标准地铁列车电气柜布置策略及走线方案研究

发布时间：2022-02-25

　　摘  要：为了满足全自动无人驾驶列车的设计需求，文章提出分散式电气柜统筹布置方案，并以标准地铁列车为例，介绍了电气柜的结构及布置方案，对其柜体内外走线路径进行了设计和分析。通过试验验证，证明该方案能满足标准地铁列车的设计要求，可有效提升整车空间利用率和电气柜的走线性能。

　　关键词：地铁列车;电气柜;布线;分散式布置;设计

　　0  引言

　　目前，城轨车辆产品已经越来越多地向全自动无人驾驶车型转变，相较于传统的城轨车辆，其电路原理更复杂，所需要的控制元器件更多。同时，全自动无人驾驶类车辆取消了传统的司机室区域，不再配置司机室电气柜，而是在客室乘客座椅底部空间增设座椅下电气柜，因而传统的电气柜走线方式已不再适用于全自动无人驾驶车辆。本文依托全自动无人驾驶标 ◆ 研究开发 ◆ Vol. 44 No.5 Sep. 20th，2021 准地铁列车项目，对电气柜的布置策略及走线方案进行探讨，为后续相关全自动无人驾驶项目提供参考。

　　1  分散式电气柜统筹布置

　　标准地铁列车的客室座椅下和端部区域布置分散式电气柜，如图 1 所示，其中 Tc 车客室设置 6 个座椅下电气柜，并于 2 位端的 1、2 位侧分别设置端部电气柜;Mp/M 车不设置座椅下电气柜，仅在其 2 位端的 1、2 位侧设置端部电气柜。

　　分散式电气柜充分利用了座椅下的多余空间，每个电气柜内布置若干个系统主机及匹配的继电器、端子排等元器件。分散式布置不需要在某特定区域集中占用大块空间进行设备及元器件的密集布置，避免了大量线缆汇入后的走线空间紧张问题，提高了走线合理性和美观性。

　　分散式电气柜安装区域均不设置内装墙板，整车线缆可以通过车体侧墙走线路径，直接进入任意一个座椅下电气柜或端部电气柜。因此，不同位置电气柜内系统主机元器件之间的连线均可通过侧墙和端墙进行走线，保证了电气柜布置的灵活性。

　　2  座椅下电气柜布置

　　2.1  电气柜结构

　　座椅下电气柜安装于客室 6 人位座椅下方，具体位置如图 2 所示，该布置方式能够充分利用座椅下部空间，提升客室内载客量 [1]。

　　标准地铁列车座椅下电气柜统型为两种类型，一种是主机类座椅下电气柜(见图 3)，主要用于安装网络系统、乘客信息系统(PIS)、无线系统、弓网监测系统、障碍物检测系统、走行部系统、照明系统、烟火系统和制动系统的配套主机。其采用铝合金框架结构，预留可以同时兼容 1U, 2U, 3U 标准机箱的安装接口。每个电气柜的主机安装容量为 4 个，可以根据走线需求灵活多样地排列组合。

　　另一种是元器件类座椅下电气柜(见图 4)，主要用于安装继电器、接触器和端子排等控制类小元器件。由于各类元器件的接线方式和走线方向各不相同，较为复杂，故将元器件安装于导轨式可抽拉面板结构上，保证安装和检修的便利性。

　　2.2  布置策略

　　座椅下电气柜内的系统主机数量较多，如何优化布置各系统主机在车辆上的相对位置，将直接影响车辆走线的合理性。标准地铁列车座椅下电气柜的安装原则如下：

　　1)走线最短原则。任意两个有直连线缆的主机的安装位置应尽可能接近，保证接线路径尽可能短，节省整车布线施工量。

　　2)1、2 位侧走线不交叉原则。布置在 1 位侧和 2 位侧的主机之间应尽量不出现连接线缆，避免线缆从车辆的 1 位侧跨接到 2 位侧，以免加大整车施工量和造成电磁兼容性干扰。

　　3)同系统优先布置原则。相同系统的多个主机尽量布置在同一个座椅下电气柜内，方便整车走线的整合工作。

　　4)性能优先原则。主机安装位置不同会导致相应连接线缆长度的变化，若特定系统主机对线缆长度有最大值要求，需优先满足该主机的安装位置需求。例如，地面 PIS 主机需要接到车头位置的车地无线天线上，且该主机对这段线缆的长度设定有最大值要求，若超过最大值，则将影响其通信传输性能，因此地面 PIS 主机需要布置在距离车头最近的座椅下电气柜 1 或者座椅下电气柜 2 内。

　　综合以上布置原则，组合出最适用于标准地铁列车的主机统型布置方案，如图 5 所示。

　　3  端部电气柜走线方案设计

　　3.1  整体走线结构

　　标准地铁列车端部电气柜采用捆扎走线方式，将导线成束捆扎于电气柜内的走线架和走线板上。该方式可以充分利用柜内空间，尤其适用于元器件数量较多的全自动无人驾驶车辆 [2]。

　　标准地铁列车端部电气柜的侧面设置多路径式走线板，保证不同类型线缆可以分束走线;根据性能需求，在内部各主机元器件位置设置单层或双层走线杆，保证不同类型线缆分束接线。端部电气柜具体走线结构如图 6 所示。

　　3.2  外部走线设计

　　为了充分利用车辆空间，同时满足标准 GB/T 34571—2017《轨道交通 机车车辆布线规则》的要求，标准地铁列车不再采用传统的整车线缆从车顶贯通道和车下上线口直接进入电气柜的走线方式，端部电气柜的柜体与车体端墙之间预留走线通道。车顶贯通道处部分控制线和通信线，分束沿端墙预留通道向下走线到电气柜上中部位置，然后横向沿柜体骨架预设的走线架进入电气柜内部，进而完成电气柜内部元器件的接线工作。车下上线口处部分控制线和通信线，分束沿柜体底部避让口直接进入端部预留的走线通道，沿端墙走线架向上至电气柜下中部位置，然后横向进入电气柜内部，最终在电气柜内部完成接线工作。该方案可减少线缆占用的电气柜内部空间，优化柜内走线环境。端墙线缆走线示意图如图 7 所示。

　　3.3  内部走线设计

　　为了保证线缆布置的合理性和美观性，标准地铁列车电气柜内部走线遵循如下 3 个原则：

　　1)电气柜内交流线束和直流线束要分开布线 [3];

　　2)电气柜内通信线束和控制线束要分开布线;

　　3)电气柜内部线束和整车车辆进入电气柜内部线束应分开走线，避免线束混合。

　　根据上述走线原则对标准地铁列车端部电气柜走线路径进行统型，具体规划如下：

　　1)由车上进入电气柜的部分单芯线缆和多芯线缆，沿电气柜右侧的端墙凹槽处敷设至电气柜相应设备高度位置，然后进入电气柜。

　　2)由车上进入电气柜的单芯线缆，沿电气柜右侧扎线板敷设至相应端子排。

　　3)由车上进入电气柜的多芯线缆，沿电气柜左侧扎线板敷设至相应设备。

　　4)由车下进入电气柜的部分单芯线缆和多芯线缆，沿电气柜右侧的端墙凹槽敷设至电气柜相应设备高度，然后进入电气柜接线。

　　5)由车下进入电气柜的单芯线缆，沿电气柜右侧扎线板敷设至相应端子排。

　　6)由车下进入电气柜的多芯线缆，沿电气柜左侧扎线板敷设至相应设备。

　　上述走线路径充分利用电气柜空间，提升了电气柜内部走线的合理性。

　　4  试验验证

　　依据上述设计理念，在某标准地铁列车落地项目进行了分散式电气柜走线施工作业。依据座椅下分散式电气柜设计原则进行走线规划后，整车走线效果得到明显改善。统计结果显示，单车节省配线共约 1964 m，端部电气柜内部可利用走线空间提升了 15%。端部电气柜内部走线效果如图 8 所示，达到了控制线、交流线和通信线分束合理走线的目的。

　　5  结论

　　标准地铁列车电气柜布置策略及走线方案的主要优点有：

　　1)分散式电气柜布置灵活，通用性强，可同时满足 A 型和 B 型车辆对线缆布置的要求。

　　2)侧墙和端墙走线方式配合使用，可以提升整车空间的利用率，改善电气柜内部走线空间紧张的局面。

　　3)电气柜分散布置和走线路径规划，在满足各系统安装需求的前提下，提升了抗电磁干扰能力 [4]。

　　标准地铁列车已在郑许线上落地应用，获得用户和各方的一致好评。本文所研究的电气柜布置策略和走线方案，在不额外占用走线空间的前提下解决了目前城轨车辆电气柜走线需求高、走线空间小的难题。后续相关城轨车辆设计均可以参考使用本研究方法，进行电气柜的布置与走线路径设计。——论文作者：崔  韬 1 ，贾继云 2

　　参考文献：

　　[1] 崔 韬. 一种全自动无人驾驶车辆用继电器控制箱设计 [J]. 轨道交通装备与技术，2021(1)：38-39.

　　[2] 张 坤，李杏元，脱连弟，等 . 城市轨道车辆电器屏柜的设计分析 [J]. 机电工程技术，2018，47(2)：113-116.

　　[3] 庄程程 . 10DB 型机车电器屏柜设计 [J]. 科技信息，2012(21)： 84.

　　[4] 王玉琪 . CNC 电气柜的抗干扰措施 [J]. 机电产品市场，2007(6)： 58-60.