7、铁路自动列车运行安全分析与齿轮箱轴承剩余使用寿命估计

铁路自动列车运行安全分析与齿轮箱轴承剩余使用寿命估计

1. ETCS 基础上的自动列车运行系统可靠性分析

在列车运行中，ETCS 基础上的自动列车运行（ATO）系统的可靠性是一个关键问题。相关研究对 R2 和 R3 的可靠性进行了分类分析，具体如下表所示：
| 类别 | 描述 | R2 | R3 |
| — | — | — | — |
| 简单 | 仅少数变量，全面考虑人体工程学 | 0.9999 | 0.9995 - 0.9999 |
| 一般 | 不超过十个变量 | 0.9995 | 0.9950 - 0.9995 |
| 复杂 | 超过 10 个变量，人体工程学考虑不全面 | 0.9900 | 0.9900 - 0.9990 |

考虑到列车运行中常用变量不超过 10 个，列车运行相对简单，因此将 R2 设置为 0.9999，R3 设置为 0.9997。R1 是从 ETCS 系统接收信息的可靠性，根据相关故障概率可计算出 R1 为 0.9973，进而得出 R0 为 0.9969。这表明基于 ETCS 的 ATO 系统在干线运行的可靠性与经验丰富的司机在完全无人驾驶情况下驾驶列车的可靠性几乎相同，甚至能展现出更高的持续可靠性。

目前，基于 ETCS 的 ATO 3 级（L3）无人驾驶系统尚未在干线铁路环境中部署，原因是无人驾驶列车系统的安全性在运营层面无法得到有效保障，所以进行系统级安全分析十分必要。研究通过 SysML 和 FMEA 对 ATO 系统进行了定性分析，结果显示避免子系统间的信号丢失是防止系统退化的最佳安全措施。同时，开发了连续时间马尔可夫链来计算 ATO 系统的故障模式比率，并建议将默认维护间隔调整为 33 天，