曾慶暉，譚　麗

(蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院， 蘭州　730070)

動(dòng)車(chē)組ATP對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)故障后的安全影響仿真分析

曾慶暉，譚麗

(蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院， 蘭州730070)

摘要：針對(duì)動(dòng)車(chē)組部分車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)故障后，采取切除故障車(chē)輛制動(dòng)力的處理方式，從安全防護(hù)曲線的生成與實(shí)際制動(dòng)過(guò)程的角度出發(fā)，對(duì)在完全監(jiān)控模式下的列車(chē)防護(hù)算法及制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行仿真。分析單限速區(qū)段和多限速區(qū)段速度防護(hù)曲線的算法和切除部分制動(dòng)力后實(shí)際制動(dòng)曲線與速度防護(hù)曲線的關(guān)系，找到觸發(fā)各類(lèi)制動(dòng)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)，對(duì)切除不同比例制動(dòng)力后實(shí)際制動(dòng)曲線進(jìn)行仿真，得出不同坡度和制動(dòng)初速度下、切除不同比例制動(dòng)力時(shí)的制動(dòng)距離。針對(duì)動(dòng)車(chē)組因故障切除部分制動(dòng)力后，產(chǎn)生過(guò)走距離，存在冒進(jìn)信號(hào)點(diǎn)的可能，參照防護(hù)曲線生成機(jī)理，給出兼顧制動(dòng)力故障的ATP安全防護(hù)方法，分析按該方法運(yùn)行時(shí)對(duì)通過(guò)能力的影響。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車(chē)組；制動(dòng)系統(tǒng)；過(guò)走距離；仿真；ATP

隨著我國(guó)高速鐵路建設(shè)的持續(xù)發(fā)展，為確保列車(chē)運(yùn)行的安全，修建時(shí)速200 km以上的高速鐵路時(shí)，需考慮列車(chē)運(yùn)行的安全性[1]。列車(chē)自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)(ATP)作為列控系統(tǒng)的核心安全控制部件，其性能對(duì)行車(chē)組織、安全運(yùn)營(yíng)有直接影響。車(chē)載ATP以列車(chē)制動(dòng)性能、線路條件等計(jì)算安全制動(dòng)距離[2]，并根據(jù)列車(chē)當(dāng)前位置，判斷運(yùn)行是否安全。根據(jù)《鐵路客運(yùn)專(zhuān)線技術(shù)管理辦法(試行)(200～250 km/h部分)》和《鐵路客運(yùn)專(zhuān)線技術(shù)管理辦法(試行)(300～350 km/h部分)》的規(guī)定，在制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障，只要切除制動(dòng)力小于50%時(shí)，動(dòng)車(chē)組仍能限速運(yùn)行。針對(duì)動(dòng)車(chē)組因意外情況制動(dòng)失靈，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行的安全防護(hù)措施為將列車(chē)的停車(chē)點(diǎn)(計(jì)算點(diǎn))設(shè)在防護(hù)點(diǎn)前適當(dāng)距離[4]，即設(shè)置過(guò)走防護(hù)區(qū)段，并對(duì)過(guò)走進(jìn)行限制[5]。而對(duì)于列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障后，列控系統(tǒng)怎樣繼續(xù)保證列車(chē)安全運(yùn)行的問(wèn)題需進(jìn)一步研究[6-7]。文獻(xiàn)[8]分析了動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)的故障類(lèi)型及各類(lèi)故障對(duì)行車(chē)安全的影響，在未考慮ATP曲線生成與常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)的觸發(fā)條件的前提下，計(jì)算過(guò)走距離。對(duì)于可能影響行車(chē)安全的故障類(lèi)型，給出了至多有1輛車(chē)制動(dòng)故障時(shí)的具體安全防護(hù)方案。

為保證動(dòng)車(chē)組在多輛車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)故障時(shí)的行車(chē)安全，計(jì)算、分析過(guò)走距離(考慮常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)的觸發(fā)條件)，本文通過(guò)仿真模擬動(dòng)車(chē)組在完全監(jiān)控模式下因故部分車(chē)輛失去制動(dòng)能力(或制動(dòng)力下降)，切除該部分車(chē)輛制動(dòng)力后的制動(dòng)過(guò)程，分析實(shí)際制動(dòng)曲線與速度防護(hù)曲線的相互關(guān)系，并以時(shí)速200 km和諧號(hào)CRp型動(dòng)車(chē)組為例，進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。結(jié)果表明，因動(dòng)車(chē)組的制動(dòng)力使用系數(shù)是預(yù)先確定的，而制動(dòng)力故障時(shí)偶發(fā)時(shí)的，切除部分制動(dòng)力后，當(dāng)剩余制動(dòng)小于ATP計(jì)算制動(dòng)力時(shí)，存在冒進(jìn)信號(hào)點(diǎn)的可能，冒進(jìn)距離與列車(chē)初速、線路坡度、制動(dòng)力切除比例等因素有關(guān)。針對(duì)動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)故障的突發(fā)性，提出根據(jù)動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)工作情況實(shí)時(shí)調(diào)整的ATP安全防護(hù)方法，從而保證了動(dòng)車(chē)組存在多輛車(chē)制動(dòng)故障時(shí)的行車(chē)安全。

1動(dòng)車(chē)組制動(dòng)曲線分析

目前超速防護(hù)曲線計(jì)算方法主要分為基于動(dòng)力學(xué)模型的計(jì)算方法和基于能量守恒的計(jì)算方法[9]。其理論依據(jù)為ATP超速防護(hù)模型標(biāo)準(zhǔn)[10]。防護(hù)曲線的計(jì)算為在已知制動(dòng)初速度v0和目標(biāo)速度v2的情況下，將列車(chē)的制動(dòng)過(guò)程看作由目標(biāo)限速點(diǎn)向制動(dòng)起模點(diǎn)的反向加速過(guò)程。實(shí)際制動(dòng)過(guò)程中速度曲線的仿真為根據(jù)列車(chē)制動(dòng)特性，假設(shè)列車(chē)在一個(gè)速度間隔內(nèi)的制動(dòng)合理不變，根據(jù)牽引計(jì)算得距離增量，求和距離增量，即為制動(dòng)總距離。

1.1動(dòng)車(chē)組制動(dòng)距離計(jì)算分析

通常情況下，CRH型動(dòng)車(chē)組給出各速度段的制動(dòng)減速度，當(dāng)列車(chē)制動(dòng)力起作用后，根據(jù)制動(dòng)減速度，運(yùn)用勻變速運(yùn)動(dòng)的計(jì)算公式分段求解制動(dòng)距離。以CRp型動(dòng)車(chē)組為例，制動(dòng)減速度由3段構(gòu)成，0～70 km/h減速度為常數(shù)，70～118 km/h和118～200 km/h減速度為速度v的一次函數(shù)。制動(dòng)減速度特性參數(shù)見(jiàn)表1[11]。

表1　CRp型動(dòng)車(chē)組制動(dòng)減速度特性參數(shù)

表1中所給制動(dòng)減速度特性參數(shù)為僅由列車(chē)制動(dòng)力產(chǎn)生的減速度a，未考慮基本阻力、坡道阻力、曲線阻力的影響。當(dāng)計(jì)算在任意坡道上的列車(chē)制動(dòng)距離時(shí)，有效制動(dòng)距離計(jì)算公式如下[12]

(1)

式中Se——有效制動(dòng)距離，m；

v0——所取速度間隔的制動(dòng)初速度，km/h；

v1——所取速度間隔的制動(dòng)末速度，km/h；

a——列車(chē)純制動(dòng)力引發(fā)的減速度，m/s；

w0——單位基本阻力，N/kN；

i——坡道千分度。

其中，動(dòng)車(chē)組在運(yùn)行中受到的單位基本阻力w0與多種因素有關(guān)。CRp動(dòng)車(chē)組的基本阻力經(jīng)驗(yàn)公式如下

(2)

式中w0——單位基本阻力，N/kN；

v——?jiǎng)榆?chē)組瞬時(shí)速度，km/h。

若考慮空走時(shí)間，得出的計(jì)算公式為

(3)

式中Sz——制動(dòng)距離，m；

SK——空走距離，m；

tk——空走時(shí)間，s；

v0——制動(dòng)初速度，km/s。

1.2防護(hù)曲線仿真1.2.1ATP防護(hù)曲線計(jì)算原理

現(xiàn)行的動(dòng)車(chē)組超速防護(hù)系統(tǒng)考慮了外部條件的不確定性和設(shè)備故障的可能， ATP計(jì)算使用的制動(dòng)力預(yù)留有一定安全系數(shù)。ATP計(jì)算的制動(dòng)距離

(4)

其中a——列車(chē)純制動(dòng)力引發(fā)的減速度，m/s(常用制動(dòng)取制動(dòng)減速度特性參數(shù)第7級(jí)減速度值，緊急制動(dòng)取緊急減速度值)；

β——制動(dòng)力使用系數(shù) (常用制動(dòng)取0.9，緊急制動(dòng)取1.0)。

1.2.2單限速區(qū)段ATP防護(hù)曲線的計(jì)算仿真

對(duì)單個(gè)限速區(qū)段而言，采用分段累積法計(jì)算，設(shè)列車(chē)距目標(biāo)點(diǎn)的距離為STarget，將長(zhǎng)度為STarget的區(qū)段分成n個(gè)長(zhǎng)度為ΔS的小區(qū)段，從限速區(qū)段入口按列車(chē)運(yùn)行方向的反方向推算。由式(5)得在有效制動(dòng)區(qū)域內(nèi)，求制動(dòng)初速度的計(jì)算式為

(5)

如圖1所示，計(jì)算時(shí)從第n個(gè)ΔS小區(qū)段開(kāi)始，該區(qū)段的終點(diǎn)速度vm，即為目標(biāo)速度vTarget，代入式(5)計(jì)算該區(qū)段的始端速度v0。相鄰的第n-1個(gè)ΔS小區(qū)段的終端速度為第n個(gè)區(qū)段的始端速度，把第n-1個(gè)小區(qū)段的終端速度代入式(5)，計(jì)算出第n-1個(gè)小區(qū)段的始端速度，以此類(lèi)推。當(dāng)計(jì)算到某個(gè)小區(qū)段的初速度大于或等于列車(chē)所在區(qū)段的限速時(shí)，則該小區(qū)段的始端即為有效制動(dòng)的起點(diǎn)。

圖1　單限速區(qū)段制動(dòng)曲線計(jì)算示意

1.2.3多限速區(qū)段ATP防護(hù)曲線計(jì)算

當(dāng)動(dòng)車(chē)組運(yùn)行前方有多個(gè)限速區(qū)段時(shí)，需分別對(duì)每個(gè)限速區(qū)段計(jì)算其防護(hù)曲線。計(jì)算時(shí)從最后一個(gè)限速區(qū)段開(kāi)始，具體步驟如下。

Step1：計(jì)算到前一限速區(qū)段入口為止的速度防護(hù)曲線，并記錄由該限速區(qū)段生成的曲線在各限速區(qū)段入口的速度值。

Step2：計(jì)算前一個(gè)限速區(qū)段生成的防護(hù)曲線，目標(biāo)速度取值為由后一限速區(qū)段計(jì)算到本限速區(qū)段入口時(shí)的速度與本區(qū)段限速值二者的最小值。

Step3：依次類(lèi)推，除最后一個(gè)限速區(qū)段外，其余各區(qū)段的入口速度值為前一限速區(qū)段生成的曲線在各限速區(qū)段入口的速度值與本限速區(qū)段限速值二者的最小值。

Step4：合并各段限速曲線，即為多個(gè)限速區(qū)段的ATP防護(hù)曲線。

1.3實(shí)際制動(dòng)曲線的計(jì)算仿真

在計(jì)算實(shí)際制動(dòng)曲線時(shí)，由于動(dòng)車(chē)組在區(qū)段運(yùn)行的限速已知，在已求得ATP防護(hù)曲線的前提下，可采用如下方法仿真實(shí)際曲線。

Step1：從列車(chē)當(dāng)前位置起，沿列車(chē)運(yùn)行方向依次查尋ATP防護(hù)曲線上各點(diǎn)速度值，當(dāng)列車(chē)速度值第一次小于等于區(qū)段限速時(shí)，記下ATP曲線上該點(diǎn)及前一個(gè)查找點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度和位置值。

Step2：判斷兩點(diǎn)間的距離差ΔS與位置誤差容限的關(guān)系。若滿足位置誤差容限，轉(zhuǎn)執(zhí)行Step3；反之，轉(zhuǎn)Step4。

Step3：取該點(diǎn)的速度和位置值作為制動(dòng)的起模點(diǎn)。轉(zhuǎn)Step6。

Step4：將ΔS小區(qū)段劃分為若干個(gè)長(zhǎng)度小于位置誤差容限的子區(qū)段，計(jì)算各子區(qū)段的入口速度。

Step5：沿列車(chē)運(yùn)行方向查找各子區(qū)段入口速度并與區(qū)段限速比較，將第一個(gè)小于等于起模點(diǎn)速度值的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度和位置值記為列車(chē)制動(dòng)起模點(diǎn)坐標(biāo)。

Step6：以起模點(diǎn)為始端，將列車(chē)的制動(dòng)過(guò)程分解為若干速度段，設(shè)其間各速度段的間隔為Δvn，代入式(1)，得各速度段內(nèi)的制動(dòng)距離ΔSn。

Step7：對(duì)ΔSn逐項(xiàng)求和，得各速度點(diǎn)的位置。

2動(dòng)車(chē)組部分制動(dòng)力切除后的實(shí)際制動(dòng)曲線計(jì)算

由1.2.1所述，生成ATP防護(hù)曲線時(shí)，動(dòng)車(chē)組的制動(dòng)力使用系數(shù)是預(yù)先確定的。而當(dāng)動(dòng)車(chē)組的某幾列車(chē)因制動(dòng)系統(tǒng)故障被切除制動(dòng)力時(shí)，實(shí)際制動(dòng)曲線按下式生成

S=SK+Se=SK+

(6)

式中N——?jiǎng)榆?chē)組列車(chē)的車(chē)輛總數(shù)；

m——因故切除制動(dòng)力的車(chē)輛總數(shù)。

2.1動(dòng)車(chē)組部分制動(dòng)力切除后的制動(dòng)過(guò)程分析

圖2　動(dòng)車(chē)組制動(dòng)曲線關(guān)系

2.2制動(dòng)過(guò)程計(jì)算仿真

實(shí)際制動(dòng)過(guò)程的仿真原理如圖3所示。

圖3　實(shí)際制動(dòng)轉(zhuǎn)換點(diǎn)示意

Step1：按1.2中所述方法，生成ATP常用制動(dòng)防護(hù)曲線和ATP緊急制動(dòng)防護(hù)曲線。

Step2：按2.1中所述方法，生成切除部分制動(dòng)力后的常用制動(dòng)曲線A-B。其中，制動(dòng)減速度取切除部分制動(dòng)力后的最大常用制動(dòng)減速度，按式(6)進(jìn)行計(jì)算。

Step3：比較切除部分制動(dòng)力的實(shí)際常用制動(dòng)曲線A-B與ATP生成的緊急制動(dòng)曲線C-D的位置關(guān)系，找到兩曲線交點(diǎn)，即常用制動(dòng)轉(zhuǎn)換為緊急制動(dòng)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)E。

Step4：自轉(zhuǎn)換點(diǎn)E起，將制動(dòng)減速度用剩余的緊急制動(dòng)減速度替換，按2.2中所述方法計(jì)算得緊急制動(dòng)過(guò)程的制動(dòng)曲線E-F。

Step5：連接A-E和E-F段曲線，得實(shí)際制動(dòng)曲線A-E-F。

其中為求A-B和C-D的交點(diǎn)E。由于仿真中A-B和C-D為擬合曲線，程序中兩條曲線的坐標(biāo)為離散點(diǎn)構(gòu)成的數(shù)組。因此，第一步采用遍歷搜索的方法找到滿足直線相交的4個(gè)點(diǎn)(A-B中的B1、B2點(diǎn)，C-D中的A1、A2點(diǎn))；第二步，將A1-A2、B1-B2按兩相交的線段求交點(diǎn)。

設(shè)部分制動(dòng)力切除后常用制動(dòng)相鄰點(diǎn)的坐標(biāo)為(Xi，Yi)、(Xi+1，Yi+1)，ATP緊急制動(dòng)曲線相鄰點(diǎn)的坐標(biāo)為(Xk，Yk)、(Xk+1，Yk+1)，則滿足直線相交的4個(gè)點(diǎn)的條件為

(7)

3仿真結(jié)果及分析

本文以CRp-200型動(dòng)車(chē)組為例，計(jì)算參數(shù)取自《時(shí)速200和300 km動(dòng)車(chē)組主要技術(shù)條件》，緊急制動(dòng)和常用制動(dòng)觸發(fā)條件根據(jù)《鐵路客運(yùn)專(zhuān)線技術(shù)管理辦法(試行)(200～250 km/h部分)》確定，回轉(zhuǎn)質(zhì)量系數(shù)按0.10取值。在線路限速200 km/h，線路坡度為0‰，目標(biāo)速度為0 km/h，假設(shè)動(dòng)車(chē)組在起模點(diǎn)處已切除2/8制動(dòng)力時(shí)，仿真生成的單限速區(qū)段的實(shí)際制動(dòng)曲線和ATP生成的常用制動(dòng)曲線、緊急制動(dòng)曲線如圖4所示。

圖4　切除2/8制動(dòng)力后實(shí)際制動(dòng)曲線

改變切除制動(dòng)力的比例、坡度和初速度取值，重復(fù)上述仿真過(guò)程，假設(shè)動(dòng)車(chē)組在起模點(diǎn)處觸發(fā)最大常用制動(dòng)，且此時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)故障，切除部分制動(dòng)力，得到不同制動(dòng)力切除比例、不同坡度條件的冒進(jìn)距離(未考慮過(guò)走防護(hù)區(qū))。如表2所示。

由表2知，列車(chē)冒進(jìn)信號(hào)的距離與切除部分制動(dòng)力后的比例、線路坡度、列車(chē)制動(dòng)初速度等都有關(guān)系，且冒進(jìn)距離受切除制動(dòng)力和列車(chē)初速的影響較坡度而言更明顯。

針對(duì)動(dòng)車(chē)組可能冒進(jìn)信號(hào)的情況，現(xiàn)行的安全防護(hù)措施為根據(jù)動(dòng)車(chē)組運(yùn)行過(guò)程中不同的制動(dòng)力切除比例采取限速運(yùn)行，并在計(jì)算制動(dòng)目標(biāo)點(diǎn)時(shí)預(yù)留有一段安全防護(hù)區(qū)[13-14]。但在運(yùn)行過(guò)程中，動(dòng)車(chē)組的制動(dòng)系統(tǒng)故障時(shí)突發(fā)的，冒進(jìn)信號(hào)的距離隨切除制動(dòng)力比例、線路坡度等因素變化顯著。以《既有線CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)車(chē)載設(shè)備技術(shù)規(guī)范(暫行)》(科技運(yùn)[2007]45號(hào))第5.2.3.2(3)條“制動(dòng)模式曲線計(jì)算”的規(guī)定為例，列控系統(tǒng)在完全監(jiān)控模式下，車(chē)站范圍內(nèi)列控系統(tǒng)計(jì)算的常用制動(dòng)終點(diǎn)(即停車(chē)目標(biāo)點(diǎn))為出站信號(hào)機(jī)外方60m，與表2比較知，該規(guī)定并不能完全保證列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)故障時(shí)的行車(chē)安全。因此，根據(jù)動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)工作情況，實(shí)時(shí)調(diào)整動(dòng)車(chē)組的安全防護(hù)措施有必要進(jìn)一步研究。

表2　停車(chē)冒進(jìn)信號(hào)距離

4安全防護(hù)對(duì)策

由前文所述，造成列車(chē)冒進(jìn)信號(hào)點(diǎn)的原因是列車(chē)的實(shí)際制動(dòng)力小于ATP計(jì)算的制動(dòng)力。而列車(chē)的常用制動(dòng)曲線為技術(shù)上安全的最大運(yùn)行速度曲線[14，16]。因此，一種有效的防護(hù)手段為保持動(dòng)車(chē)組制動(dòng)時(shí)使用的實(shí)際剩余制動(dòng)力時(shí)刻小于ATP計(jì)算常用制動(dòng)曲線使用的制動(dòng)力。據(jù)此，一種考慮列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)故障的安全防護(hù)方案設(shè)計(jì)思路如下。

4.1列控安全防護(hù)系統(tǒng)的建立條件

(1)制動(dòng)過(guò)程中，動(dòng)車(chē)組中至多新增一列車(chē)發(fā)生制動(dòng)系統(tǒng)故障；

(2)制動(dòng)開(kāi)始后，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各車(chē)輛的制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)；

4.2動(dòng)車(chē)組制動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

文獻(xiàn)[16]表明，一個(gè)優(yōu)良的制動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)具有適應(yīng)ATC控制、對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控故障診斷和故障導(dǎo)向控制等功能。圖5所示為CRH2型動(dòng)車(chē)組制動(dòng)控制系統(tǒng)框圖，由圖可知，ATP系統(tǒng)未能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)制動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)。當(dāng)動(dòng)車(chē)組中部分車(chē)輛出現(xiàn)制動(dòng)故障后，難以根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)調(diào)整計(jì)算制動(dòng)力和列車(chē)最高允許運(yùn)行速度，對(duì)列車(chē)進(jìn)行制動(dòng)故障時(shí)的安全防護(hù)。故可在動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置采集切除制動(dòng)力的裝置，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)調(diào)整ATP計(jì)算制動(dòng)力。采集裝置可按如下方法設(shè)置。

Step1：在動(dòng)車(chē)組的各輛車(chē)上設(shè)置，實(shí)時(shí)采集各車(chē)輛的制動(dòng)力狀態(tài)，并發(fā)送制動(dòng)力狀態(tài)信息給ATP系統(tǒng)。

Step2：在ATP車(chē)載系統(tǒng)上預(yù)留制動(dòng)力狀態(tài)接收接口，實(shí)時(shí)接收各制動(dòng)力狀態(tài)監(jiān)測(cè)器采集的制動(dòng)力狀態(tài)信息。

綜上，即在硬件上將ATP系統(tǒng)對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)控制轉(zhuǎn)為閉環(huán)控制。

圖5　CRp型動(dòng)車(chē)組制動(dòng)控制系統(tǒng)

4.3ATP防護(hù)曲線的確定

Step1：實(shí)時(shí)判斷動(dòng)車(chē)組切除制動(dòng)力的車(chē)輛總數(shù)n是否超過(guò)允許切除制動(dòng)力運(yùn)行車(chē)輛的容限。若未超過(guò)容限，則轉(zhuǎn)入Step2，若超過(guò)容限，則轉(zhuǎn)入Step3。

(8)

式中f(a)——制動(dòng)正常時(shí)最大常用制動(dòng)減速度(N=7)；

Step3：SATP系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)定計(jì)算減速度值為0。

綜上，以8輛編組的動(dòng)車(chē)組為例，其防護(hù)方案如圖6所示。

圖6　8列編組的動(dòng)車(chē)組防護(hù)方案

5結(jié)語(yǔ)

車(chē)載ATP防護(hù)曲線是確保列車(chē)安全制動(dòng)的重要組成部分之一。以CRp型動(dòng)車(chē)組的制動(dòng)參數(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)動(dòng)車(chē)組的制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行建模。針對(duì)列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)故障后，切除部分制動(dòng)力運(yùn)行的情況，仿真得出列車(chē)在不同初速、線路坡度和切除比例下的冒進(jìn)距離。結(jié)果表明，當(dāng)動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)故障后，即使在完全監(jiān)控模式下，按照現(xiàn)行規(guī)范行車(chē)，列車(chē)仍有冒進(jìn)信號(hào)的危險(xiǎn)。針對(duì)該問(wèn)題，提出一種根據(jù)動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)切除比例制動(dòng)力的不同，動(dòng)態(tài)調(diào)整ATP防護(hù)曲線的方法以保證行車(chē)安全。因在制動(dòng)系統(tǒng)正常時(shí)，該方法的計(jì)算減速度較實(shí)際減速度略小，對(duì)運(yùn)輸能力存在一定影響，因此，如何在保證動(dòng)車(chē)組在切除部分制動(dòng)力后行車(chē)安全的同時(shí)，盡可能降低對(duì)運(yùn)輸能力的影響將在后續(xù)工作中進(jìn)一步研究。

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Simulation Analysis of Safety Affect of EMU’s ATP after Braking System Failure

ZENG Qing-hui， TAN Li

(School of Automation and Electrical Engineering， Lanzhou Jiaotong University， Lanzhou 730070, China)

Abstract：With focus on the failure of part of the EMU vehicles’ brake system and the application of “closed door” measures， this paper simulates train protection algorithm and braking process in completely monitor mode， analyzes the algorithm of protection curves in single speed limit sections and multiple speed limit sections and the relationship between the actual braking curve and speed protection curve after cutting off partial breaking force based on protection curve generation and actual braking process and finds out the trigger points of all kinds of brakes. This paper calculates the braking distance with different slopes， initial braking speed and removal rate of braking by simulating actual braking curve after removal of different rate of braking force. In view of the potential excessive braking distance and signal intruding due to the failure removal， an ATP safety protection method to cope with brake system failure is put forward with reference to protection curve generation mechanism， and the effect of this method on line capability is analyzed.

Key words：Electric multiple units (EMU); Braking system; Excessive braking distance; Simulation; automatic train protection (ATP)

中圖分類(lèi)號(hào)：U284.46

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.06.035

文章編號(hào)：1004-2954(2015)06-0155-06

作者簡(jiǎn)介：曾慶暉(1988—)，男，助理工程師，碩士研究生，E-mail：whzzxzqh@163.com。

基金項(xiàng)目：甘肅省科技計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)090GKCA032)

收稿日期：2014-08-08； 修回日期：2014-10-18