现代有轨电车警惕功能的分析
中车株洲电力机车有限公司产品研发中心、湖南省计量检测研究院的研究人员司尚卓、毛静、张泱泱，在2019年《电气技术》增刊1上撰文指出，司机警惕装置是司机在行车过程中发生意外时，车辆自动触发紧急制动的最后一层保障，一般将其设置为固定时间固定按钮触发。
为适应现代有轨电车车辆复杂的运营环境，从使用便捷性、安全性及设计人性化角度出发，本文结合地铁车辆警惕逻辑提出了多触发途径和多分段时间控制的警惕功能方案。该方案已批量在现代有轨电车上使用，反响良好。
一般将地铁车辆的司机警惕装置（即“DEAD MAN”装置）安装在司控器主手柄顶部，采用自复位按钮型式，在人工驾驶模式下要求司机一直按压该按钮，如果松开该按钮，列车就立即失去动力，松开超过一定时长，列车将自动施加紧急制动，直至列车最终停车为止。
警惕功能可在司机发生意外时，有效保证列车的运行安全。鉴于现代有轨电车和地铁车辆运行环境及条件的差异性，本文从操作便捷性、安全性及人性化角度出发，为现代有轨电车车辆提供一种司机警惕系统的控制逻辑，改变了仅依靠司控器上的警惕按钮进行司机状态监控的方式，使之更加灵活而有效。
1 地铁车辆警惕功能
在人工驾驶地铁车辆过程中，司机需时刻按下主手柄上的警惕按钮，一旦松开，司机室蜂鸣器就会发出鸣响，同时列车卸掉牵引力惰行运行，如果松开时长大于4s，列车就会触发紧急制动直至列车停车。
1.1 地铁警惕电路分析
警惕功能由司控器主手柄上的司控器警惕按钮、延时断电继电器、零速继电器、列车控制单元（vehicle control unit, VCU）/牵引控制单元（traction control unit, TCU）及牵引电制动执行电路组成。 图1所示是司机警惕按钮功能的核心电路示意图。
图1 地铁车辆警惕功能核心电路示意图
如图1所示，当司机按下警惕按钮时，延时断电继电器KM1得电吸合，且在车辆没有起动的情况下V＞0触点闭合，KM2继电器一直得电，其触点闭合，故KM2与KM1的触点及自身触点形成自保持电路，同时将牵引命令和紧急制动缓解命令发送给VCU/TCU。VCU/TCU在收到上述命令后牵引动车，此时列车具有一定速度，V＞0触点断开，KM2依靠自身触点自保持得电。
当司机松开警惕按钮，在一定时间内延时断开继电器KM1触点将不断开，KM2继电器仍处于自保持状态，但是VCU/TCU收不到牵引命令，同时紧急制动缓解命令仍然有效，车辆无牵引力又不施加制动，故处于惰行状态。
司机在松开警惕按钮超过4s后，如果仍未按下警惕按钮，则KM1触点断开，KM2继电器的自锁状态也将解除，KM2的触点都将断开，VCU/TCU收不到牵引命令而收到了L_紧急制动命令，车辆将施加紧急制动，在车辆未停稳、零速命令没有恢复前，KM2继电器将始终处于断开状态，直至列车停稳，零速V＞0触点闭合，KM2才能重新得电。
1.2 优缺点及适应性
由上述分析可知，警惕电路是一种经典的地铁车辆警惕触发机制，它的触发方式单一，仅有一个触发来源，即司控器主手柄警惕按钮。且警惕机制触发后至列车施加紧急制动的时间（警惕时长）是固定值，无论列车处于高速行驶还是低速行驶，都按照固定时间4s触发，虽然时间继电器时间参数可调，但调整后仍然是一个固定值。
这种警惕触发机制虽然有其自身的缺点，但是在地铁车辆应用上却没有问题，因为地铁车辆大部分时间工作在自动（ATO）模式，这种模式下的警惕机制将被旁路而由信号系统设备代替司机操作列车，车辆也不会实时监控司机生命体征状态，故虽然有上述的缺点，但对运营来说影响并不突出。
2 现代有轨电车警惕功能设计
2.1 现代有轨电车车辆特点
现代有轨电车车辆一般采用人工驾驶模式，车辆与社会各种汽车在马路上混跑，路况复杂，对司机的要求非常高，如果仍然采用上述警惕机制工作，司机劳动强度和舒适性就将得不到保障。
新的警惕机制将不仅依靠司机控制器上的警惕按钮进行司机状态监控，而且要依托现代有轨电车强大的列车控制网络功能，扩大对司机状态项点的监视，同时也将调整警惕时长，使司机触发警惕设备的频率随车速变化而变化，实现列车警惕装置的动态触发，使其更加灵活和有效。
2.2 列车网络结构
现代有轨电车的列车控制和管理系统（train control and management system, TCMS）由多功能车辆总线（multifuction vehicle bus, MVB）网络及大量I/O模块构成，它将收集列车所有系统及按钮旋钮信息，并将该信息转换为MVB网络数据流传递给VCU/TCU，由VCU/TCU统一运算后发列车各个子系统执行，这样就为警惕机制通过网络系统实现创造了必要的环境。
2.3 警惕功能的设计
1）警惕触发条件的选择
在司机台上选取新增的司机状态监控项点，需具备两个重要特点：①均能通过TCMS系统对其进行监控；②在司机台范围内，该功能使用频率高且都与司机动作强度相关。表1统计了符合条件的司机监控项点。
表1 司机台区域列车功能及使用率
根据表1对司机台按钮及功能使用情况的分析，适用于现代有轨电车警惕机制触发方式的功能主要有：独立警惕装置按钮、司控器主手柄角度改变、主手柄警惕按钮、电笛按钮、磁轨制动按钮和撒沙按钮。结合现代有轨电车列车控制网络结构，搭建有轨电车警惕系统的控制电路，如图2所示。
2）警惕时长的设置
现代有轨电车的警惕机制除了增加上述对司机状态的监控项点外，还从司机操作舒适性出发对警惕时长进行了科学的设定。
图2 有轨电车警惕系统控制电路图
由于所有触发警惕机制的条件均接入TCMS，由网络系统统一进行管理，故使列车在不同速度下调整不同的警惕时长成为可能。具体的调节按照速度分三段式，即
式（1）
根据三段式的速度设定，列车速度越低，警惕时长越长，司机可以松开警惕的时间也越长；列车速度越高，要求司机注意力高度集中，司机松开警惕的时间要求也越短。图3所示体现了这种警惕时长与列车速度的关系曲线。
图3 警惕时长与列车速度的关系曲线
2.4 警惕系统的逻辑说明
在确定了司机状态监控项点和警惕时长的逻辑后，VCU/TCU即可以执行图4的核心工作流程。
列车在行驶过程中，VCU/TCU实时监控司机状态监控项点中的5个条件，一旦检测到5个条件都未被触发，VCU/TCU就将首先判断当前列车的速度区间，根据不同速度区间锁定警惕时长，在警惕时长即将结束（2s内）时触发司机室蜂鸣器鸣响以提示司机，若此时司机触发了5个条件中的任意一个，则VCU/TCU将重新检测，若司机听到鸣响后仍未触发司机状态监控项点，则列车将触发紧急制动，直至停车为止，无论过程中触发条件是否恢复。
图4 核心工作流程
本文司机警惕机制的设计电路及逻辑原理符合现代有轨电车人工驾驶及司机舒适性的要求，其触发条件多变，警惕时长也可以根据当前列车运行速度进行调整，是现代有轨电车警惕机制的发展方向。该技术已在淮安储能式低地板项目、武汉大汉阳低地板项目及深圳龙华低地板项目中均被使用。最早使用该技术的广州海珠现代有轨电车项目，已上线运营5年，目前应用效果良好。