李铁 李雨 陈泽众 王国庆 林浩
中车大连机车车辆有限公司 辽宁省大连市 116022
摘要 中低速磁浮列车不具备轮对结构，许多技术的成熟的城轨测速手段并不适用，保证速度信号的准度与精度尤为重要。本文提到的双测速系统车辆控制方案充分规避了速度信号存在误差的情况，四路速度通道相互对比冗余，包含网络模式与应急模式下的控制策略。
关键词 中低速磁浮列车 多普勒雷达 交叉环线 强制速度模式
1 前言
城市轨道交通测速系统是列车重要的安全保障，其性能的精度与实时性直接影响列车的牵引运行以及自动防护系统的安全性。目前列车测速系统形式多样，产品相对成熟，目前常用的测速系统有车轮脉冲发生器、光脉冲发生器、霍尔效应传感器、多普勒雷达传感器等。
中低速磁浮列车作为近年来大热的新型式城轨交通工具，行驶时车辆起浮与轨道无接触，由于不具备轮轨结构、采用直线电机作为牵引手段等独特性，许多技术成熟的轮对测速工具不适用于此车型，因此可供中低速磁浮列车选择的测速手段较少，通常包括多普勒雷达传感器、轨间电缆、交叉感应环线、测速信标等。目前中低速磁浮列车测速多采用单测速系统双通道冗余方案，当某速度通道出现故障时，剩余一路速度信号依然满足控车需求；但当前采信速度信号准度出现偏差如丢包等现象时，列车牵引系统无法辨别，依然使用问题速度进行控车，进而对牵引控制产生了影响。考虑到中低速磁浮采用的测速工具应用不如轮对测速工具广泛，一种可靠的测速系统控制方案对于列车安全性来说极为重要。
2 设计方案
针对中低速磁浮列车单测速系统双通道方案现有的不足，本文提到的控制方案在此基础上增加一套测速系统，两种速度信号同时参与列车牵引制动控制，且当某一速度通道发生故障时具备一定的冗余能力保证列车正常运行的功能。
方案具体如下：一种中低速磁浮列车双测速系统车辆控制方案，列车包含两种测速系统，两种110V脉冲速度信号采取一主一从方式同时参与列车控制，DCU（列车传动控制单元）实时对比同一测速系统两路速度信号以判断其准确性，TCMS（列车网络控制系统）根据DCU速度值反馈及故障信息选择当前主要车辆控制速度信号，并具备无需停车即可切换速度信号的功能。其中：
两种测速系统在两端头车各装有一套设备，每种测速系统可提供两路速度信号，共四路速度信号。两路速度信号相互对比，两种速度信号相互冗余。车辆设置速度模式开关，包括两种速度模式强制位和DCU自主选择位，在网络模式（TCMS正常工作），速度强制位下DCU强制执行，DCU自主选择位下DCU将速度值反馈给TCMS，TCMS将获取的速度值用于逻辑判断、速度显示与里程累积；在应急模式（TCMS故障不工作），采用DCU自主选择位。
在网络模式，若两种速度信号或当前选择速度两路信号差值过大，牵引逆变器停止运行，DCU将故障信息发送给TCMS,由TCMS发出速度模式切换指令，并重启牵引逆变器；在应急模式，若两种速度信号差值过大，屏蔽四路速度信号中异常值，取剩余路速度值平均值车辆控制；若当前选择速度两路信号差值过大，DCU及牵引逆变器则自行完成停机、切换速度模式和重启的过程。
3 方案实例
本方案中选用的中低速磁浮列车双测速系统分别为交叉环线测速系统和多普勒雷达系统。交叉环线测速系统在轨道上铺设交叉环线，车上要安装发送或接收装置．交叉环线是铺于磁悬浮列车轨道上的用于列车定位测速和数据传输的各种电缆，通过和列车上的感应线圈的电磁耦合，交叉环线可以提供连续的位置和速度测量。该测速定位系统由地面站子系统、编码电缆子系统、车载子系统三部分组成。上电后，各地面站不间断的向编码电缆发射地址载波和相位测速载波，运行中的机车通过天线箱接收载波，车上的地址检测器周期解码还原出机车所在绝对位置，并将变化的地址变换成列车运行的速度，再经高速光隔离串口送到列车。
与此同时，地址检测器通过不间断的检测电缆上的相位测速载波，在列车每行驶 产生速度脉冲并通过信号接口板送给列车控制系统，具有适应能力强，不受天气、环境等因素干扰、通讯可靠，误码率低等优点。多普勒雷达的理论基础是时间，波是由频率及振幅所构成，而无线电波是随着波而前进的。当无线电波在行进的过程中，碰到物体时，该无线电波会被反射，而且其反射回来的波，其频率及振幅都会随着所碰到的物体的移动状态而改变。若无线电波所碰到的物体是固定不动的，那么所反射回来的无线电波其频率是不会改变的。然而，若物体是朝着无线电线发射的方向前进时，此时所反射回来的无线电波会被压缩，因此该电波的率频会随之增加；反之，若物体是朝着远离无线电波传播方向行进时，则反射回来的无线电波，其频率则会随之减小。
测速系统将实时速度信号分别发送至DCU和TCMS，DCU接收DC110V脉冲速度信号，采用M法即单位时间内的脉数换算成频率的方法测速，滤波后用于列车牵引控车；TCMS接收RS485速度信号，该速度信号仅用于网络实时监测，不参与逻辑控制。本实例提到的中低速磁浮列车为三编组（+Mc-M-Mc+）制式，每节头车分别装有交叉环线车载系统及多普勒雷达各一套，每台测速工具提供一路脉冲输出信号和一路RS485输出信号，整车共有4路脉冲输出信号和4路RS485输出信号。下图为双测速系统原理图，具体速度控制方案如下：
1）中低速磁浮列车为三编组全动车制式，全车装有3个DCU，DCU采用主从模式，具备信息交互、逻辑判断等功能；采用多普勒雷达与交叉环线两种测速系统，两路速度信号相互对比，两种速度信号相互冗余。车辆司机室设置速度模式开关，包含3个模式：A\B\0。A模式代表交叉环线强制模式；B模式代表多普勒雷达强制模式；0代表DCU自主选择模式（DCU上电默认模式为A模式）。
列车速度信号控制原则分为网络模式和应急模式，网络模式下：速度模式开关通过硬线将所选模式发至TCMS，由TCMS综合逻辑后下发3个DCU。在强制模式下，TCMS将强制模式下发3个DCU执行。由3个DCU将选取模式下的模式、速度值反馈给TCMS，TCMS将获取的3个速度值用于逻辑判断、速度显示与里程累积；应急模式下，DCU采用自主选择模式。
2）DCU同时采集2种测速系统4通道速度值，并分别对各系统的2路速度进行实时对比。DCU速度模式切换原则具体如下：
网络模式下：当A/B模式的平均速度差大于5km/h，DCU向TCMS发送故障信号，同时牵引逆变器停止运行，等待TCMS指令。在当前使用的A/B模式下，若2个速度通道的速度差大于3km/h，DCU向TCMS发送B/A模式切换请求，同时牵引逆变器停止运行，等待TCMS指令。当DCU收到TCMS模式切换指令A/B时，逆变器停止运行，切换速度模式，并重新启动牵引逆变器。
应急模式下：当A/B模式的平均速度差大于5km/h，抛弃异常值，采用剩余路平均值进行车辆控制。在当前使用的A/B模式下，若2个速度通道的速度差大于3km/h，DCU逆变器停止运行，切换速度模式，并重新启动牵引逆变器。
图1 双测速系统原理图
4 结论
本文提到的中低速磁浮列车双测速系统车辆控制方案采用两种测速系统四速度通道模式，通过同测速系统及不同测速系统间的数值对比，保证车辆实时采信准度与精度高的速度信号以用来控车。本方案提供一种速度信号控车思路，不限于涉及到的交叉环线测速系统以及多普勒雷达此两种测速手段，任何适用于中低速磁浮列车的测速工具均可满足；轮对测速系统相对成熟、应用业绩多，轮对列车通常采用单测速系统控车、另一测速系统监测对比的模式，如有需要，本双测速系统车辆控制方案依然适用于其他形式城轨车辆。
参考文献
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