地铁车辆牵引力输出信号易受干扰问题的分析及对策

摘要：针对南京地铁南延线列车在运营初期存在的ATO驾驶牵引力弱的问题进行原因分析，明确牵引力输出信号电流环内电流易受干扰，并提出相应对策。通过在牵引力输出信号电流环内增加继电器，分成两路分别控制ATO驾驶和手动驾驶的牵引力信号，以及改并联电流输入为串联的方式，可有效消除电流干扰，提高牵引力输出的精确性。

关键词：地铁车辆；牵引力；电流环；干扰

0 引言

南京地铁一号线南延线2010年5月开通运营，运营初期，部分列车采用ATO模式驾驶时不能达到目标速度，例如牵引指令持续存在，但速度到10km/h左右以后不再升高，与ATC推荐速度相差甚远。这种情况给地铁正线运营造成了严重影响，列车无法自动驾驶，全程由司机手动驾驶，不仅司机疲劳程度增大，也容易出现停车对标不精确、限速区间超速行驶导致紧急制动等问题，无形中提高了运输组织的难度。

实际上，发生ATO驾驶牵引力弱的列车，在正线采用手动模式驾驶时可以运行至80km/h的设计最高时速，实现参照ATC推荐速度运行。这表明车辆牵引设备功能完全正常，足以保证提供列车运营需要的牵引动力。经过数据采集与分析，我们发现牵引力输出传送到牵引设备的过程存在异常。

1 列车牵引力执行原理

南京地铁一号线南延线车辆由法国ALSTOM公司设计、南车南京浦镇车辆有限公司生产。列车实现牵引功能所需牵引力的传输有三种途径：1.ATO驾驶模式；2.非ATO驾驶模式（包括手动、限速以及洗车模式）；3.救援模式。设计思路与控制方式如图1所示。

选择ATO驾驶，则相应继电器得电，将信号输入ATC系统，车辆运行的牵引、制动指令及要求的力均由ATC输出至列车控制网络的两个远程输入输出模块RIOM，再经过网络传递给牵引控制电子PCE。选择非ATO驾驶，司机的操作由主控制器转化并输出，牵引、制动指令以硬线连接的方式直接传递给PCE，而要求的力则转化成电流信号，输出至两个RIOM和编码器，此时PCE以RIOM经过网络传递的信号为准，编码器输入的PWM信号传递至MPU，用于判断编码器是否正常工作。以上两种方式在列车控制网络正常时运用，一旦列车控制网络出现故障，必须使用救援模式，仅保留编码器采集的牵引力电流信号，形成PWM信号传递给PCE。

2 牵引力输出信号受干扰分析及解决方案

分析牵引力输出传送到牵引设备的过程，牵引要求的力的信号无论是由ATC发出，还是由主控制器发出，均以电流信号的形式传送。牵引力输出信号电流环的原理图如图2所示，电流流向的输入设备中，编码器接收电流信号，直接采集4-20mA的电流，RIOM和EVR（事件记录仪）则通过电阻将电流信号转化为电压信号采集。

1.1 消除电流环内泄漏电流

牵引力输入电流环传送的电流量，经过A/D转换、网络传输、D/A转换等数字信号处理形成牵引力的大小，泄漏电流的存在将直接影响牵引力的准确性。作为地铁车辆网络控制系统的远程输入输出模块，RIOM由两个模拟输入通道分别采集来自ATC和主控制器的牵引力信号，尽管两路不存在同时导通，当一路导通时，另一路断开，即呈现高阻状态，仍存在漏电流对导通的那一路产生影响。针对ATO驾驶牵引力弱问题，我们选择几列车通过软件监测到RIOM通过网络传输的实际牵引力较正常值均小，又通过测量ATC输入至RIOM的电流进一步确认电流输出存在一些泄露，使信号有所衰减。当断开来自主控制器的一路信号时，ATC输出电流值基本能够符合牵引力与正常电流对应的关系。

经过反复验证比较，确定了一套电流环整改方案，如图3所示。主控制器输入至RIOM和EVR的电压信号采集终端串入一组继电器的常闭辅助触点，该继电器线圈在列车使用ATO自动驾驶时得电，根据功能命名为AMR2。由电路图可知，当选择ATO驾驶时，AMR2常闭触点断开，即切断了来自主控制器的牵引力输入，RIOM只接收来自ATC系统的信号。按照此方案南延线21列车全部进行整改，改善了电流环存在泄漏电流的问题。

1.2 改进牵引力电流环控制方式

但是，上述将ATO与非ATO驾驶牵引力信号分隔开的整改方式并未完全解决牵引力受干扰的问题。整改后的列车，选择手动驾驶时仍然有零点漂移约0.3V的现象，分别单独测量主控制器至RIOM1A、RIOM2A、EVR的电压，均正常，一旦将EVR的输入信号接入电流环，则出现零点漂移。为了更有效的提高牵引力输出精确性，在上述整改方案的基础上又提出将电流环并行输入的连接形式，改为将ATC和主控制器输出的力放入同一个电流环中，通过RIOM和编码器可同时选择性记录来自两者的力，而且将电阻合一运用更能提高电流环的准确度。

最终的整改方案如图4所示，AMR在ATC和主控制器之间加入，通过AMR2的切换令两路电流环分别通过同一个电阻输入至RIOM和EVR。经过验证测试，可以满足ATO驾驶和非ATO驾驶不同模式下的牵引力传输需求，推广至21列车完成接线整改工作后进行试车线动态调试，牵引力传输信号都可以满足，正线运用情况正常。此方案不仅提高了牵引力输出信号的精度，也实现了将ATC输出牵引力记录在EVR中的功能，增大了EVR事件记录仪的使用效益，便于今后对列车ATO驾驶情况进行分析。

3 结语

牵引力输出信号分别来自ATC系统和主控制器的设计结构，在一定程度上易受干扰，电流环内存在的泄漏电流导致ATO驾驶无牵引力的重大故障，这是在设计时对RIOM和EVR等设备性能掌握不足，以及缺乏足够的试验验证造成的。经过技术分析与整改，有效提高了牵引力的精确性，为列车平稳准点运营提供基础保障。