地铁车辆全自动无人驾驶外场测试技术方案探讨

地铁车辆 全自动无人驾驶外场测试技术 方案探讨

杨涛 周仁旭

河北京车轨道交通车辆装备有限公司 072150

1. 概述

1.1 外场测试定义

地铁车辆全自动无人驾驶系统面临着对系统安全性要求更高，系统接口更复杂繁琐，降级模式场景更多，对运营人员工作能力要求更高等挑战，为解决此类问题除通过设计、管理等手段外，还需通过外场测试对系统进行提前测试验证，以保证系统的可用性、安全性。

外场测试即为使全自动无人驾驶核心系统设备达到规定的安全性和可用性要求，应在核心系统批量生产之前，进行现场级的样件初步联合调试。外场测试安排在机电设备制造阶段与系统联调阶段之间进行，如图1所示。

图1 开展外场测试的阶段

1.2 外场测试必要性

（1）在核心系统批量生产之前，验证其是否符合设计文件、运营场景和性能要求，避免造成设备的批量返工及浪费。

（2）尽早发现核心系统之间的匹配和技术问题，在现场测试联调开始前解决关键问题与技术难点，有效减少现场测试时的故障与风险。

（3）外场测试的验证结果将作为现场联调联试的依据。

2. 外场测试场地搭建

地铁车辆全自动无人驾驶外场测试场地需具备如下条件：

（1）约3公里试验线路；

（2）控制中心设备；

（3）车站控制设备；

（4）一个物理站台及屏蔽门；

（5）两个虚拟车站。

全自动无人驾驶外场测试包括的核心机电系统如下：

（1）车辆（两列车）；

（2）信号系统；

（3）屏蔽门系统；

（4）通信系统（车载通信与乘客信息系统）；

（5）综合监控系统。

3. 外场测试技术方案总体思路

全自动无人驾驶系统是一个复杂且庞大的系统，各系统与子系统间的通信接口、功能接口、电气接口等接口往往有成百上千之多。逐一依次对所有接口进行测试，既不符合对全自动无人驾驶系统关键重要性能的把握，其试验进度更无法满足外场测试有限的测试时间约束。

此外，全自动无人驾驶系统功能和性能的实现对城市轨道交通运营的顺利实施影响并不相同。就信号系统与车辆系统的接口功能，与信号系统与屏蔽门系统的接口功能相比，前者直接影响列车运行安全，后者主要影响旅客在站台乘车的效率，很明显前者的功能实现要比后者重要。因此，外场测试各项测试的开展应从检验全自动无人驾驶系统的最基本功能入手，首先检验对城市轨道交通运营有直接和非常重大影响的接口功能和性能的实现情况，再循序渐进完成对全自动无人驾驶系统运营有重大影响的主要系统功能测试，在满足外场测试整体测试时间要求的前提下，可合理考虑对其他接口功能的测试，以最终检验全自动无人驾驶系统是否达到设计需求。

3.1 外场测试总体方案设计

根据外场测试总体思路，全自动无人驾驶系统外场测试过程分性能参数类测试、运营场景类测试和运行参数类测试三个阶段。

3.2 性能参数类测试

测试初期开展的各项测试均是以验证城市轨道交通整体系统的基本功能为目的开展的，重点关注的是车辆、信号、通信等系统的功能和性能实现情况，检验列车运行和各主要系统工作的安全性、稳定性和舒适性。在测试手段上，往往要采用特定的仪器设备完成指标检验和性能评价。在测试过程中，测试分包商主要参照城市轨道交通系统设计规范、技术文档，以及系统分包商的系统验收试验完成情况等确定测试项目以及测试的评判标准。在行车组织上，由于列车在全线的运行安全性在这个阶段尚待验证，一般只采用单列列车上线的方式配合测试工作的进行，以便减少系统缺陷对行车安全的影响。在性能参数类测试过程中，各相关系统设备的操作由系统分包商人员完成，系统分包商人员在性能参数类测试工作完成后，负责对测试工作中发现的系统缺陷进行整改和精调，以达到优化接口性能、提高接口匹配程度的作用。

3.3 运营场景类测试

对于城市轨道交通线路来说，在列车能够在正线全线安全运行的前提下，搭载来自不同地点的旅客到达指定的目的地是其最主要的功能。该功能包含三方面需求：首先多列列车可以在互不干扰的情况下在线路上同时行驶；其次车站等主要场所能够提供旅客进 站、候车、乘降及应急疏散的功能；第三城市轨道交通应提供对列车以及旅客服务设备运行状态进行实时监控的能力。外场测试中期开展的各项测试均是以验证城市轨道交通整体系统的主要功能的三个需求为目的开展的。测试的重点是车辆、信号、通信、 综合监控等系统的联动功能实现情况。 由于这个阶段开展的测试主要是通过设置特定场景，检验被测系统功能在特定场景中的实现方法开展的，这个阶段开展的测试工作又被称为运营场景类测试。在测试手段上，运营场景设计基本不需要专业的测试设备，其测试工作重点在于完善测试场景设置与设计，达到利用有限的场景对全线主要场所的主要系统功能实现情况的检验和验证的目的。 运营场景的设置要满足对城市轨道交通在正常、降级、紧急运行模式下的行车组织和客运组织的检验需求。在行车组织上，可以安 排多列列车在不同的区域配合不同的场景测试。运营场景类测试的配合工作主要由运营分包商完成。后者负责场景测试过程中行车组织、调度指挥、设备操作等工作。期间各设备分包商主要负责故障设置/恢复、高危/关键设备的操作，以及对测试中发现的缺陷进行整改和整治。

全自动无人驾驶系统根据运营场景的功能需求，进行信号、车辆、通信、综合监控、屏蔽门系统的功能设计。通过外场测试对各核心机电系统功能进行验证。

3.4 运行参数类测试

在完成运营场景类测试之后，城市轨道交通各主要系统的功能趋于稳定，各主要 系统功能接口已近匹配。运营参数测试采用实际列车编组在全线运行，测试全线运行时分、站间运行时分等运行参数，从而为估算线路运营能力、为编制列车运行图提供基础数据。追踪测试采用实际列车编组，测试组内列车运行间隔和组间运行间隔，检验信号系统对列车运行的支持程度、为编制列车运行图提供基础数据。

4.需重点关注的问题

根据城市轨道交通联调联试的实践经验，对以下问题需要重点关注。

（1）车辆的停车精度：这一直是乘客上下车较为敏感的因素，成为乘客衡量城市轨道交通技术发展水平的指标之一。 车辆停车需要进行的调试内容包括信号与车辆制动停车精度的配合调试，ATO模式站台停车精度调试，信号与车辆的电磁兼容性能指标调试。

（2）协调试验：包括车辆与信号控制的协调试验，列车的运行时分间隔考核试验（满足最短列车间隔时间）。进行此项协调试验可进一步考核信号、站台屏蔽门和车辆的运行特性是否满足列车控制和运行时间间隔的要求，并给予调整。

（3）反复调试：通过反复调试，验证车辆、信号、站台屏蔽门是否已达到地铁列车正常运营的各项要求，是否达到乘客乘坐地铁列车的安全性、舒适性和平稳性的基本要求。城市轨道交通设备系统多，部分系统之间存在干扰现象，应当首先考核车辆、信号和站台屏蔽门工作稳定性和可靠性。这必须经过多次重复调试和反复验证，才能达到目的。

（4）信号不稳定：各种信号在调试初期都不稳定。这包括列车自动控制（ATC）系统、ATP系统、联锁系统等，都会在不同的情况下发生运行不正常问题。这将干扰运行的实施，对最后的可靠性测试产生不好的影响，所以在联调联试阶段需充分考虑信号的不稳定性。作者简介：杨涛（1984-）男，河北，汉族，工程师，本科，研究方向：轨道交通车辆。

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