王鵬

(廣州市地下鐵道總公司，廣東廣州510000)

地鐵列車ATO模式對標(biāo)停車不準(zhǔn)故障分析

王鵬

(廣州市地下鐵道總公司，廣東廣州510000)

廣州地鐵5號(hào)線列車在乘客較多時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)ATO對標(biāo)停車不準(zhǔn)。現(xiàn)對這一故障進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)根本原因在于6 km/h以下的電空混合制動(dòng)配合不好。

ATO;故障;停車精度;電空混合制動(dòng)

城市軌道交通車輛普遍采用自動(dòng)駕駛(ATO)模式，保證列車高效運(yùn)行，并降低司機(jī)的工作強(qiáng)度。車站站臺(tái)基本上都配置了屏蔽門系統(tǒng)，就要求ATO系統(tǒng)必須能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)停車，列車車門與車站屏蔽門只有對位準(zhǔn)確，乘客才能順利上下車。而且如今的城市軌道交通客流量大、發(fā)車密度大，對站臺(tái)停車的時(shí)間要求非常嚴(yán)格。如果列車停車的位置有偏差，乘客上下車的時(shí)間就會(huì)延長，將直接影響列車的準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行。因此，對ATO模式列車站臺(tái)精確停車有了更高的要求，通常，列車在車站站臺(tái)的停車精度為±0.3 m時(shí)，應(yīng)保證列車停在該停車精度范圍內(nèi)的概率為99.99%;列車在車站站臺(tái)的停車精度為±0.5 m時(shí)，應(yīng)保證列車停車在該停車精度范圍內(nèi)的概率為99.998%。［1］

5號(hào)線列車在客流高峰期間經(jīng)常出現(xiàn)停車精度達(dá)到了0.5 m，車門和屏蔽門完全錯(cuò)開，迫使列車不得不后退重新對標(biāo)。后退列車耗費(fèi)時(shí)間較長，給正線運(yùn)營帶來了很大的麻煩。但是在列車乘客較少的時(shí)段，停車精度都比較好。

1 故障調(diào)查

通常15:00～16:00時(shí)間段的乘客較少，17:00～18: 00時(shí)間段由于進(jìn)入了下班高峰期而乘客較多，又以車陂南站至西村站之間的乘客最多，列車的載客量基本接近AW2狀態(tài)。記錄這兩個(gè)時(shí)間段，列車在各站的停車精度數(shù)據(jù)如表1所示。其中，“+”表示過標(biāo)，列車停車位置超過了停車標(biāo)志位;“－”表示欠標(biāo)，列車停車位置不到停車標(biāo)志位。

在乘客較少的時(shí)間段，列車對標(biāo)誤差基本維持在+ 20，在正常的誤差范圍之內(nèi)。但是在乘客較多的時(shí)間段，列車對標(biāo)誤差變化比較大，從+10至+50不等。對標(biāo)誤差在+30至+50之內(nèi)，就會(huì)降低上下乘客的效率。對標(biāo)誤差達(dá)到或者超過+50，列車需要后退并重新對標(biāo)停車。

表1 各站列車對標(biāo)情況

2 ATO模式列車停車過程

ATO模式列車的停車過程，是跟蹤一條恒定制動(dòng)率的推薦速度曲線的過程［2］。ATO系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)反饋的列車實(shí)際速度和列車位置信息，計(jì)算實(shí)際速度和推薦速度之間的差值，得出所需的制動(dòng)指令值，傳送給列車。列車根據(jù)制動(dòng)指令值，計(jì)算出所需的總制動(dòng)力，根據(jù)情況由電制動(dòng)執(zhí)行，或者空氣制動(dòng)執(zhí)行，或者兩者都有。整個(gè)過程如圖1所示。如果列車的實(shí)際速度曲線能夠與該速度曲線完全重合，則列車將完美的實(shí)現(xiàn)對標(biāo)停車。但是實(shí)際上，列車受速度檢測誤差、列車位置誤差、制動(dòng)力誤差、輪對打滑等因素的影響［3］，時(shí)刻都可能造成實(shí)際速度曲線偏離推薦速度曲線，此時(shí)ATO系統(tǒng)會(huì)通過實(shí)際速度與推薦速度的差值，增加或者減少制動(dòng)力進(jìn)行調(diào)整，使實(shí)際速度不斷的跟蹤推薦速度，直至列車速度為零。

圖1 ATO控制示意圖

在5號(hào)線列車制動(dòng)停車的整個(gè)過程中，由于直線電機(jī)無法電制動(dòng)到零速，速度在6 km/h以上時(shí)，列車以電制動(dòng)為主，載荷在AW2以下空氣制動(dòng)不需要補(bǔ)充。列車速度降到6 km/h以下后，電制動(dòng)力逐漸減少直至到零，同時(shí)空氣制動(dòng)力逐漸增加，并維持總制動(dòng)力不變，如圖2所示。在接近零速的時(shí)候，列車進(jìn)入保壓制動(dòng)模式(保壓制動(dòng)力為最大常用制動(dòng)力的70%)，直至停穩(wěn)［4］。

圖2 電空混合制動(dòng)示意圖

3 列車過標(biāo)原因分析

在乘客較少的時(shí)段，列車對標(biāo)誤差基本維持在+20 mm，列車停車曲線如圖3所示。列車速度從大約6 km/h開始，電制動(dòng)力逐漸減小，直至完全退出。但是氣制動(dòng)力并沒有在電制動(dòng)力減小的同時(shí)及時(shí)增大，來維持總的制動(dòng)力恒定，如圖4所示電空混合制動(dòng)部分，電制動(dòng)力曲線和空氣制動(dòng)力曲線沒有形成類似圖2的交叉。由于總的制動(dòng)力出現(xiàn)減小，列車速度曲線逐漸偏離了預(yù)先的斜率，制動(dòng)距離相應(yīng)延長，因此對標(biāo)誤差基本維持在+20 mm，在允許范圍之內(nèi)。

進(jìn)一步調(diào)查總制動(dòng)力出現(xiàn)減小的原因。在電空混合制動(dòng)開始之前，列車牽引系統(tǒng)會(huì)向制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出電制動(dòng)力退出的信號(hào)，從這一信號(hào)發(fā)出到電制動(dòng)力實(shí)際退出有約0.5 s的延時(shí)。但是在實(shí)際控制中，由于系統(tǒng)之間信號(hào)傳遞延時(shí)的影響，0.5 s延時(shí)并不充足。制動(dòng)系統(tǒng)在收到電制動(dòng)退出信號(hào)不久，實(shí)際的電制動(dòng)力就已經(jīng)開始退出了?？諝庵苿?dòng)力施加因此而滯后，如圖4所示，電制動(dòng)力幾乎降到零了，空氣制動(dòng)力才開始增加，造成了在這期間總的制動(dòng)力出現(xiàn)了短暫下降。

圖3 乘客較少的時(shí)段，對標(biāo)誤差維持在+20的停車曲線

圖4 電空混合制動(dòng)部分，取自圖3

在乘客較多的時(shí)段，列車部分站臺(tái)停車誤差達(dá)到了+50 mm，如圖5所示列車停車制動(dòng)曲線。由于電空混合制動(dòng)過程中存在的制動(dòng)力短暫下降問題，當(dāng)列車從輕載變?yōu)橹剌d，車重的增加將會(huì)放大制動(dòng)力短暫下降這一問題，在6 km/h以下的制動(dòng)距離會(huì)變的更長，造成列車進(jìn)站對標(biāo)誤差從+20 mm延長到了+50 mm。雖然通過速度反饋，ATO發(fā)現(xiàn)列車速度下降過慢，就不斷提高制動(dòng)力來降低車速，甚至達(dá)到了100%制動(dòng)力。但是，此時(shí)已經(jīng)到達(dá)了停車制動(dòng)階段的末期，到列車速度為零的時(shí)間非常有限，受空氣制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)的限制，已經(jīng)無法避免制動(dòng)距離進(jìn)一步延長。

仍然是在乘客較多的時(shí)段，列車部分站臺(tái)停車過標(biāo)并不大。以淘金站的停車曲線為例進(jìn)行分析，列車在淘金站的對標(biāo)誤差只有+15 mm，如圖6所示。該站列車電空混合制動(dòng)期間，電制動(dòng)力剛開始減少，空氣制動(dòng)力就開始增加，形成較好的交叉曲線，總制動(dòng)力基本能夠維持恒定，如圖7所示，因此對標(biāo)誤差就比較小。在圖6中，當(dāng)電制力開始退出時(shí)，ATO給出的制動(dòng)力指令值已經(jīng)達(dá)到了約70%，此時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)不再等待牽引系統(tǒng)給出的電制動(dòng)退出信號(hào)，直接開始施加制動(dòng)，空氣制動(dòng)施加恰巧不再滯后。而在圖5中，電制力開始退出時(shí)，制動(dòng)力指令值只有大約50%，制動(dòng)系統(tǒng)仍然在等待牽引系統(tǒng)給出的電制動(dòng)退出信號(hào)，因此空氣制動(dòng)施加就滯后了。

圖5 乘客較多的時(shí)段，對標(biāo)誤差+50的停車曲線

4 結(jié)束語

綜上所述，5號(hào)線列車ATO定位停車過標(biāo)的根本原因在于列車低速階段時(shí)電空轉(zhuǎn)換匹配性不好。牽引系統(tǒng)給出的電制動(dòng)退出指令的延時(shí)不足，使在電制動(dòng)力減少時(shí)，空氣制動(dòng)沒有及時(shí)響應(yīng)和補(bǔ)足電制動(dòng)力的缺失，造成列車總的制動(dòng)力減少，因而延長了速度6 km/h以下的列車制動(dòng)距離。在客流高峰時(shí)期，載客量的增加使得列車總質(zhì)量增加，使得速度6 km/h以下的列車制動(dòng)距離變得更長，甚至對標(biāo)誤差達(dá)到了+50 mm。而且此時(shí)處于停車制動(dòng)的末期，ATO通過增大制動(dòng)力指令值來減少制動(dòng)距離的措施，由于系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、空氣制動(dòng)系統(tǒng)誤差等因素的影響，無法達(dá)到調(diào)控的目的。

圖6 乘客較多的時(shí)段，淘金站停車曲線，對標(biāo)誤差+15

圖7 電空混合制動(dòng)部分，取自圖6

［1］ 王道敏.ATO站臺(tái)精確停車功能實(shí)現(xiàn)的制約因素分析［J］.鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)(RSCE)，2012，9(4):41-43，61.

［2］ 張 強(qiáng)，陳德旺，于振宇.城市軌道交通ATO系統(tǒng)性能指標(biāo)評(píng)價(jià)［J］.都市快軌交通，2011，24(4):26-29.

［3］ 王鵬飛，樊貴新，王新海，等.城軌車輛在ATO模式下停車精度問題的分析與探討［J］.鐵道機(jī)車車輛，2011，31(6): 77-79，87.

［4］ 王冬雷.地鐵車輛電空混合制動(dòng)平滑過渡問題分析及改進(jìn)建議［J］.電力機(jī)車與城軌車輛，2010，33(3):51-52.

Analysis on Parking Inaccuracy of the Metro Train in ATO Mode

WANG Peng
(Guangzhou Metro Corporation，Guangzhou 510000 Guangdong，China)

Parking inaccuracy in ATO mode often occurred in the train of Guangzhou metro line 5 when the passengers are more.This paper analyzes this problem，and find the key reason is that electro pneumatic hybrid braking below 6km/h is not matching well.

ATO;failure;parking accuracy;electro pneumatic hybrid braking

U239.5

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2015.01.27

1008－7842(2015)01－0118－03

)男，工程師(

2014-06-04)