龐濤

制動(dòng)響應(yīng)差異對北京地鐵5號線ATO停車的影響

龐濤

北京地鐵5號線制動(dòng)系統(tǒng)在列車兩側(cè)駕駛室分別配備與ATO系統(tǒng)接口的編碼器，以實(shí)現(xiàn)將ATO輸出的模擬電壓指令轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制信號（PWM）。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)部分編碼器對同級別輸入電壓響應(yīng)存在差異，從而對ATO精確停車造成一定影響。

ATO；站臺精確停車；制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)差異

0 引言

北京地鐵5號線2007年10月開通列車自動(dòng)防護(hù)（ATP）下的人工駕駛模式運(yùn)營。隨后進(jìn)行列車自動(dòng)駕駛（ATO）功能調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)制動(dòng)系統(tǒng)對ATO精確停車存在兩方面影響：

（1）正線吸能裝置未投入使用造成“電制動(dòng)-空氣制動(dòng)”隨機(jī)轉(zhuǎn)換，列車綜合制動(dòng)性能欠佳，導(dǎo)致ATO停車不準(zhǔn)。

（2）PWM編碼器對同級電壓輸入響應(yīng)存在差異，影響ATO精確停車。

針對“電制動(dòng)-空氣制動(dòng)”制動(dòng)隨機(jī)轉(zhuǎn)換造成停車不準(zhǔn)的問題，最終通過修改ATO控車策略、優(yōu)化制動(dòng)軟件予以克服，并使ATO基本滿足日常運(yùn)營需求。但PWM編碼器響應(yīng)差異性對ATO精確停車的影響也不容忽略，本文主要針對該問題進(jìn)行分析、說明。

1 制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)差異對ATO停車精度影響

1.1 ATO精確停車控制模型

北京地鐵5號線ATO軟件采用“四段階梯式控制”的控制模型，從源頭上確保制動(dòng)率緩和變化，減小制動(dòng)率突變所帶來的制動(dòng)響應(yīng)延時(shí)，增加ATO控制精準(zhǔn)度。如圖1所示。

該ATO系統(tǒng)的停車控制模型是實(shí)現(xiàn)ATO精確停車的基礎(chǔ)，但制動(dòng)系統(tǒng)作為最終制動(dòng)力執(zhí)行單元，其實(shí)際響應(yīng)的線性度、跟隨性、一致性則是最終能否實(shí)現(xiàn)精確停車的關(guān)鍵因素。

1.2 指令與制動(dòng)系統(tǒng)輸出對應(yīng)關(guān)系

北京地鐵5號線車載ATO子系統(tǒng)控車過程中向制動(dòng)系統(tǒng)輸出0～10 V的連續(xù)直流電壓信號，通過接口配線連接到車輛專業(yè)的脈寬調(diào)制編碼器（PWM）的輸入端子。脈寬調(diào)制編碼器（PWM）根據(jù)收到的電壓輸入信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號發(fā)送到制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行單元。根據(jù)信號及車輛專業(yè)之間的接口文件規(guī)定：

（1）當(dāng)ATO指令電壓在6.000～6.683 V之間時(shí)，對應(yīng)牽引制動(dòng)的N位，列車惰行；

（2）當(dāng)ATO指令電壓小于6.000 V時(shí)，車輛實(shí)施制動(dòng)，且電壓越低對應(yīng)制動(dòng)級位越大；

（3）當(dāng)ATO指令電壓大于6.583 V時(shí)，車輛實(shí)施牽引，且電壓越高對應(yīng)牽引級位越大。

ATO指令電壓與PWM編碼器輸出值對應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

圖2 ATO指令電壓與PWM編碼器輸出值示意圖

圖2中（P1）—（P4）分別對應(yīng)“牽引1檔”至“牽引4檔”，（B1）—（B7）分別對應(yīng)“制動(dòng)1檔”至“制動(dòng)7檔”，（EB）對應(yīng)緊急制動(dòng)檔位。但ATO實(shí)際輸出的電壓為連續(xù)變化值，車輛的PWM編碼器同樣可將該電壓值連續(xù)、無級轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制信號。

1.3 制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)差異性及影響

車載ATO子系統(tǒng)通過MIST模塊最終輸出ATO指令電壓，經(jīng)過WAGO端子分?jǐn)嗪筮B接到ATOR3繼電器控制結(jié)點(diǎn)，并最終輸入到PWM編碼器。PWM編碼器將接收到的電壓信號最終轉(zhuǎn)換為對應(yīng)占空比的PWM信號輸出到牽引/制動(dòng)執(zhí)行單元，同時(shí)輸出到列車信息管理系統(tǒng)（TIMS）顯示對應(yīng)牽引/制動(dòng)級位。

列車信息管理系統(tǒng)（TIMS）在收到PWM編碼器發(fā)送的脈寬調(diào)制信號后將其換算為對應(yīng)的牽引/制動(dòng)級位進(jìn)行顯示，同時(shí)每秒記錄一次對應(yīng)的制動(dòng)級位變化情況。

在ATO指令電壓輸出鏈路上的第一處分?jǐn)帱c(diǎn)接入波形記錄儀，測試并記錄列車運(yùn)行過程中ATO輸出電壓的變化情況。如圖3所示。

圖3 制動(dòng)響應(yīng)差異測試原理示意圖

下載列車信息管理系統(tǒng)（TIMS）中存儲的牽引/制動(dòng)級位數(shù)據(jù)，通過對應(yīng)的換算公式將其換算接收到電壓值，并生成數(shù)據(jù)曲線。將該數(shù)據(jù)與波形記錄儀生產(chǎn)的圖形進(jìn)行對比，分析制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)際執(zhí)行的制動(dòng)力及ATO請求的制動(dòng)力之間的差異，如圖4所示。

圖4 制動(dòng)級位偏差測試結(jié)果曲線圖

經(jīng)過對比分析可以發(fā)現(xiàn)，不同PWM編碼器對同一級位ATO電壓實(shí)際響應(yīng)存在0.13 V左右的偏差。根據(jù)原理分析及現(xiàn)場實(shí)測最終確定0.13 V對應(yīng)0.2級的牽引/制動(dòng)級位差，對應(yīng)的制動(dòng)過程中的減速度偏差為0.28 m/s2。

列車運(yùn)行速度較高時(shí)，ATO有充足時(shí)間調(diào)整制動(dòng)指令消除該級位差影響。列車接近停車時(shí)，即使ATO發(fā)出調(diào)整指令，但因制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、車輛慣性等因素影響而無法實(shí)施。這種情況下，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可計(jì)算出該級位差對停車精度的影響如表1所示。

表1 不同速度結(jié)點(diǎn)下級位差對停車精度影響表

ATO運(yùn)行測試及ATO試運(yùn)營階段對TP422車ATO停車精度進(jìn)行記錄，通過大量數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)TP4226一側(cè)ATO停車精度較好，TP4221一側(cè)ATO停車精度較差。如圖5所示。

The braking system of Line 5 of Beijing Metro equipped with two separate encoders to interface with the ATO system, one for the front cab and one for the rear cab. These encoders can transfer the simulation voltage commands output from the ATO to the pulse width modulation (PWM) signals. It is found that part of these encoders has different responses against the same voltage input, which will induce certain influences to the ATO accurate stopping.

ATO; accurate stopping at platform; difference of braking system responses

U231.6

：B

：1007-936X(2016)01-0045-02

龐濤.中鐵通信信號勘測設(shè)計(jì)（北京）有限公司，工程師，電話：15901316887。