改造后的車門未再次出現(xiàn)此故障，保障了正常的運營服務(wù)及客流組織［3］，以及乘客的乘坐安全。

（2）建議廠家對故障門控制器做進(jìn)一步分析，找到軟件運行異常的根本原因，更有效地提高車門安全性。

［1］ 徐洪春.北京4號線地鐵車輛車門系統(tǒng)［J］.鐵道車輛，2011，49（7）：17-19.

［2］ 夏 軍，劉 萍，任金寶.逆向FTF法在地鐵車門故障分析中的應(yīng)用［J］.機械設(shè)計與制造，2014，（3）：47-49.

［3］ 彭有根.廣州地鐵3號線列車車門故障分析與改進(jìn)［J］.電力機車與城軌車輛，2009，32（2）：53-54.

Abstract：The safety and reliability of train door，as an important channel for passengers on and off the train，related to the personal safety of passengers，is particularly important.Through the analysis of the reasons for the failure of the non platform side door＇open fault of Beijing metro line 4 in this paper，it＇s be confirmed that there is the design defects of the existing door control circuit.And then，the corresponding rectification solution for the defects is proposed.Further，the door function and safety performance changes are compared and analyzed on the implementation of the reform program before and after，in order to make sure the improvement effect is good.The rectification could completely eliminate the hidden trouble of the non platform side door＇open fault and effectively improve the safety of train operation.

表1 制動夾鉗單元主要性能對比

參考文獻(xiàn)

［1］ 韓曉輝，李繼山，李業(yè)明，趙春光.和諧號動車組機車制動裝置［J］.鐵道機車車輛，2011，31（5）：52-54.

Improvement Analysis of Train Door Fault for Beijing Metro Line 4

DING Xinfan
（Beijing MTR Corporation Limited，Beijing 100068，China）

metro；non platform side；fault；improvement

Design of Brake Caliper Unit for 350 km／h High-speed EMU

LI Yeming1，2
（1 Locomotive＆Car Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China；2 Beijing Zongheng Electro-mechanical Technology Development Co.，Beijing 100094，China）

The foundation brake rigging is used as the unique safety guarantee when other brake types are failed，and its performance and function directly affect the state of braking system.The brake caliper unit as the key component of the foundation brake rigging，is crucial to the safety of the train operation.The paper introduces the design and development of the brake caliper unit with independent intellectual property rights for 350 km／h high speed EMU.

U239.5

A

10.3969／j.issn.1008－7842.2016.06.26

1008－7842（2016）06－0101－04

5—）女，工程師（

2016－06－12）

Key words：EMU；brake caliper unit；foundation brake rigging；brake cylinder