淺談廣州地鐵五號(hào)線列車ATO節(jié)能運(yùn)行

楊春

【摘要】從廣州地鐵五號(hào)線ATO實(shí)際運(yùn)行的速度曲線圖出發(fā)，闡述了列車在ATO控制下運(yùn)行的主要三個(gè)階段，即列車加速、巡航/惰行、列車制動(dòng)。通過控制列車最大時(shí)間的巡航/惰行來達(dá)到ATO節(jié)能運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】ATO運(yùn)行 巡航/惰行 節(jié)能運(yùn)行

城市軌道交通方便了市民的出行，但也帶來了巨大的電能消耗。車載信號(hào)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制列車運(yùn)行功能的同時(shí)，也需達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的。本文將從廣州地鐵五號(hào)線列車實(shí)際運(yùn)行情況出發(fā)，闡述列車ATO節(jié)能運(yùn)行情況。

一、五號(hào)線列車ATO基本功能介紹

五號(hào)線列車在正常運(yùn)行的過程中，為了有效地節(jié)約能量，在保持可用運(yùn)行時(shí)間的同時(shí)，對(duì)于在從當(dāng)前車站啟動(dòng)至下一個(gè)車站的整個(gè)距離，ATO必須計(jì)算所需的速度，該速度作為位置的函數(shù)（稱為‘軌跡）。列車的運(yùn)行軌跡會(huì)根據(jù)區(qū)間線路情況，考慮軌道坡度的加速和制動(dòng)效果，并且考慮依賴于半徑的曲線制動(dòng)效果。

五號(hào)線列車在每個(gè)區(qū)間的運(yùn)行過程基本一致，首先會(huì)經(jīng)歷一個(gè)加速階段，加速到一定速度后轉(zhuǎn)為巡航或惰性模式，最后列車進(jìn)入制動(dòng)階段保證列車在運(yùn)營停車點(diǎn)精確對(duì)標(biāo)停穩(wěn)。每個(gè)階段的曲線都會(huì)受每個(gè)區(qū)間線路長短、線路彎道、線路坡度等因素的影響。

二、五號(hào)線ATO列車運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

為了更好的分析五號(hào)線ATO列車在區(qū)間運(yùn)行情況，我們讀取了五號(hào)線多部列車的ATO運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與對(duì)比。以下將以0102車在三溪至魚珠上行區(qū)間運(yùn)行的ATO曲線圖（如圖2.1所示）為例進(jìn)行詳細(xì)闡述。

圖2.1 ATO列車在三溪至魚珠上行的運(yùn)行圖

縱坐標(biāo)：速度（km/h）橫坐標(biāo)：時(shí)間

各線條表示的物理量：

e……………………ATO輸出模擬量

b……………………列車實(shí)際速度

a……………………列車推薦速度

f……………………ATO輸出制動(dòng)命令

d…………………列車加速度

b表示列車的實(shí)際速度，是由車載OPG與雷達(dá)測速單元完成。

d是列車的加速度，是根據(jù)藍(lán)色的速度曲線計(jì)算出來的值，與速度曲線對(duì)應(yīng)。

a是列車的推薦速度，是列車根據(jù)安全防護(hù)點(diǎn)、線路限速等因素形成一條固定斜率的曲線，并要求列車的實(shí)際速度最大程度的貼近列車推薦速度運(yùn)行。 g：線路坡度 f：ATO模擬量，ATO根據(jù)列車的推薦速度通過ATO模擬量來控制列車的運(yùn)行速度。

c：ATO控制（有兩個(gè)狀態(tài)，虛線在10處代表值為1，即ATO有控制輸出，虛線在0處代表值為0，即ATO沒有控制輸出，虛線下同）

綠色虛線：ATO牽引輸出繼電器狀態(tài)（1或0）

f：ATO制動(dòng)輸出繼電器狀態(tài)（1或0）

從圖2.1可以看出，五號(hào)線ATO列車在區(qū)間運(yùn)行過程主要分成3個(gè)階段，牽引階段、巡航和惰行階段、制動(dòng)階段。

l、牽引過程。在圖中1、2標(biāo)記處ATO輸出100%牽引使列車以最大加速度達(dá)到ATO推薦速度，以貼合推薦速度運(yùn)行;

2、巡航和惰行過程。在圖中3標(biāo)記處軌道上有上坡，為了使列車實(shí)際速度貼合推薦速度，ATO輸出一個(gè)的牽引力使列車保持當(dāng)前恒定速度，即為巡航階段;在圖中4標(biāo)記處列車輸出模擬量為零，列車既不牽引也不制動(dòng)，處于惰行狀態(tài)，即為惰行階段。

3、制動(dòng)過程。在圖中5標(biāo)記處為列車制動(dòng)停車過程，ATO不斷調(diào)整制動(dòng)模擬量的大小使得列車實(shí)際速度貼合推薦速度運(yùn)行，最終保證列車在站臺(tái)精確對(duì)標(biāo)停車。

如圖2.1所示，五號(hào)線列車在運(yùn)行過程中，能夠最大程度的貼合ATO推薦速度運(yùn)行，在牽引階段ATO能夠輸出100%牽引模擬量來保證列車在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到ATO推薦速度。在列車的巡航惰性階段列車能夠按照列車的推薦速度最大程度以巡航和惰性模式運(yùn)行。在制動(dòng)階段列車能夠貼合列車的推薦速度制動(dòng)，保證列車能夠在站臺(tái)精確對(duì)標(biāo)停車。

五號(hào)線列車在實(shí)際運(yùn)行過程中，ATO列車在每一個(gè)站臺(tái)區(qū)間運(yùn)行時(shí)都是用同一個(gè)“軌跡”即ATO推薦速度曲線，但列車在運(yùn)營高峰期和運(yùn)營低峰期由于列車的載重不同，列車的牽引制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)ATO輸出模擬量的相關(guān)參數(shù)也有所變化。

通過對(duì)列車在同一區(qū)間分別在運(yùn)營高峰期和非運(yùn)營高峰期的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，列車的運(yùn)營高峰期和非高峰期的區(qū)間運(yùn)行時(shí)間，運(yùn)行軌跡基本相同。ATO為了保證列車正常的運(yùn)行軌跡，將輸出模擬量根據(jù)列車的載重量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。所以五號(hào)線列車在高峰期和非高峰期的ATO數(shù)據(jù)將不進(jìn)行分開討論

三、五號(hào)線ATO列車節(jié)能運(yùn)行方案預(yù)想

通過對(duì)目前五號(hào)線列車ATO運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，在區(qū)間運(yùn)行時(shí)間，ATO接口參數(shù)不變的情況下，增加列車巡航和惰性時(shí)間的可操作性不大。

如果需要進(jìn)一步增加五號(hào)線列車巡航和惰性時(shí)間，可以從以下兩個(gè)階段出發(fā)：

1、牽引階段，增大車輛牽引系統(tǒng)對(duì)ATO模擬量響應(yīng)加速度。根據(jù)接口文件，列車在0至35km/h間，列車在AWO.AW2的情況下，ATO在輸出100%牽引模擬量時(shí)，列車的最大加速度為l.Om/s2。如果列車牽引系統(tǒng)可能提高響應(yīng)加速度的話，就可以使列車以更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到列車的推薦速度，增加列車的惰性時(shí)間，以達(dá)到列車的節(jié)能運(yùn)行的目標(biāo)。

2、制動(dòng)階段。五號(hào)線列車常用制動(dòng)的最大制動(dòng)減速度為1.Om/s2。但是在列車正常制動(dòng)的情況下，制動(dòng)加速度為0.5m/s2左右。如果在列車的制動(dòng)過程中，增大列車制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)ATO輸出模擬量的制動(dòng)減速度。這樣就可以減少列車的制動(dòng)時(shí)間，同時(shí)增大列車的惰性時(shí)間。

以上兩種節(jié)能方案，目前只能從理論方面分析，根據(jù)五號(hào)線列車實(shí)際運(yùn)行情況來看，需要考慮到乘客的舒適性和列車牽引制動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)能力，所以還需要針對(duì)以上兩個(gè)方面的節(jié)能方案進(jìn)行進(jìn)一步的測試和探討。

四、結(jié)論

從五號(hào)線列車的ATO運(yùn)行曲線圖來看，五號(hào)線列車在ATO運(yùn)行過程中，已經(jīng)根據(jù)區(qū)間線路情況，實(shí)現(xiàn)了ATO巡航和惰性的節(jié)能運(yùn)行方式。所以從目前五號(hào)線列車的運(yùn)行情況來看，在現(xiàn)有ATO接口參數(shù)不變的情況下，通過增加ATO巡航和惰性的可操作空間不大。

從理論層面分析，五號(hào)線列車的區(qū)間運(yùn)行過程分為牽引、巡航惰性和制動(dòng)過程，可以通過減少列車牽引和制動(dòng)的時(shí)間，同時(shí)增加列車巡航和惰性時(shí)間來保證列車的區(qū)間運(yùn)行時(shí)間并達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的。