关键词：储能式有轨电车 受电弓 信标
0引言
国内某有轨电车项目在启用自动升降弓功能后，多列车在起点站折返时频繁出现受电弓在列车出站后自动升起的故障。该项目为储能式有轨电车，列车使用牵引蓄电池提供动力，运营线路除每个停靠站台外，均无接触网。其受电弓设计成在运营过程中保持在落弓状态，进站后自动升起，从站台内的接触网上接受750V直流高压进行充电，利用停靠时间补充电量，重新动车后受电弓在列车驶出站台区域前自动落下并一直保持到下一站台，该设计要求在折返站同样适用。
1自动升降弓的工作原理
1.1列车定位系统
列车实现进站自动升弓，出站自动降弓功能，需要以列车的精准定位为基础。目前有轨电车常用的定位手段有GPS定位、信标定位、通信环线定位，计轴定位等，其中信标定位由于在满足了定位精度需求的基础上，兼具了低成本、易安装的特点，被广泛运用在有轨电车上[1][2]。
本有轨电车项目使用了TagMaster公司生产的工业级阅读器，包含信号阅读器以及标签卡。信号阅读器使用2.45GHz 频带读卡，除了读卡功能外，阅读器还能将信息写入读写卡，阅读器内有一个内置的、与ID 标签卡进行通讯的天线，并有多个用来联络主计算机的串行接口，ID 标签卡携带身份信息，能被阅读器远距离识别。实际读卡距离取决于阅读器类型、标签卡、阅读器设置值和环境条件。具体安装方式如下：信号阅读器安装于列车两端车顶，天线上方无遮挡物，如图一所示：
标签卡安装于站台遮雨棚边缘处或轨道正上方的支架上，如图二所示：
标签卡采用半被动设计并配有一个小功率电池为内置芯片供电，保证连续响应阅读器的信号，寿命可达十年，每个标签卡内都有通过软件预先写入的独一无二的地址信息。每个站台安装两个标签卡，分别为Tag A与Tag B，接收到Tag A的信号表示列车已到达进站口，需要升弓，接收到Tag B的信号表示列车已到达出站口，需要降弓。
信号阅读装置通过天线持续向外发出无线电波，标签卡接收并反射回包含地址信息的无线电波，由阅读器识别并转发给列车控制系统，据此判断列车到达了哪一站的进站口或出站口。
1.2自动升降弓
当列车以低于30KM/H的速度到达进站口，收到Tag A信号后，列车控制系统根据列车速度决定在若干秒后自动发出升弓命令升弓充电；列车到达出站口，收到Tag B信号，控制系统根据列车速度决定在若干秒后自动发出降弓命令降弓，如图三所示：
2故障分析
2.1列车受电弓信号分析
该有轨电车线路有始发起点站Q与终点站A两个折返站。列车在A站台折返时受电弓动作一切正常，仅在Q站台出现异常升弓。故使用监控软件对列车在这两个站台从进站前到进站停车，再到换端折返，最后出站的整个过程中受电弓相关信号进行多次的测试记录，结果如图四所示，存在两种情况：
其中在A站台进行的所有测试均遵循流程1，Q站台的测试大部分遵循流程2，且伴随故障复现，偶尔出现流程1的情况，且受电弓动作正常。对比分析流程1和2的信号，可以看出存在以下几个问题：
1）列车在收到Tag A/B的信号后，受电弓首先执行了正确的动作，随即列车又收到另一相反的标签信号，但受电弓不会执行相应动作；
2）列车在流程2下换端折返后，未收到Tag B信号，会导致出站时升弓的故障。
2.2站台布置分析
对站台A和Q的站台布置进行对比，如图五所示：
可以看出，二者均在进站口边缘处安装Tag A，并在站台内距其约2.2M的位置安装Tag B。但由于列车需要与保证车门与屏蔽门对齐，在两个站台的停车位存在较大偏差，导致列车在Q站台换端后，出站端的信号阅读器在Tag B偏前方一点，而列车在A站台换端后，出站端的信号阅读器在Tag B后方较远处。
2.3原因总结
综合以上信息进行故障原因的分析，列车正常折返过程中，正确的受电弓信号流程应为流程1所示，并据其可作出如下判断：列车设计逻辑为收到TagA/B信号后，在一定距离内如果收到另一个标签信号，会主动忽略后者，避免受电弓往复动作。
列车在Q站台换端后，由于停车位置离出站口过近，导致出站端的信号阅读器处于标签前方。虽然信号阅读器信号发射为发散式，但二者的距离不能保证信号的必然触发，只有当司机停车后二者距离较近时才可能收到Tag B信号。这与Q站台大部分情况下受电弓动作异常，但偶尔会正常动作的现象相一致。
3解决方案
根据上述原因分析，解决故障的方案有两种：
1）修改列车控制软件，在折返站换端后强制受电弓在一定距离内保持降弓。该方案较复杂，且需要不菲的软件修改费用；
2）调整Q站台Tag B安装位置，将其向出站口移动，与Tag A间隔1M，确保列车停车后，出站端信号阅读器在其后方，如图六所示：
图 6 Tag B安装调整示意
该方案执行简单，无需额外花费。
现场对比后选用方案二，经实际测试，效果良好，故障解决。
4结论
本文通过对列车自动升降弓实现原理进行分析，对比不同站台的列车信号及设备布置，以最简单经济的方式实现了受电弓故障解决，提高了列车运营的稳定性，也为储能式有轨电车受电弓控制的设计提供了依据。
参考文献
[1]李鸿旭,喻智宏,刘圣革. 现代有轨电车智能控制系统中的车辆定位技术方案[J]. 都市快轨交通,2013,26(06):160-162.
[2]徐海贵. 现代有轨电车信标定位系统比较[J]. 城市轨道交通研究,2017,20(12):134-137.
论文作者:赵未, 吉敏
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第14期
论文发表时间:2019/12/16
标签：列车论文; 站台论文; 信号论文; 阅读器论文; 标签论文; 有轨电车论文; 故障论文; 《科学与技术》2019年第14期论文;