施 篇

(北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070)

1 概述

巴西圣保羅13號線項目是中國通號首個巴西車載項目，該項目配套的車載設備為FZL300系列產品，在國內已裝備于“重慶地鐵5號線”“長春北湖線”等多條地鐵線路運行的城軌列車。

國內運行的FZL300系列車載設備產品是基于國內城軌業(yè)主應用需求及地面設備制式開發(fā)，而對配置于巴西圣保羅S2500系列車型的車載設備，需根據(jù)國外業(yè)主定制化開發(fā)需求及司機操作習慣對部分路況條件下的控速及防護邏輯進行適配性修改。國內城軌線路，對于從高速區(qū)段至低速區(qū)段的列車控速，主要通過地面應答器或車地無線通信提前進行變速點預報，由司機主動控速，避免超速。巴西圣保羅13號線項目的FZL300系列車載設備擬在巴西圣保羅7～13號線上進行運營，相關線路上均未設置地面應答器及車地無線通信系統(tǒng)，常規(guī)的車載控速防護邏輯不適用于巴西圣保羅線路情況，且極易導致運行過程中觸發(fā)緊急制動，影響設備可用性。

2 圣保羅地面線路情況

圣保羅地面線路設備主要為軌道電路，其地面信號載頻包括60 Hz和90 Hz兩種，具體如表1所示。

表1 代碼頻率對應關系Tab.1 Corresponding relations of code and frequency

軌道電路速度碼的確定取決于由軌道電路接收天線接收到的信號，VMA1碼對應允許速度為90 km/h，VMA2碼對應允許速度為70 km/h，VL碼對應允許速度為50 km/h，VR碼即為0允許速度碼。SPU信號為重疊保護信號，被用于載波頻率為90 Hz的軌道上，作為確定軌道轉變點的附加信號。

3 車載設備控速防護方案

3.1 車載設備系統(tǒng)構成

巴西圣保羅項目車載設備系統(tǒng)主要包含車載ATC主機、車載ATO主機、DMI單元、車載TCR單元、車載TAG設備、加速度計、測速裝置等設備。車載信號設備的組成如圖1所示。

圖1 車載ATC設備系統(tǒng)結構Fig.1 The system structure of onboard ATC equipment

3.2 車載設備控速功能總體要求

車載設備系統(tǒng)操作模式包括ATO操作模式（AM模式）、主動操作模式（SM模式）、繼續(xù)限制速度模式（VR模式）、操作性限制模式（RO模式）、有限隔離模式（LIS模式）、完全隔離模式（UIS模式）。其中，UIS模式為完全隔離車載設備模式，車載設備不限制列車運行速度；VR模式允許速度限制為25 km/h；RO模式、LIS模式允許速度限制為50 km/h；AM模式、SM模式通過車下TCR天線接收地面軌道電路發(fā)出的允許速度碼信息進行控車。

車載設備主要控速反應為超速情況下輸出切牽引、全常用制動及緊急制動，當列車速度低于允許速度2 km/h時，車載ATC系統(tǒng)將輸出切牽引指令，當列車速度低于允許速度4 km/h時，該切牽引指令將被撤銷；當列車速度高于允許速度1 km/h時，車載ATC系統(tǒng)將輸出施加全常用制動指令，當列車速度低于允許速度1 km/h時，該全常用制動施加指令將被撤銷；當列車速度高于允許速度3 km/h時，車載ATC系統(tǒng)將輸出施加緊急制動指令，只有當速度達到0 km/h時，該緊急制動指令才能被撤銷。

車載ATC設備在AM、SM模式下，通過車下TCR天線接收地面軌道電路發(fā)送的允許速度碼信息，并且按照相應的允許速度進行速度監(jiān)控。列車運行過程中，如果當前的TCR碼允許的速度高，進入下一軌收到的TCR允許速度碼低（例如：從VMA1變到VMA2），車載ATC需要考慮運營的安全性和可用性，即需要對降速進行防護，又需要防止降速過程中發(fā)生不必要的緊急制動影響運營。按照現(xiàn)場技術人員與業(yè)主溝通以及對速度曲線計算的通常做法，設計總體要求如下。

第一：按照預定減速度從高TCR限速的允許速度逐步計算出一條減速度曲線作為允許速度防護曲線，一直計算到低TCR限速的允許速度。

第二：當車載ATC接收到TCR的允許速度碼發(fā)生從高到低的變化時，立刻切除列車牽引并輸出最大常用制動，直到降速過程結束。

第三：考慮司機（SM模式）和ATO（AM模式）的反應時間，從ATC接收到TCR的允許速度碼發(fā)生從高到低的變化開始計時，在反應時間內車載ATC保持原來的控制方式，反應時間過后進入允許速度降低監(jiān)控區(qū)。

第四：進入允許速度降低監(jiān)控區(qū)時，進行降速允許速度計算，依據(jù)計算出來的允許速度按正常的速度防護邏輯進行速度防護。

第五：當列車的實際速度低于新的TCR允許速度計算出來的切牽引速度時，緩解降速切牽引防護，緩解降速最大常用制動，退出允許速度降低防護監(jiān)控，進入正常的速度控車邏輯。

3.3 控速功能實現(xiàn)方式

現(xiàn)場實際運營場景主要包括如下兩種。

1）列車以高于該區(qū)段允許速度的實際速度駛入該區(qū)段，實現(xiàn)方式示意如圖2所示。

圖2 車載ATC降速防護曲線（場景一）Fig.2 Curves of deceleration protection of onboard ATC (scenario 1)

其中：

t1：車載ATC接收到TCR的允許速度編碼發(fā)生從高到低的變化時刻，輸出降速監(jiān)控切牽引和最大常用制動。

t1→t2：司機和ATO設備反應時間，按照原來的速度控車邏輯。

t2：進入允許速度降低監(jiān)控區(qū)，開始降速監(jiān)控。

t3：列車實際速度下降到低于新TCR限速計算出來的切牽引速度時刻。退出允許速度降低監(jiān)控邏輯，緩解降速監(jiān)控切牽引，緩解降速最大常用制動。進入正常限速監(jiān)控。

t4：車載ATC按照預先設定的減速度計算減速曲線的允許速度到達新TCR限速的時刻。

t2→t3：這段時間屬于允許速度降低監(jiān)控區(qū)，車載ATC按照預先設定的減速度計算允許速度。

2）列車以低于該區(qū)段允許速度的實際速度駛入該區(qū)段

實現(xiàn)方式示意如圖3所示。

圖3 車載ATC降速防護曲線（場景二）Fig.3 Curves of deceleration protection of onboard ATC (scenario 2)

其中，由于實際速度V4低于TCR新編碼計算出的切牽引速度，所以不輸出降速監(jiān)控切牽引及最大常用制動。允許速度直接變?yōu)樾碌腡CR編碼允許速度。進入正常限速監(jiān)控邏輯。

為了更好的理解，以列車從VMA1區(qū)段駛入VL區(qū)段的相關反應為例，流程如圖4所示。

圖4 列車運行流程示例Fig.4 Flowchart of an example of train operation

在以上ATC控車過程中，ATC仍然按照當前超速防護邏輯保持行車防護，并以ATC內部計算允許速度作為實時允許速度標準，即當列車實際速度由于下坡或制動力不足等原因超過ATC內部計算允許速度3 km/h時，ATC將判斷運行超速，并輸出緊急制動。

3.4 方案優(yōu)缺點分析

當前控速方案的優(yōu)缺點較為明顯，如下所述。

優(yōu)點：當軌道電路的限速降低時，ATC設備可主動降速，降低司機工作強度，避免因司機操作疏漏或不可預計的減速區(qū)段造成列車運行超速。

缺點：當軌道電路的限速降低時，ATC設備主動降速且總是使用最大制動力，將降低列車運行的平穩(wěn)性和舒適性。

對于該方案的優(yōu)化思路主要為，在降速過程中根據(jù)當前實際列車速度與目標允許速度的差值進行軟件邏輯判斷，結合ATC內部計算允許速度的下降曲線，輸出不同級別的常用制動。

4 總結

本文研究的巴西地鐵車載設備控速防護邏輯，解決了當前受限于巴西圣保羅地鐵地面設備配置導致的降速轉碼問題，并能夠有效降低司機操作的勞動強度，提高了設備的可用性。

該邏輯方案的設計基于當前現(xiàn)場地面設備配置及線路環(huán)境，隨著現(xiàn)場應用及地面設備配置的升級改造，后續(xù)將不斷完善，列車運行的平穩(wěn)性和舒適性也將進一步提高。