如何實現成都地鐵4號線ATO模式下列車停車精度的提高

張揚

（成都地鐵運營有限公司 四川成都 610000）

如何實現成都地鐵4號線ATO模式下列車停車精度的提高

張揚

（成都地鐵運營有限公司 四川成都 610000）

城市軌道交通不斷發展的過程中，列車自動駕駛ATO模式已獲得了廣泛的應用，列車運行的可靠性得到保證，同時列車進站停車的精確性控制也受到廣泛關注。本文結合成都地鐵4號線ATO模式下的停車控制原理，在明確列車實際運行狀況的前提下，對影響列車停車精度的因素進行了分析，提出了針對性策略。

ATO系統；停車精度；方法探究

在無線通信技術發展的過程中，城市軌道交通廣泛應用ATO（列車自動駕駛）模式運行，降低操作人員的工作強度，提高列車運行的精準性[1]。在ATO模式運行情況下，列車的操作人員不參與進站停車，必須保證列車進站時準確停靠在站臺，如果停靠位置出現偏差，列車將不能準點運行，也影響乘客上下車。成都地鐵4號線列車自開始信號ATO調試以來，發現列車的運行曲線中普遍存在5km速度時，電空轉換中氣制動跟不上控車曲線的情況，導致ATO控車情況下有沖標的問題。為此信號的控車模型采取了前移制動曲線的方法，避免氣制動跟不上的問題。本文針對ATO運行模式下列車精度控制的問題，解析該解決措施。

1 ATO模式下列車停車控制原理

ATO控制系統的重要功能是要實現列車在車站精確停車，控制過程主要分為四個階段：

①應用VATP（Vehicle Automatic Train Protection，車載列車自動防護）系統實現對列車行駛速度的測定。為了測定列車的行駛速度，將多普勒雷達安裝在列車底部的車軸上，實時監控個列車的行駛速度，將數據記錄下來，便于對速度進行控制。

②安裝在列車底部的信標讀取器及時準確地獲得軌道線路中的信標信息，實現對列車的精準定位。信標裝置中包含列車的位置信息，裝置的工作頻率一般控制在2.4GHz，信標裝置可以及時將區域位置信息和列車位置信息等傳遞到VATC（Vehicle Automatic Train Control，車載列車自動控制）系統中。

③VATP系統中包含詳細的軌道線路信標，及時獲取列車的精準位置，在測速系統的幫助下實現對列車的精確定位，之后應用TWC（Train to Wayside，軌旁通信）系統將詳細的位置報告發送到RATP（Region Automatic Train Protection，區域列車自動防護）系統中，在RATP系統的幫助下，RATO（Region Automatic Train Operation，區域列車自動運行）系統可以準確獲得列車的所有信息，列車行駛過程中，可以及時讀取信標信息，并對位置信息進行更新。

RATO系統將列車運行位置信息和進站信息準確地傳輸到VATO（Vehicle Automatic Train Operation，區域列車自動運行）系統中，VATO系統實現列車的準確定位，并獲取位置、速度與停靠站信息，應用精確的位置信息確定出車站停車減速曲線。圖1是車站停車減速曲線。

圖1 車站停車減速曲線

2 影響停車精度的主要因素

2.1 列車速度測量精確性的影響

為了提高列車停車精度，需要對列車運行的瞬時速度和加速度進行精確測量。針對軌道列車而言，為了確定出牽引力或者制動力，需要借助車載信號系統去頂列車的運行速度和運行加速度，得出列車運行曲線，列車實際運行過程中借助測速電機和多普勒雷達精確測出列車速度，保證列車展廳進站停靠精度滿足標準，提高列車運行曲線的準確性。

2.2 列車位置定位精確性的影響

對列車定位的精確性影響到列車進站和停車的精確性，如果不能對列車運行速度和運行位置進行準確定位，將無法應用可靠的算法判斷列車的停靠位置，列車定位需要借助軌道信標和車載信標，因此列車精確定位的關鍵救治信標的布置位置和、布置密度和信標數據的精確性。

2.3 車載ATO系統軟件算法的影響

在列車速度判斷和列車定位都十分精確的前提下去，如果軟件系統出現故障或者算法不當，將導致繪制出的列車運行曲線不夠精確，列車進站和停靠位置的精確性不能保證，因此ATO運行模式下的軟件系統算法也成為影響列車進站停靠精度的重要因素[2]。

3 ATO運行模式下提高停車精度的方法

在分析ATO系統停車控制原理的基礎上，明確影響列車進站停靠精確性的因素，需要在三個方面進行精確性設計，將成都地鐵4號線列車進站停靠精度誤差控制在±3cm范圍內。

3.1 提高測量列車速度的精確性

列車進站停車控制的過程中，列車進入到制動工況，在制動過程中可能出現列車車輪打滑和空轉的現象，測速電機測定的列車速度也會出現較大的誤差。實際設計過程中，需要先保證VATC系統設備的運行效益，列車運行是及時獲得位置信息，將多普勒雷達輸入的速度信息與測速電機測定的速度信息進行比較，如果兩組速度信息誤差超過允許的范圍時，VATC系統將會自動判斷出車輛位于打滑或者空轉狀態，此時也會自動屏蔽掉測速電機的數據，默認多普勒雷達測定的數據為精確值，此時可以保證系統采集到準確的列車位置和速度信息，通過軟件計算后得出更加精確的速度曲線。

3.2 提高列車定位的精確性

列車定位的實現需要借助對軌道交通線路中信標的讀取，在實際設計過程中，為了提高列車定位的精確性，需要注重以下兩項內容：①提高信標內數據信息的準確性，幫助裂成更精確定位，同時保證VATC系統繪制出更精確的停車曲線；②提高車站區段內信標設置的密度，以減小停車距離的誤差，完成更加精確的停車口標[3]。

3.3 改進軟件算法

軟件設計的過程中，ATO運行模式確定出列車運行速度，并及時確定出控制算法。起始時刻將口標的巡航速度設置一個偏移值，偏移值一般為3～5km/h，偏移值低于ATP強制執行保證乘坐質量的限定速度。偏移值的設定可以保證列車停靠過程中有一定的時間緩沖，可以實現到達指定位置時偏移值的調整。如果列車保持較低的限定速度進入到車站區段時，在距離下一個區段足夠遠的位置，及時將口標巡航速度降低到保證乘坐質量的限定偏移值速度內，以此實現對列車速度的控制，并且在到達下一區段之前，可以經列車減速到規定的口標速度。另外也可以按照實際速度的超出情況借助緊急制動曲線實現對距離的調整，避免出現超速問題。

如果口標巡航速度出現變化時，可以按照控制算法進一步明確列車的加速度和沖擊率，實現對速度的調整控制，直到實際速度滿足口標巡航速度的要求。在列車進入到站點區段的情況下，可以將控制速度曲線與停車曲線合并，圖2繪制出列車進站停車過程中速度、加速度和距離關系曲線。

圖2 停車速度、加速度和位置的關系曲線

明確設計標準之后，對精確度的影響因素進行分析，對不同的系統進行單獨調試并測試結果，尋求最佳方案，去頂出調試步驟，先對列車空氣制動系統的預壓力進行調整，列車制動過程中空氣制動的預壓力下降，由原來的30kPa調整為20kPa，考慮到列車存在的欠標問題，預壓力調整的過程中空氣制動延遲200ms，以保證列車有充足的制動距離。如果通過調整預壓力的方法不能解決實際問題，之后可以對牽引系統進行調整，明確制動完成值和反饋值的關系，如果其中暴露出問題，必須進行重新標定，并進一步優化電控轉換的時序[4]。如果上述兩種方法都不能解決問題，可以對信號系統進行調整。成都地鐵4號線就是因為不能改善車輛電制動與氣制動時序的情況下，作出了信號系統的調整。檢測加速度計和速度傳感器的工作狀態，檢查不同環節的輸入輸出是否存在問題，調整了檢查軟件系統中的控制算法，通過測試確定的氣制動不及時量，重新計算確定信號控車曲線的前移量，從而達到精確控車的目的。應用上述方法后，對列車的制動特性進行驗證，均可以滿足列車停車精度要求。

4 結束語

城市建設不斷發展的過程中，軌道交通對列車運行提出了更高的要求，列車應用信號控制系統的過程中，將重點放在ATO工作模式上，以提高列車進站停靠精度為主要目標。本文以地鐵ATO運行模式下的站臺停車精度控制為主要對象，分析了影響停車精確性的因素，提出針對性策略。實踐表明，應用這些可靠的設計方法，可以進一步完善列車控制系統的調試，測試結果滿足運行控制需求，可以保證列車停靠精度，提高列車運行的安全性和穩定性。

[1]于振宇，陳德旺.城軌列車制動模型及參數辨識[J].鐵道學報，2011，33（10）：37.

[2]劉賀文，趙海東，賈利民，等.列車運行自動控制（ATO）算法的研究[J].中國鐵道科學，2014，21（4）：138.

[3]宿帥，唐濤.城市軌道交通ATO的節能優化研究[J].鐵道學報，2014，36（12）：50.

[4]楊艷飛，崔科，呂新軍，等.列車自動駕駛系統的滑模PID組合控制[J].鐵道學報，2014，27（6）：61.

U284.48

A

1004-7344（2016）17-0134-02

2016-6-1

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