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摘要：文章基于沈阳地铁2号线车载系统，分别介绍了信号车载系统的主要功能、组成部分，以及信号车载系统驾驶模式及驾驶模式之间的转换，从安全、高效、合理的角度综述了沈阳地铁2号线车载系统。
关键词：系统功能；车载系统组成；驾驶模式
中图分类号： U231+.3文章标识码：A
车载系统的关键设备就是安装在列车司机室机柜中的车载控制器（CC），该子系统包括一个安全的带数字式输入/输出控制器的三取二处理器。该子系统负责根据轨旁区域控制器（ZC）提供的信息确定列车位置、监控列车速度、确保必要的合适的制动顺序、管理列车控制模式并控制列车。
1 车载系统的主要功能
车载系统的功能是由车载控制器CC来实现的，主要是列车自动防护（ATP）功能，其详细功能如下：(1)确定安全的列车位置及速度；（2）安全的列车超速防护；（3）安全的列车紧急制动；（4）安全的列车停靠客运站台；（5）安全的列车方向控制；（6）安全与非安全乘客上下门控制（列车与站台）；（7）CBTC运行模式；（8）无线数据通信；（9）安全的后溜與前溜防护。[1]
2 车载系统的组成
车载系统主要由以下几部分组成：车载控制器机架、列车司机显示器、移动通信单元、应答器和查询器、速度传感器、模式选择开关、加速度计等。如图1所示。
图1 车载系统的组成
2.1 车载控制器机架
沈阳地铁2号线车载控制器安装在司机室的机柜内，每个机架都安装固定在锁扣装置上每个车载控制器都有:一个移动无线电（MR）、一个查询应答器（TI）、两个列车自动防护和运行（ATP/ATO）机笼、一个风扇、三个安全继电器、两个模拟加速计、一个电源条件板（BCB）、两个数字加速计、以及多个连接器（用于连接列车各系统）。[2]
2.2 列车司机显示器
列车司机显示器（TOD）是列车操作控制台的一部分，提供驾驶员和车载控制（CC）系统之间的人机交换界面，TOD将显示整个列车驾驶信息，包括车次号、车体号、驾驶速度、驾驶命令、驾驶模式、目标速度/距离、停车距离、下站距离、停发车指示信息、列车制动施加信息、CC被旁路信息、列车运行状态信息、实时行车消息和日志信息。如图2所示。
图2 列车司机显示器
2.3 移动通信单元
车载数据通信系统(DCS)的主要功能由移动无线单元（MR）及MR天线执行。一个CC机架包含一个移动无线单元，用于车载和轨旁设备间的数据传播。移动无线单元（MR）与ATP和ATO机笼之间通过两个独立的以太网连接。以太网交换器通过双绞线提供端对端网络通信，所有列车设备均可通过车载以太网络进行连接。如图3所示。
图3 车载网络
2.4 查询器和应答器
应答器（信标）沿道床而设，这些设备有的是无源的（静态），有的是有源的（动态），只有在接收到安装于列车上的查询应答器（TI）天线的信号之后才会被激活，一旦查询到，信标即向列车传输识别信息，列车上的查询应答器（TI）使用已存储的轨道数据库将这些数据映射至道床的具体位置。[3]
每个司机室包含一个TI（安装在CC机架内），一个TI天线（安装在列车下部），一个TI包含一个RS-232C接口、一个STROBE和RF信号机输入/输出接口、一个同轴电缆接口以及一个电源接口。
信标读取器使用两个不同的通道来提供信息给车载控制器：一个指示开/关状态的电磁场强度信号和一个数据的串口连接。串口连接也提供诊断信息通道以便CC能够监视信标读取器的状态。除此之外，车载控制器将会关联来自读取器的诊断信息，磁场强度信号和关于信标正在读取的信息来判断信标读取器是否故障。
2.5 速度传感器
速度传感器就是对列车速度进行检测，并将实时数据传给列车进行实时运算。每一个车头安装两个DF16循环脉冲发生器及其配套的连接器和节点。速度传感器安装在拖车车厢的非动力轴上。
随着车轮轮齿的转动，当传感器经过轮齿的时候会输出数字脉冲。这些脉冲由硬件计数器来计数，从而可以在给定周期内测试速度。速度传感器经过多次现场使用并且被证明是非常可靠的。设备的配置和传感器的数量针对不同应用可能不同，并且车轮每转一圈的能够输出脉冲数量也与速度传感器的通道数量有关，与输出通道之间的相位差（如何把各个通道的输出整合在一起来提高分辨率）也有关系。沈阳地铁2号线所采用的速度传感器包含六个独立通道，分为三组。每组中的两条通道存在90度的相位差，三组彼此独立（独立的电源、独立的机械结构）。两个速度传感器将安装在两个不同的轴上。他们采用独立的方法测量列车的位移和速度。即使其中一个速度传感器部分失效但其它车载组件工作正常时，CC将继续正常工作。
2.6 模式选择开关
模式选择开关由两种：模式开关1为驾驶模式选择开关、模式开关2为CC旁路开关。驾驶模式选择开关由5种：RM模式、IATP模式、ATP模式、ATB模式、ATO（AM）模式。驾驶员可以用模式选择开关选择各种驾驶模式行车。CC旁路开关由两种模式选择，当选择NOR模式时表示列车CC正在使用未被旁路，当选择NRM模式时表示当前列车CC已经被旁路。如图4所示。
图4 模式选择开关
2.7 加速度计
加速度计，安装于CC机柜的底部，包括两个数字加速度计和两个模拟加速度计，加速度计是对列车的空转打滑进行监督和补偿。当列车出现空转和打滑时，CC会根据加速计上的实际加速或减速率计算的速度值作为现有速度，并且在经过并检测到信标后，列车的位置将得到校正。因加速度计由不同制造商制造且工作方式不同，所以两个加速度计同时出现故障的可能性很小。
加速度计分为两套，每套有两个不同的加速度计。两套设备为了提供高可用性。每套加速度计会做一个比较，以确认输出的有效性。当空转/溜车开始时，CC使用空转/溜车开始前的速度，利用加速度仪进行补偿来计算当前的速度和位置。一旦空转/溜车结束，速度和位移的测量将切换回速度传感器负责。
3 驾驶模式和转换
沈阳地铁2号线列车共有6种驾驶模式，即5种车载信号驾驶模式和一种非受限人工模式，在此对6种驾驶模式的建立条件及其转换做进一步的介绍。
3.1 驾驶模式的建立条件
每种车载信号驾驶模式的建立都是要具备一定的条件的，在这里以最复杂的ATO(AM)驾驶模式为例做一下介绍。如表1所示。
表1 ATO（AM）模式的建立条件
3.2 驾驶模式转换
沈阳地铁二号线的几种驾驶模式之间是可以相互转换的，除了具备模式建立条件之外，驾驶模式之间的转换分为停车转换和不停车转换。比如ATO(AM)和ATPM之间的相互模式转换就可以不用停车，直接进行模式转换，从IATP模式转换到ATPM模式可以不用停车，直接转换，但是从ATPM模式转换到IATP模式就必须要停车之后才能转换。在表2列出了6种驾驶模式之间的转换停车与否的条件。[4]
表2驾驶模式之间的转换
4 结语
沈阳地铁2号线信号车载子系统依照设计要求，安全有效地实现了列车安全运行需求，保证了列车运
行过程中故障导向安全的原则。
参考文献
[1]徐炜.城市轨道交通定位系统[J].铁路通信信号工程技术，2009.
[2]沈阳地铁集团有限公司.沈阳地铁二号线一期工程信号车载子系统技术规格书，2011.
[3]曾小清，王长林，张树京.基于通信的轨道交通运行控制[M].同济大学出版社，2007.
[4]林瑜筠.城市轨道交通信号.中国铁道出版社，2009.07.
关键词：系统功能；车载系统组成；驾驶模式
中图分类号： U231+.3文章标识码：A
车载系统的关键设备就是安装在列车司机室机柜中的车载控制器（CC），该子系统包括一个安全的带数字式输入/输出控制器的三取二处理器。该子系统负责根据轨旁区域控制器（ZC）提供的信息确定列车位置、监控列车速度、确保必要的合适的制动顺序、管理列车控制模式并控制列车。
1 车载系统的主要功能
车载系统的功能是由车载控制器CC来实现的，主要是列车自动防护（ATP）功能，其详细功能如下：(1)确定安全的列车位置及速度；（2）安全的列车超速防护；（3）安全的列车紧急制动；（4）安全的列车停靠客运站台；（5）安全的列车方向控制；（6）安全与非安全乘客上下门控制（列车与站台）；（7）CBTC运行模式；（8）无线数据通信；（9）安全的后溜與前溜防护。[1]
2 车载系统的组成
车载系统主要由以下几部分组成：车载控制器机架、列车司机显示器、移动通信单元、应答器和查询器、速度传感器、模式选择开关、加速度计等。如图1所示。
图1 车载系统的组成
2.1 车载控制器机架
沈阳地铁2号线车载控制器安装在司机室的机柜内，每个机架都安装固定在锁扣装置上每个车载控制器都有:一个移动无线电（MR）、一个查询应答器（TI）、两个列车自动防护和运行（ATP/ATO）机笼、一个风扇、三个安全继电器、两个模拟加速计、一个电源条件板（BCB）、两个数字加速计、以及多个连接器（用于连接列车各系统）。[2]
2.2 列车司机显示器
列车司机显示器（TOD）是列车操作控制台的一部分，提供驾驶员和车载控制（CC）系统之间的人机交换界面，TOD将显示整个列车驾驶信息，包括车次号、车体号、驾驶速度、驾驶命令、驾驶模式、目标速度/距离、停车距离、下站距离、停发车指示信息、列车制动施加信息、CC被旁路信息、列车运行状态信息、实时行车消息和日志信息。如图2所示。
图2 列车司机显示器
2.3 移动通信单元
车载数据通信系统(DCS)的主要功能由移动无线单元（MR）及MR天线执行。一个CC机架包含一个移动无线单元，用于车载和轨旁设备间的数据传播。移动无线单元（MR）与ATP和ATO机笼之间通过两个独立的以太网连接。以太网交换器通过双绞线提供端对端网络通信，所有列车设备均可通过车载以太网络进行连接。如图3所示。
图3 车载网络
2.4 查询器和应答器
应答器（信标）沿道床而设，这些设备有的是无源的（静态），有的是有源的（动态），只有在接收到安装于列车上的查询应答器（TI）天线的信号之后才会被激活，一旦查询到，信标即向列车传输识别信息，列车上的查询应答器（TI）使用已存储的轨道数据库将这些数据映射至道床的具体位置。[3]
每个司机室包含一个TI（安装在CC机架内），一个TI天线（安装在列车下部），一个TI包含一个RS-232C接口、一个STROBE和RF信号机输入/输出接口、一个同轴电缆接口以及一个电源接口。
信标读取器使用两个不同的通道来提供信息给车载控制器：一个指示开/关状态的电磁场强度信号和一个数据的串口连接。串口连接也提供诊断信息通道以便CC能够监视信标读取器的状态。除此之外，车载控制器将会关联来自读取器的诊断信息，磁场强度信号和关于信标正在读取的信息来判断信标读取器是否故障。
2.5 速度传感器
速度传感器就是对列车速度进行检测，并将实时数据传给列车进行实时运算。每一个车头安装两个DF16循环脉冲发生器及其配套的连接器和节点。速度传感器安装在拖车车厢的非动力轴上。
随着车轮轮齿的转动，当传感器经过轮齿的时候会输出数字脉冲。这些脉冲由硬件计数器来计数，从而可以在给定周期内测试速度。速度传感器经过多次现场使用并且被证明是非常可靠的。设备的配置和传感器的数量针对不同应用可能不同，并且车轮每转一圈的能够输出脉冲数量也与速度传感器的通道数量有关，与输出通道之间的相位差（如何把各个通道的输出整合在一起来提高分辨率）也有关系。沈阳地铁2号线所采用的速度传感器包含六个独立通道，分为三组。每组中的两条通道存在90度的相位差，三组彼此独立（独立的电源、独立的机械结构）。两个速度传感器将安装在两个不同的轴上。他们采用独立的方法测量列车的位移和速度。即使其中一个速度传感器部分失效但其它车载组件工作正常时，CC将继续正常工作。
2.6 模式选择开关
模式选择开关由两种：模式开关1为驾驶模式选择开关、模式开关2为CC旁路开关。驾驶模式选择开关由5种：RM模式、IATP模式、ATP模式、ATB模式、ATO（AM）模式。驾驶员可以用模式选择开关选择各种驾驶模式行车。CC旁路开关由两种模式选择，当选择NOR模式时表示列车CC正在使用未被旁路，当选择NRM模式时表示当前列车CC已经被旁路。如图4所示。
图4 模式选择开关
2.7 加速度计
加速度计，安装于CC机柜的底部，包括两个数字加速度计和两个模拟加速度计，加速度计是对列车的空转打滑进行监督和补偿。当列车出现空转和打滑时，CC会根据加速计上的实际加速或减速率计算的速度值作为现有速度，并且在经过并检测到信标后，列车的位置将得到校正。因加速度计由不同制造商制造且工作方式不同，所以两个加速度计同时出现故障的可能性很小。
加速度计分为两套，每套有两个不同的加速度计。两套设备为了提供高可用性。每套加速度计会做一个比较，以确认输出的有效性。当空转/溜车开始时，CC使用空转/溜车开始前的速度，利用加速度仪进行补偿来计算当前的速度和位置。一旦空转/溜车结束，速度和位移的测量将切换回速度传感器负责。
3 驾驶模式和转换
沈阳地铁2号线列车共有6种驾驶模式，即5种车载信号驾驶模式和一种非受限人工模式，在此对6种驾驶模式的建立条件及其转换做进一步的介绍。
3.1 驾驶模式的建立条件
每种车载信号驾驶模式的建立都是要具备一定的条件的，在这里以最复杂的ATO(AM)驾驶模式为例做一下介绍。如表1所示。
表1 ATO（AM）模式的建立条件
3.2 驾驶模式转换
沈阳地铁二号线的几种驾驶模式之间是可以相互转换的，除了具备模式建立条件之外，驾驶模式之间的转换分为停车转换和不停车转换。比如ATO(AM)和ATPM之间的相互模式转换就可以不用停车，直接进行模式转换，从IATP模式转换到ATPM模式可以不用停车，直接转换，但是从ATPM模式转换到IATP模式就必须要停车之后才能转换。在表2列出了6种驾驶模式之间的转换停车与否的条件。[4]
表2驾驶模式之间的转换
4 结语
沈阳地铁2号线信号车载子系统依照设计要求，安全有效地实现了列车安全运行需求，保证了列车运
行过程中故障导向安全的原则。
参考文献
[1]徐炜.城市轨道交通定位系统[J].铁路通信信号工程技术，2009.
[2]沈阳地铁集团有限公司.沈阳地铁二号线一期工程信号车载子系统技术规格书，2011.
[3]曾小清，王长林，张树京.基于通信的轨道交通运行控制[M].同济大学出版社，2007.
[4]林瑜筠.城市轨道交通信号.中国铁道出版社，2009.07.