一般將地鐵車輛的司機(jī)警惕裝置（即“DEAD MAN”裝置）安裝在司控器主手柄頂部，采用自復(fù)位按鈕型式，在人工駕駛模式下要求司機(jī)一直按壓該按鈕，如果松開(kāi)該按鈕，列車就立即失去動(dòng)力，松開(kāi)超過(guò)一定時(shí)長(zhǎng)，列車將自動(dòng)施加緊急制動(dòng)，直至列車最終停車為止。

警惕功能可在司機(jī)發(fā)生意外時(shí)，有效保證列車的運(yùn)行安全。鑒于現(xiàn)代有軌電車和地鐵車輛運(yùn)行環(huán)境及條件的差異性，本文從操作便捷性、安全性及人性化角度出發(fā)，為現(xiàn)代有軌電車車輛提供一種司機(jī)警惕系統(tǒng)的控制邏輯，改變了僅依靠司控器上的警惕按鈕進(jìn)行司機(jī)狀態(tài)監(jiān)控的方式，使之更加靈活而有效。

1 地鐵車輛警惕功能

在人工駕駛地鐵車輛過(guò)程中，司機(jī)需時(shí)刻按下主手柄上的警惕按鈕，一旦松開(kāi)，司機(jī)室蜂鳴器就會(huì)發(fā)出鳴響，同時(shí)列車卸掉牽引力惰行運(yùn)行，如果松開(kāi)時(shí)長(zhǎng)大于4s，列車就會(huì)觸發(fā)緊急制動(dòng)直至列車停車。

1.1 地鐵警惕電路分析

警惕功能由司控器主手柄上的司控器警惕按鈕、延時(shí)斷電繼電器、零速繼電器、列車控制單元（vehicle control unit, VCU）/牽引控制單元（traction control unit, TCU）及牽引電制動(dòng)執(zhí)行電路組成。 圖1所示是司機(jī)警惕按鈕功能的核心電路示意圖。

圖1 地鐵車輛警惕功能核心電路示意圖

如圖1所示，當(dāng)司機(jī)按下警惕按鈕時(shí)，延時(shí)斷電繼電器KM1得電吸合，且在車輛沒(méi)有起動(dòng)的情況下V＞0觸點(diǎn)閉合，KM2繼電器一直得電，其觸點(diǎn)閉合，故KM2與KM1的觸點(diǎn)及自身觸點(diǎn)形成自保持電路，同時(shí)將牽引命令和緊急制動(dòng)緩解命令發(fā)送給VCU/TCU。VCU/TCU在收到上述命令后牽引動(dòng)車，此時(shí)列車具有一定速度，V＞0觸點(diǎn)斷開(kāi)，KM2依靠自身觸點(diǎn)自保持得電。

當(dāng)司機(jī)松開(kāi)警惕按鈕，在一定時(shí)間內(nèi)延時(shí)斷開(kāi)繼電器KM1觸點(diǎn)將不斷開(kāi)，KM2繼電器仍處于自保持狀態(tài)，但是VCU/TCU收不到牽引命令，同時(shí)緊急制動(dòng)緩解命令仍然有效，車輛無(wú)牽引力又不施加制動(dòng)，故處于惰行狀態(tài)。

司機(jī)在松開(kāi)警惕按鈕超過(guò)4s后，如果仍未按下警惕按鈕，則KM1觸點(diǎn)斷開(kāi)，KM2繼電器的自鎖狀態(tài)也將解除，KM2的觸點(diǎn)都將斷開(kāi)，VCU/TCU收不到牽引命令而收到了L_緊急制動(dòng)命令，車輛將施加緊急制動(dòng)，在車輛未停穩(wěn)、零速命令沒(méi)有恢復(fù)前，KM2繼電器將始終處于斷開(kāi)狀態(tài)，直至列車停穩(wěn)，零速V＞0觸點(diǎn)閉合，KM2才能重新得電。

1.2 優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)性

由上述分析可知，警惕電路是一種經(jīng)典的地鐵車輛警惕觸發(fā)機(jī)制，它的觸發(fā)方式單一，僅有一個(gè)觸發(fā)來(lái)源，即司控器主手柄警惕按鈕。且警惕機(jī)制觸發(fā)后至列車施加緊急制動(dòng)的時(shí)間（警惕時(shí)長(zhǎng)）是固定值，無(wú)論列車處于高速行駛還是低速行駛，都按照固定時(shí)間4s觸發(fā)，雖然時(shí)間繼電器時(shí)間參數(shù)可調(diào)，但調(diào)整后仍然是一個(gè)固定值。

這種警惕觸發(fā)機(jī)制雖然有其自身的缺點(diǎn)，但是在地鐵車輛應(yīng)用上卻沒(méi)有問(wèn)題，因?yàn)榈罔F車輛大部分時(shí)間工作在自動(dòng)（ATO）模式，這種模式下的警惕機(jī)制將被旁路而由信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備代替司機(jī)操作列車，車輛也不會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)控司機(jī)生命體征狀態(tài)，故雖然有上述的缺點(diǎn)，但對(duì)運(yùn)營(yíng)來(lái)說(shuō)影響并不突出。

2 現(xiàn)代有軌電車警惕功能設(shè)計(jì)

2.1 現(xiàn)代有軌電車車輛特點(diǎn)

現(xiàn)代有軌電車車輛一般采用人工駕駛模式，車輛與社會(huì)各種汽車在馬路上混跑，路況復(fù)雜，對(duì)司機(jī)的要求非常高，如果仍然采用上述警惕機(jī)制工作，司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度和舒適性就將得不到保障。

新的警惕機(jī)制將不僅依靠司機(jī)控制器上的警惕按鈕進(jìn)行司機(jī)狀態(tài)監(jiān)控，而且要依托現(xiàn)代有軌電車強(qiáng)大的列車控制網(wǎng)絡(luò)功能，擴(kuò)大對(duì)司機(jī)狀態(tài)項(xiàng)點(diǎn)的監(jiān)視，同時(shí)也將調(diào)整警惕時(shí)長(zhǎng)，使司機(jī)觸發(fā)警惕設(shè)備的頻率隨車速變化而變化，實(shí)現(xiàn)列車警惕裝置的動(dòng)態(tài)觸發(fā)，使其更加靈活和有效。

2.2 列車網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代有軌電車的列車控制和管理系統(tǒng)（train control and management system, TCMS）由多功能車輛總線（multifuction vehicle bus, MVB）網(wǎng)絡(luò)及大量I/O模塊構(gòu)成，它將收集列車所有系統(tǒng)及按鈕旋鈕信息，并將該信息轉(zhuǎn)換為MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流傳遞給VCU/TCU，由VCU/TCU統(tǒng)一運(yùn)算后發(fā)列車各個(gè)子系統(tǒng)執(zhí)行，這樣就為警惕機(jī)制通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了必要的環(huán)境。

2.3 警惕功能的設(shè)計(jì)

1）警惕觸發(fā)條件的選擇

在司機(jī)臺(tái)上選取新增的司機(jī)狀態(tài)監(jiān)控項(xiàng)點(diǎn)，需具備兩個(gè)重要特點(diǎn)：①均能通過(guò)TCMS系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控；②在司機(jī)臺(tái)范圍內(nèi)，該功能使用頻率高且都與司機(jī)動(dòng)作強(qiáng)度相關(guān)。表1統(tǒng)計(jì)了符合條件的司機(jī)監(jiān)控項(xiàng)點(diǎn)。

表1 司機(jī)臺(tái)區(qū)域列車功能及使用率

根據(jù)表1對(duì)司機(jī)臺(tái)按鈕及功能使用情況的分析，適用于現(xiàn)代有軌電車警惕機(jī)制觸發(fā)方式的功能主要有：獨(dú)立警惕裝置按鈕、司控器主手柄角度改變、主手柄警惕按鈕、電笛按鈕、磁軌制動(dòng)按鈕和撒沙按鈕。結(jié)合現(xiàn)代有軌電車列車控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，搭建有軌電車警惕系統(tǒng)的控制電路，如圖2所示。

2）警惕時(shí)長(zhǎng)的設(shè)置

現(xiàn)代有軌電車的警惕機(jī)制除了增加上述對(duì)司機(jī)狀態(tài)的監(jiān)控項(xiàng)點(diǎn)外，還從司機(jī)操作舒適性出發(fā)對(duì)警惕時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行了科學(xué)的設(shè)定。

圖2 有軌電車警惕系統(tǒng)控制電路圖

由于所有觸發(fā)警惕機(jī)制的條件均接入TCMS，由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)統(tǒng)一進(jìn)行管理，故使列車在不同速度下調(diào)整不同的警惕時(shí)長(zhǎng)成為可能。具體的調(diào)節(jié)按照速度分三段式，即

式（1）

根據(jù)三段式的速度設(shè)定，列車速度越低，警惕時(shí)長(zhǎng)越長(zhǎng)，司機(jī)可以松開(kāi)警惕的時(shí)間也越長(zhǎng)；列車速度越高，要求司機(jī)注意力高度集中，司機(jī)松開(kāi)警惕的時(shí)間要求也越短。圖3所示體現(xiàn)了這種警惕時(shí)長(zhǎng)與列車速度的關(guān)系曲線。

圖3 警惕時(shí)長(zhǎng)與列車速度的關(guān)系曲線

2.4 警惕系統(tǒng)的邏輯說(shuō)明

在確定了司機(jī)狀態(tài)監(jiān)控項(xiàng)點(diǎn)和警惕時(shí)長(zhǎng)的邏輯后，VCU/TCU即可以執(zhí)行圖4的核心工作流程。

列車在行駛過(guò)程中，VCU/TCU實(shí)時(shí)監(jiān)控司機(jī)狀態(tài)監(jiān)控項(xiàng)點(diǎn)中的5個(gè)條件，一旦檢測(cè)到5個(gè)條件都未被觸發(fā)，VCU/TCU就將首先判斷當(dāng)前列車的速度區(qū)間，根據(jù)不同速度區(qū)間鎖定警惕時(shí)長(zhǎng)，在警惕時(shí)長(zhǎng)即將結(jié)束（2s內(nèi)）時(shí)觸發(fā)司機(jī)室蜂鳴器鳴響以提示司機(jī)，若此時(shí)司機(jī)觸發(fā)了5個(gè)條件中的任意一個(gè)，則VCU/TCU將重新檢測(cè)，若司機(jī)聽(tīng)到鳴響后仍未觸發(fā)司機(jī)狀態(tài)監(jiān)控項(xiàng)點(diǎn)，則列車將觸發(fā)緊急制動(dòng)，直至停車為止，無(wú)論過(guò)程中觸發(fā)條件是否恢復(fù)。

圖4 核心工作流程

結(jié)論

本文司機(jī)警惕機(jī)制的設(shè)計(jì)電路及邏輯原理符合現(xiàn)代有軌電車人工駕駛及司機(jī)舒適性的要求，其觸發(fā)條件多變，警惕時(shí)長(zhǎng)也可以根據(jù)當(dāng)前列車運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整，是現(xiàn)代有軌電車警惕機(jī)制的發(fā)展方向。該技術(shù)已在淮安儲(chǔ)能式低地板項(xiàng)目、武漢大漢陽(yáng)低地板項(xiàng)目及深圳龍華低地板項(xiàng)目中均被使用。最早使用該技術(shù)的廣州海珠現(xiàn)代有軌電車項(xiàng)目，已上線運(yùn)營(yíng)5年，目前應(yīng)用效果良好。