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摘要：依据城轨地铁车辆照明系统的主要设备组成、电气接口及其控制方案，在整合既有城轨地铁车辆照明系统设计经验和应用情况的基础上，结合系列化中国标准地铁列车研制及试验项目统型，提出了一种广泛适用于城轨地铁车辆的较为通用的列车照明系统控制方案，从供电、控制逻辑和故障反馈3个方面分别对客室照明和外部照明设备进行了分析和论述。系统的整体配置和控制方法具备通用性，仅需针对不同运营需求对控制逻辑相应进行适应性调整。可以广泛适用于常规普通地铁车辆和全自动无人驾驶车辆，为城轨地铁车辆项目的照明系统设计提供参考借鉴。
General Control Scheme for Lighting System of Metro Vehicles
Wang Yuting，Han Qingjun，Wang Enqiang
(CRRC Qingdao Sifang Co.，Ltd.，Qingdao，Shandong 266111.China)
Abstract：According to the main equipment composition，electrical interface and control scheme of the lighting system of urban metro vehicles，on the basis of integrating the design experience and application of the lighting system of existing urban metro vehicles，and combining with thedevelopment and test project of a series of Chinese standard subway train development，a more general control scheme of the train lightingsystem which widely applicable to urban rail metro vehicles was proposed.The passenger compartment lighting and external lighting equipmentwere analyzed and discussed from three aspects of power supply，control logic and fault feedback.The overall configuration and control method ofthe system are universal，and the control logic only needs to be adjusted according to different operation requirements.It can be widely appliedto conventional ordinary metro vehicles and fully automatic driverless vehicles，providing reference for the lighting system design of urban railmetro vehicle projects.
Key words：urban rail vehicles;interior lighting;external lighting;control scheme
0 引言
照明系统是城市轨道交通车辆的传统系统之一，也是轨道交通车辆完成正常运行全过程的必需系统[1]。城轨地铁车辆的照明系统包括客室照明和外部照明两部分[2]。既有的城轨地铁车辆照明系统设计大多不尽相同。以客室照明为例，客室照明包括正常照明和应急照明两部分，从电压制式来说包括AC 220 V和DC 110 V两种形式[3];从光源种类来说，包括传统荧光灯和LED光源;从供电方式来说，早期正常照明和应急照明为独立的光源和供电回路，而近几年多采用集中供电，应急工况下整体降照度的方式[4-6]。
对于外部照明，主要是指车辆前照灯，传统的氙气灯虽然亮度较高，但是寿命低，考虑到车辆的使用维护近几年的轨道车辆多采用LED光源，灯珠寿命通常不低于50000 h，可配合车辆的架修、大修进行维护或更换。外部照明的配置、结构和控制根据用户的需求有所不同，其中配置的不同主要体现在外部各辅助指示灯的配置需求不同;外形结构的不同主要取决于车辆的整体美工设计方案;控制的不同则主要体现在前照灯和尾灯的控制逻辑，虽然各项目控制逻辑不完全一致，但通常都与车辆的激活端和运行方向关联控制[7-10]。
综上，考虑到照明系统控制的多样性，本文在整合已有城轨地铁车辆照明系统设计经验和应用情况的基础上，结合系列化中国标准地铁列车研制及试验项目统型，提出一种较为完整且通用的照明系统配置和控制方案，分别对客室照明和室外照明两部分设备分析其供电方式、控制逻辑和故障反馈方式，可作为城轨地铁车辆照明系统设计的参考基础。
1 客室照明
客室照明通常包括客室主照明、司机室灯、贯通道灯及各车内各指示灯等。客室主照明包括集中供电和分散供电两种形式，近年来集中供电方式逐渐成为城轨车辆照明系统的主流形式。客室主照明采用LED光源，平行纵向布置于客室顶两侧，应急照明与正常照明采用同一光源，均为DC110 V集中供电方式[11]。当列车供电故障时，客室照明能自动转换成由蓄电池供电的应急照明，应急照明时所有灯具亮度自动降低，从而实现车内照度整体降低。
客室照明系统通常每个客室设有一个控制主机，主机主要由供电单元PSU、照明控制单元SLCU、照明监控单元LMU和输入EMI模块组成。客室照明控制主机具有以下特点[12-15]：(1)采用冗余并联均流供电方式，故障电源自动隔离;(2)支持TRDP网络信息交互;(3)支持智能感光、亮度控制、色温调节等功能;(4)具有系统故障等级上报功能; (5)具有驱动输出保护功能;(6)采用风扇调速强制风冷散热方式;(7)线性无闪烁调光。
1.1 系统架构
照明控制主机各单元间通过背板连接器连接，其架构如图1所示。
1.1.1 照明监控单元
照明监控单元LMU由独立的电子保险丝组成，可以检测每组输出的状态。每组具有独立过载和短路保护，在短路或过载解除后都能实现自恢复供电输出。单个电子保险丝出现故障不会影响其他组的正常输出。
1.1.2 照明控制单元
照明控制单元SLCU将实时上报其内部组件的故障状态。如果其中某个电源组件发生故障、照明输出通道发生故障或者环境光传感器发生故障。TCMS可以立即获取故障信息(可选)，从而根据故障信息进行检修。
1.1.3 照明供电单元
每个客室设置2路照明供电输入，互为冗余地给PSU供电，将车辆的DC 110 V直流转换为DC 48 V的直流后给客室灯具供电。各PSU均为独立的隔离型转换电源，PSU具有负载共享功能，保证并联的4个PSU输出电流保持基本一致。
PSU面板设置有2个状态指示灯，通过指示灯可以很直观地查看PSU工作状态。PSU故障时会输出故障信号给SLCU。如果出现一个PSU故障时，故障的PSU将会自动退出工作，不影响其他模块正常工作。如果出现2个甚至3个PSU同时损坏时，SLCU系统将调低照明输出功率至少保证应急照明能有效投入。
1.2 照明控制客室照明控制主机对外的控制接口包括应急、开关灯控制、照度传感器、调光和故障上报。各端口的控制功能说明如表1所示。
客室照明可随着列车的激活自动开启，并可通过位于任意一个司机室操纵台的客室照明控制开关或TCMS控制通断。当充电机正常信号丢失后，客室照明将进入紧急照明工况，整体降低照度。对于全自动驾驶的车辆，客室照明也可由TCMS根据运营场景需求进行通断控制，并自动控制进入或退出应急照明模式。详细功能逻辑说明如下。
1.2.1 客室照明开关控制客室照明的开关可以通过操纵台上的自复位开关或TCMS进行控制，无人驾驶车辆综合考虑操纵台的空间和布局，除用户特殊需求外，建议通过TCMS实现，不推荐单独设置物理开关。但无论通过物理开关还是TCMS控制，照明的开关指令均为高电平DC77 V～DC137.5 V脉冲控制信号。
1.2.2 司机室照明开关控制对于单独司机室的车辆，司机室照明通常采用自复位开关进行单独控制。对于无人驾驶车辆，由于无单独的司机室，司机室照明可随客室照明一起由照明控制主机统一控制。此外若考虑GoA3及以下工况运营时司机或值守人员的操作权限，也可另设司机室灯控制开关，由单独的照明控制断路器供电，在司机室灯随客室照明整体控制的同时，也可通过此开关实现对司机室照明的干预控制。
1.2.3 应急照明控制考虑设计的冗余性，应急照明可以考虑由TCMS和硬线(充电机正常信号)并联输出，高电平有效。应急照明指令可以采用列车线的形式或单车控制的方式实现，具体实现方式取决于TCMS的DO端口的数量。采用TCMS和硬线并联输出，且高电平应急的好处在于，当车辆所有充电机均故障时，硬线输出高电平，车辆将自动切换为应急照明模式;而只要任一充电机正常，硬线均输出低电平，此时可以根据TCMS的指令(可设置软按键)或运营场景进行正常/应急照明的模式切换。此外，当TCMS故障无法输出应急照明指令时，车辆仍有硬线作为保障，通过充电机的状态判断是否进入应急照明工况。
1.2.4 调光控制除应急工况下的整体照度调整外，客室照明控制主机还设有照度传感器接口，可以与设置在客室内的光传感器连接，实时检测客室内的光照强度，然后由控制主机解码后进行自动调光。考虑到实际运营需求，客室照明的自动调光和手动调光功能可由用户自行灵活设置。
1.3 故障反馈
客室照明系统支持故障分级上报，由两条故障分项线和一条故障等级线组成，故障上报采用DC 110 V电平形式。故障上报分为一般故障(可以容忍的故障)和严重故障(需要处理的故障)。
建议的故障等级及逻辑关系如图2所示。
客室内其他照明如司机室灯、贯通道灯等，多采用LED筒灯的形式，通常采用独立的DC110 V空开直接供电，由单独设置的开关控制或随客室主照明一起由照明控制主机控制。
2 外部照明
列车外部通常设有远/近光前照灯和红色尾灯，部分车辆还设有其他辅助指示灯，如白/红双色运行灯、制动不缓解指示灯和车门未关好指示灯等。对于全自动驾驶车辆，通常还需另外设置全自动驾驶模式指示灯、动车提示灯等。
这些外部照明设备均由列车状态自动控制。远/近光前照灯点亮后可通过司机台上控制旋钮手动控制远光、近光状态切换;尾灯及运行灯为不聚焦LED灯，能够区分列车运行方向及车辆后退状态;制动不缓解和车门未关好指示灯可以指示车辆当前的制动缓解状态和车门关闭状态;全自动驾驶模式指示灯能够指示车辆是否为全自动驾驶模式;动车提示灯可以示意司乘人员当前是否可上下车。
2.1 外部照明控制逻辑
2.1.1 前照灯、尾灯及运行灯控制前照灯、尾灯及运行灯的控制逻辑与各地铁运营公司的运营习惯有关，不同地铁运营公司间不尽相同，但通常均与激活端和方向相关联。此处仅结合既往项目经验，提出一种可能的控制逻辑如下。
(1)司机室占有且方向手柄在“向前”位时，以下所列灯点亮：列车前端的前照灯和白色运行灯亮;列车后端的尾灯和红色运行灯亮。
(2)司机室占有且方向手柄在“向后”位时，以下所列灯点亮：列车前、后端的前照灯和白色运行灯亮;列车前、后端的尾灯和红色运行灯亮。
(3)司机室占有且方向手柄在“0”位时，列车两端的尾灯和红色运行灯亮。
(4)对于处于全自动驾驶模式的车辆，列车唤醒且无占有和方向时，车辆两端的尾灯、红色运行灯点亮;若司机室占有且方向向前时，司机室占有端点亮前照灯和白色运行灯，尾端点亮红色运行灯;无司机占有时，两端均点亮尾灯和红色运行灯;车辆退行时，前、后端点亮前照灯、尾灯、红色运行灯、白色运行灯。
2.1.2 其他车外辅助指示灯控制
(1)全自动驾驶模式指示灯，由信号系统控制，由全自动模式命令点亮。
(2)全自动驾驶运行提示灯，用于显示全自动驾驶模式下该列车是否具备移动授权，指示灯控制信号应由信号系统发出。当指示灯熄灭时，表示列车具有移动授权。在非全自动驾驶模式下，指示灯应被点亮。
(3)制动不缓解指示灯，用于指示本车常用制动是否缓解，由制动系统控制，当本车存在制动不缓解故障时点亮。
(4)车门未关好指示灯，用于指示本车的车门关闭状态，由门控器控制，当本车存在任一门未关好时，相应侧指示灯亮。
2.2 外部照明故障反馈对于全自动驾驶车辆，前照灯及尾灯通常需考虑设置故障反馈功能。左、右前照灯的各个电源模块(远光灯、近光灯、尾灯)均分别具备单独的故障反馈功能，当任一模块出现故障，将通过硬线反馈给TCMS的RIOM模块，实现前照灯及尾灯的故障上报功能。
3 结束语
本文在对传统照明系统设计进行调研分析的基础上，整合了近几年城轨地铁项目上应用较为广泛的照明系统方案，并结合系列化中国标准地铁列车研制及试验项目简统方案及接口规范，提出了一种适用于城轨地铁车辆的通用照明配置和控制方案，详尽地描述了系统的供电接口、控制逻辑、网络接口和故障反馈接口，为城轨地铁车辆的照明系统设计提供了借鉴和参考。在具体项目应用中，不同地铁公司基于既有运营习惯和运营理念，其运营需求或不完全相同，可基于本文所述控制方案进行适应性变更，以满足实际项目需求。
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