張揚(yáng)

（成都地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司 四川成都 610000）

如何實(shí)現(xiàn)成都地鐵4號(hào)線ATO模式下列車(chē)停車(chē)精度的提高

張揚(yáng)

（成都地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司 四川成都 610000）

城市軌道交通不斷發(fā)展的過(guò)程中，列車(chē)自動(dòng)駕駛ATO模式已獲得了廣泛的應(yīng)用，列車(chē)運(yùn)行的可靠性得到保證，同時(shí)列車(chē)進(jìn)站停車(chē)的精確性控制也受到廣泛關(guān)注。本文結(jié)合成都地鐵4號(hào)線ATO模式下的停車(chē)控制原理，在明確列車(chē)實(shí)際運(yùn)行狀況的前提下，對(duì)影響列車(chē)停車(chē)精度的因素進(jìn)行了分析，提出了針對(duì)性策略。

ATO系統(tǒng)；停車(chē)精度；方法探究

在無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中，城市軌道交通廣泛應(yīng)用ATO（列車(chē)自動(dòng)駕駛）模式運(yùn)行，降低操作人員的工作強(qiáng)度，提高列車(chē)運(yùn)行的精準(zhǔn)性[1]。在ATO模式運(yùn)行情況下，列車(chē)的操作人員不參與進(jìn)站停車(chē)，必須保證列車(chē)進(jìn)站時(shí)準(zhǔn)確停靠在站臺(tái)，如果停靠位置出現(xiàn)偏差，列車(chē)將不能準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行，也影響乘客上下車(chē)。成都地鐵4號(hào)線列車(chē)自開(kāi)始信號(hào)ATO調(diào)試以來(lái)，發(fā)現(xiàn)列車(chē)的運(yùn)行曲線中普遍存在5km速度時(shí)，電空轉(zhuǎn)換中氣制動(dòng)跟不上控車(chē)曲線的情況，導(dǎo)致ATO控車(chē)情況下有沖標(biāo)的問(wèn)題。為此信號(hào)的控車(chē)模型采取了前移制動(dòng)曲線的方法，避免氣制動(dòng)跟不上的問(wèn)題。本文針對(duì)ATO運(yùn)行模式下列車(chē)精度控制的問(wèn)題，解析該解決措施。

1 ATO模式下列車(chē)停車(chē)控制原理

ATO控制系統(tǒng)的重要功能是要實(shí)現(xiàn)列車(chē)在車(chē)站精確停車(chē)，控制過(guò)程主要分為四個(gè)階段：

①應(yīng)用VATP（Vehicle Automatic Train Protection，車(chē)載列車(chē)自動(dòng)防護(hù)）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)行駛速度的測(cè)定。為了測(cè)定列車(chē)的行駛速度，將多普勒雷達(dá)安裝在列車(chē)底部的車(chē)軸上，實(shí)時(shí)監(jiān)控個(gè)列車(chē)的行駛速度，將數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，便于對(duì)速度進(jìn)行控制。

②安裝在列車(chē)底部的信標(biāo)讀取器及時(shí)準(zhǔn)確地獲得軌道線路中的信標(biāo)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)的精準(zhǔn)定位。信標(biāo)裝置中包含列車(chē)的位置信息，裝置的工作頻率一般控制在2.4GHz，信標(biāo)裝置可以及時(shí)將區(qū)域位置信息和列車(chē)位置信息等傳遞到VATC（Vehicle Automatic Train Control，車(chē)載列車(chē)自動(dòng)控制）系統(tǒng)中。

③VATP系統(tǒng)中包含詳細(xì)的軌道線路信標(biāo)，及時(shí)獲取列車(chē)的精準(zhǔn)位置，在測(cè)速系統(tǒng)的幫助下實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)的精確定位，之后應(yīng)用TWC（Train to Wayside，軌旁通信）系統(tǒng)將詳細(xì)的位置報(bào)告發(fā)送到RATP（Region Automatic Train Protection，區(qū)域列車(chē)自動(dòng)防護(hù)）系統(tǒng)中，在RATP系統(tǒng)的幫助下，RATO（Region Automatic Train Operation，區(qū)域列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行）系統(tǒng)可以準(zhǔn)確獲得列車(chē)的所有信息，列車(chē)行駛過(guò)程中，可以及時(shí)讀取信標(biāo)信息，并對(duì)位置信息進(jìn)行更新。

RATO系統(tǒng)將列車(chē)運(yùn)行位置信息和進(jìn)站信息準(zhǔn)確地傳輸?shù)絍ATO（Vehicle Automatic Train Operation，區(qū)域列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行）系統(tǒng)中，VATO系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)列車(chē)的準(zhǔn)確定位，并獲取位置、速度與?？空拘畔?，應(yīng)用精確的位置信息確定出車(chē)站停車(chē)減速曲線。圖1是車(chē)站停車(chē)減速曲線。

圖1 車(chē)站停車(chē)減速曲線

2 影響停車(chē)精度的主要因素

2.1 列車(chē)速度測(cè)量精確性的影響

為了提高列車(chē)停車(chē)精度，需要對(duì)列車(chē)運(yùn)行的瞬時(shí)速度和加速度進(jìn)行精確測(cè)量。針對(duì)軌道列車(chē)而言，為了確定出牽引力或者制動(dòng)力，需要借助車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)去頂列車(chē)的運(yùn)行速度和運(yùn)行加速度，得出列車(chē)運(yùn)行曲線，列車(chē)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中借助測(cè)速電機(jī)和多普勒雷達(dá)精確測(cè)出列車(chē)速度，保證列車(chē)展廳進(jìn)站?？烤葷M(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)，提高列車(chē)運(yùn)行曲線的準(zhǔn)確性。

2.2 列車(chē)位置定位精確性的影響

對(duì)列車(chē)定位的精確性影響到列車(chē)進(jìn)站和停車(chē)的精確性，如果不能對(duì)列車(chē)運(yùn)行速度和運(yùn)行位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，將無(wú)法應(yīng)用可靠的算法判斷列車(chē)的停靠位置，列車(chē)定位需要借助軌道信標(biāo)和車(chē)載信標(biāo)，因此列車(chē)精確定位的關(guān)鍵救治信標(biāo)的布置位置和、布置密度和信標(biāo)數(shù)據(jù)的精確性。

2.3 車(chē)載ATO系統(tǒng)軟件算法的影響

在列車(chē)速度判斷和列車(chē)定位都十分精確的前提下去，如果軟件系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者算法不當(dāng)，將導(dǎo)致繪制出的列車(chē)運(yùn)行曲線不夠精確，列車(chē)進(jìn)站和停靠位置的精確性不能保證，因此ATO運(yùn)行模式下的軟件系統(tǒng)算法也成為影響列車(chē)進(jìn)站停靠精度的重要因素[2]。

3 ATO運(yùn)行模式下提高停車(chē)精度的方法

在分析ATO系統(tǒng)停車(chē)控制原理的基礎(chǔ)上，明確影響列車(chē)進(jìn)站?？烤_性的因素，需要在三個(gè)方面進(jìn)行精確性設(shè)計(jì)，將成都地鐵4號(hào)線列車(chē)進(jìn)站停靠精度誤差控制在±3cm范圍內(nèi)。

3.1 提高測(cè)量列車(chē)速度的精確性

列車(chē)進(jìn)站停車(chē)控制的過(guò)程中，列車(chē)進(jìn)入到制動(dòng)工況，在制動(dòng)過(guò)程中可能出現(xiàn)列車(chē)車(chē)輪打滑和空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，測(cè)速電機(jī)測(cè)定的列車(chē)速度也會(huì)出現(xiàn)較大的誤差。實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要先保證VATC系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行效益，列車(chē)運(yùn)行是及時(shí)獲得位置信息，將多普勒雷達(dá)輸入的速度信息與測(cè)速電機(jī)測(cè)定的速度信息進(jìn)行比較，如果兩組速度信息誤差超過(guò)允許的范圍時(shí)，VATC系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)判斷出車(chē)輛位于打滑或者空轉(zhuǎn)狀態(tài)，此時(shí)也會(huì)自動(dòng)屏蔽掉測(cè)速電機(jī)的數(shù)據(jù)，默認(rèn)多普勒雷達(dá)測(cè)定的數(shù)據(jù)為精確值，此時(shí)可以保證系統(tǒng)采集到準(zhǔn)確的列車(chē)位置和速度信息，通過(guò)軟件計(jì)算后得出更加精確的速度曲線。

3.2 提高列車(chē)定位的精確性

列車(chē)定位的實(shí)現(xiàn)需要借助對(duì)軌道交通線路中信標(biāo)的讀取，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了提高列車(chē)定位的精確性，需要注重以下兩項(xiàng)內(nèi)容：①提高信標(biāo)內(nèi)數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，幫助裂成更精確定位，同時(shí)保證VATC系統(tǒng)繪制出更精確的停車(chē)曲線；②提高車(chē)站區(qū)段內(nèi)信標(biāo)設(shè)置的密度，以減小停車(chē)距離的誤差，完成更加精確的停車(chē)口標(biāo)[3]。

3.3 改進(jìn)軟件算法

軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，ATO運(yùn)行模式確定出列車(chē)運(yùn)行速度，并及時(shí)確定出控制算法。起始時(shí)刻將口標(biāo)的巡航速度設(shè)置一個(gè)偏移值，偏移值一般為3～5km/h，偏移值低于ATP強(qiáng)制執(zhí)行保證乘坐質(zhì)量的限定速度。偏移值的設(shè)定可以保證列車(chē)?？窟^(guò)程中有一定的時(shí)間緩沖，可以實(shí)現(xiàn)到達(dá)指定位置時(shí)偏移值的調(diào)整。如果列車(chē)保持較低的限定速度進(jìn)入到車(chē)站區(qū)段時(shí)，在距離下一個(gè)區(qū)段足夠遠(yuǎn)的位置，及時(shí)將口標(biāo)巡航速度降低到保證乘坐質(zhì)量的限定偏移值速度內(nèi)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)速度的控制，并且在到達(dá)下一區(qū)段之前，可以經(jīng)列車(chē)減速到規(guī)定的口標(biāo)速度。另外也可以按照實(shí)際速度的超出情況借助緊急制動(dòng)曲線實(shí)現(xiàn)對(duì)距離的調(diào)整，避免出現(xiàn)超速問(wèn)題。

如果口標(biāo)巡航速度出現(xiàn)變化時(shí)，可以按照控制算法進(jìn)一步明確列車(chē)的加速度和沖擊率，實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的調(diào)整控制，直到實(shí)際速度滿(mǎn)足口標(biāo)巡航速度的要求。在列車(chē)進(jìn)入到站點(diǎn)區(qū)段的情況下，可以將控制速度曲線與停車(chē)曲線合并，圖2繪制出列車(chē)進(jìn)站停車(chē)過(guò)程中速度、加速度和距離關(guān)系曲線。

圖2 停車(chē)速度、加速度和位置的關(guān)系曲線

明確設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之后，對(duì)精確度的影響因素進(jìn)行分析，對(duì)不同的系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試并測(cè)試結(jié)果，尋求最佳方案，去頂出調(diào)試步驟，先對(duì)列車(chē)空氣制動(dòng)系統(tǒng)的預(yù)壓力進(jìn)行調(diào)整，列車(chē)制動(dòng)過(guò)程中空氣制動(dòng)的預(yù)壓力下降，由原來(lái)的30kPa調(diào)整為20kPa，考慮到列車(chē)存在的欠標(biāo)問(wèn)題，預(yù)壓力調(diào)整的過(guò)程中空氣制動(dòng)延遲200ms，以保證列車(chē)有充足的制動(dòng)距離。如果通過(guò)調(diào)整預(yù)壓力的方法不能解決實(shí)際問(wèn)題，之后可以對(duì)牽引系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，明確制動(dòng)完成值和反饋值的關(guān)系，如果其中暴露出問(wèn)題，必須進(jìn)行重新標(biāo)定，并進(jìn)一步優(yōu)化電控轉(zhuǎn)換的時(shí)序[4]。如果上述兩種方法都不能解決問(wèn)題，可以對(duì)信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。成都地鐵4號(hào)線就是因?yàn)椴荒芨纳栖?chē)輛電制動(dòng)與氣制動(dòng)時(shí)序的情況下，作出了信號(hào)系統(tǒng)的調(diào)整。檢測(cè)加速度計(jì)和速度傳感器的工作狀態(tài)，檢查不同環(huán)節(jié)的輸入輸出是否存在問(wèn)題，調(diào)整了檢查軟件系統(tǒng)中的控制算法，通過(guò)測(cè)試確定的氣制動(dòng)不及時(shí)量，重新計(jì)算確定信號(hào)控車(chē)曲線的前移量，從而達(dá)到精確控車(chē)的目的。應(yīng)用上述方法后，對(duì)列車(chē)的制動(dòng)特性進(jìn)行驗(yàn)證，均可以滿(mǎn)足列車(chē)停車(chē)精度要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

城市建設(shè)不斷發(fā)展的過(guò)程中，軌道交通對(duì)列車(chē)運(yùn)行提出了更高的要求，列車(chē)應(yīng)用信號(hào)控制系統(tǒng)的過(guò)程中，將重點(diǎn)放在ATO工作模式上，以提高列車(chē)進(jìn)站停靠精度為主要目標(biāo)。本文以地鐵ATO運(yùn)行模式下的站臺(tái)停車(chē)精度控制為主要對(duì)象，分析了影響停車(chē)精確性的因素，提出針對(duì)性策略。實(shí)踐表明，應(yīng)用這些可靠的設(shè)計(jì)方法，可以進(jìn)一步完善列車(chē)控制系統(tǒng)的調(diào)試，測(cè)試結(jié)果滿(mǎn)足運(yùn)行控制需求，可以保證列車(chē)?？烤龋岣吡熊?chē)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

[1]于振宇，陳德旺.城軌列車(chē)制動(dòng)模型及參數(shù)辨識(shí)[J].鐵道學(xué)報(bào)，2011，33（10）：37.

[2]劉賀文，趙海東，賈利民，等.列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制（ATO）算法的研究[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2014，21（4）：138.

[3]宿帥，唐濤.城市軌道交通ATO的節(jié)能優(yōu)化研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，2014，36（12）：50.

[4]楊艷飛，崔科，呂新軍，等.列車(chē)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的滑模PID組合控制[J].鐵道學(xué)報(bào)，2014，27（6）：61.

U284.48

A

1004-7344（2016）17-0134-02

2016-6-1

張揚(yáng)（1982-），女，工程師，本科，主要從事城市軌道交通信號(hào)維保方面工作。