特殊場景下ATO控車方案探討

夏振東

（卡斯柯信號有限公司，北京 100070）

1 問題追溯

在互聯(lián)互通項目中，對于停車區(qū)域?qū)傩缘亩x通常是根據(jù)停車點的類型來判斷。根據(jù)互聯(lián)互通規(guī)則，當(dāng)停車點屬性為運營停車點時，相應(yīng)的停車區(qū)域才被認為是默認停車區(qū)域。也正因此，在實際項目列車自動運行（ATO）調(diào)試的過程中遇到如下問題。

當(dāng)自動運行任務(wù)（ATM）有效時，列車根據(jù)中心列車自動監(jiān)控（ATS）下發(fā)的運行任務(wù)執(zhí)行停車作業(yè)。對于需在非默認停車區(qū)進行停車，但無ATS下發(fā)的任務(wù)（人工進路）或者ATO運行過程中車載控制器（VOBC）與ATS失去通信時，VOBC將無法按照停車點正常停車，此時ATO的唯一限制點是限制態(tài)的信號機。因此當(dāng)制動響應(yīng)較差時，可能會出現(xiàn)停車距信號機過近或冒進信號的情況。

2 解決方案

依據(jù)ATO控車原理，針對此問題有兩個方案可以執(zhí)行。

方案一：通過修改ATO對于信號機限制點的停車策略，適當(dāng)?shù)姆糯驛TO針對限制信號機參考點的偏移量，令VOBC在ATO控車下，當(dāng)最強限制點是限制態(tài)信號機時，依據(jù)信號機上游處更大的偏移量計算ATO參考曲線，從而達到停車時不過于接近信號機的效果。此方案中偏移量設(shè)置的大小，需在不破壞正常紅燈停車策略的前提下，盡可能地放大偏移量，因此需多次現(xiàn)場調(diào)試來進行確認驗證。

方案二：如圖1所示，在非默認停車區(qū)，限制信號機為最強限制點，此時VOBC無法看到停車區(qū)內(nèi)的停車點。可通過VOBC距離激活停車點的距離（Active_SSP_distance）與VOBC收到的區(qū)域控制器（ZC）發(fā)送的列車控制信息幀中的障礙點信息，計算出的到障礙點距離（CBTC_EoA_limit_distance）進行判斷，確定前方信號是否為紅燈。一旦紅燈條件判斷成立，VOBC根據(jù)推算結(jié)果，在S0處，即距障礙點距離為d處，施加最大常用制動，讓列車提前響應(yīng)一定級位的制動力，這樣可以起到提前停車的效果，并使車停到一個較合適的位置。

由于Active_SSP_distance是ATO計算的精確距離，CBTC_EoA_limit_distance是ATP考慮最大定位誤差計算的距離，用它們進行紅燈判斷的時候，必須考慮定位誤差的影響。否則在定位誤差大且停車點（SSP）到計軸點比較近的車站，紅燈進站過程中會出現(xiàn)短暫的Active_SSP_distance大于CBTC_EoA_limit_distance的情況，此時會在正常停車站紅燈的情況下，誤觸發(fā)紅燈無停車點控制機制，從而破壞正常站紅燈時 ATO停車策略，造成欠標(biāo)的情況。因此應(yīng)用這兩個條件判斷施加最大常用制動的點時，需考慮定位誤差的影響，若項目最大打滑率為15%，考慮測速設(shè)備（編碼里程計）的自身誤差為1%，線路上連續(xù)3個應(yīng)答器最大間距為600 m，最大定位誤差loc error=600×16%=96 m。同時需要考慮退出施加最大常用制動命令的條件。如列車正確?？亢螅恍枰５厥┘颖３种苿蛹纯?，不再需要施加最大常用制動正常的命令，若不緩解最大常用制動命令，列車將無法正常以ATO模式啟動。

綜合考慮后，最終判斷邏輯如圖2所示。

本方案最關(guān)鍵的是需要估算出開始施加最大常用制動的點，也就是開始施加大制動時，車與障礙點的距離d。如圖1所示，d=d1+d2，d1表示VOBC施加最大常用制動后，整個制動距離；d2表示停車區(qū)域中理論停車點與障礙點（計軸）的距離，此距離可通過查看平面圖確認，暫用11 m進行估算。因此僅需要估算出d1的距離。

若項目停車區(qū)域坡度較小，可忽略坡度加速度影響。如果停車區(qū)域存在較大坡度，需考慮坡度加速度的影響。為簡化且便于理解，將信號機和計軸同點處理。

實際上從VOBC發(fā)出施加最大常用制動命令后，到列車停車的過程大致可分為3個階段，如圖3、4所示。

第一階段：列車從當(dāng)前減速度增大到列車最大常用制動減速度的過程，對應(yīng)運行距離與時間分別為D1，T1；

第二階段：列車穩(wěn)定在最大常用制動的過程，對應(yīng)運行距離與時間分別為D2，T2；

第三階段：列車撤銷最大常用制動恢復(fù)到默認停車需施加的制動減速度，對應(yīng)運行距離與時間分別為D3，T3。

其中第三階段執(zhí)行時速度已經(jīng)接近1 km/h，早已完成電空轉(zhuǎn)換過程。此時起主要作用的是氣制動，且本身延時較大，其主要作用是讓車停下后執(zhí)行正常的駐車制動，防止溜車情況發(fā)生。且第三階段持續(xù)時間很短，在估算的前提下，第三階段走行距離基本可以忽略，或?qū)⑵洳⑷氲降诙A段考慮。因此實際需要確認的距離D=D1+D2。

計算過程中所用參數(shù)均來源于某開通項目，計算過程如下（為方便計算，所有計算結(jié)果均保留小數(shù)點后兩位）。

1）求第一階段的末速度V2（即第二階段的初速度）

第二階段是從速度V2開始做勻減速運動，假定障礙點到停車點的距離為11 m，即d2=11 m，若從V2按照ATO限制點為信號機正常停車，已知減速度a1=-0.6 m/s2，運行的距離為D0；若從V2按照ATO參考點為停車點去停車，用第二階段的最大減速度a2=-1.1 m/s2，運行的距離為D2，如圖5所示，D0－D2=11 m，根據(jù)運動學(xué)公式，

其中：V0表示初速度，Vt表示末速度，s表示走行距離，a表示減速度（制動過程）。

以D2和D0的對應(yīng)關(guān)系，代入已知參數(shù)可得：(0從而推出，初速度V2=5.39 m/s。

2）第一階段運行距離計算

第一階段從ATO正?？剀嚨墓潭p速度a1加到最大常用制動減速度a2的過程，對應(yīng)的速度為V1和V2，走行距離為D1。已知a1=-0.6 m/s2，a2=-1.1 m/s2，加速度變化率（jerk）=0.75 m/s3，V2=5.39 m/s。

實際上這一階段為變減速運動，考慮第一階段是從當(dāng)前減速度增大到列車最大常用制動減速度的過程，在ATO制動命令級位變化的過程中，信號系統(tǒng)會控制加速度的變化率不高于0.75 m/s3，若按此jerk推算，第一階段的時間最大為

其中：V0表示初速度，Vt表示末速度，t表示所用時間，a表示減速度（制動過程）。

如果減速度取a1，將項目參數(shù)代入公式（2），可得V2=V1+a1×T1，從而推得 ：V1=V2－a1×T1。代入已知數(shù)值，求得V1=5.79 m/s，根據(jù)速度位移公式（1）可求得第一階段運行距離

如果減速度取a2，將項目參數(shù)代入公式（2），可 得V2=V1+a2×T2，從 而 推 得V1=V2－a2×T1，代入已知數(shù)值，求得V1=6.12 m/s，根據(jù)速度位移公式（1）可求得第一階段運行距離

由于第一階段持續(xù)時間相對較短，按勻減速不同減速度（ATO正?？剀嚨墓潭p速度a1以及最大常用制動減速度a2）估算第一階段運行距離，從計算結(jié)果可見，兩種減速度下計算出的距離相近。由此可推斷第一階段的實際變減速運動距離也應(yīng)與上述勻減速運動估算的值相近。

3）簡化后對VOBC施加最大常用制動直至停車的距離計算

通過上述計算結(jié)果驗證，為了簡化計算，可以把整個過程等效為一個勻減速運動過程進行估算。簡化后如圖6所示，本方案實際需預(yù)估d的距離，且已知d2=11 m。

如圖6所示，當(dāng)車速達到V1時，VOBC申請最大的減速度a1=-1.1 m/s2，用于列車停到停車點附近。從速度V1到降為速度0的過程中走行距離為d1。此過程可視為以a1=-1.1 m/s2的勻減速運動。正常的停車策略是以a2=-0.6 m/s2的減速度停車，假設(shè)對應(yīng)S0位置速度曲線2對應(yīng)的速度為V2，根據(jù)勻減速的速度位移公式（1）得到如下關(guān)系。

另外曲線1和曲線2均采用相同的減速度制動停車，上文已假設(shè)d2的距離為11 m，根據(jù)速度位移公式以及如圖6所示d，d1和d2對應(yīng)關(guān)系，可推導(dǎo)得出與上面求得V和

1V2關(guān)系，組成2元2次方程如下。

4）考慮定位誤差對d進行優(yōu)化

上述計算結(jié)果均是估算列車相對精確的位置，然而本方案邏輯中用到的CBTC_EoA_limit_distance會考慮定位誤差，因此在填寫d值的時候，需要減去定位誤差（loc_error）的影響。對于不同項目應(yīng)答器布置原則可能不同，因而不同線路定位誤差也會存在差別。本文僅以某開通項目為例，根據(jù)其應(yīng)答器在停車區(qū)布置情況，對定位誤差進行估算，從而對方案中的d值進行優(yōu)化。

當(dāng)車的實際位置距障礙點為24.2 m時，根據(jù)線路情況，此時車距上一個讀過的應(yīng)答器走行距離約6 m，按照最大定位誤差16%去過估，此時定位誤差最大應(yīng)為0.96 m，考慮應(yīng)答器安裝誤差為±0.5 m，因此定位誤差大概有2 m的影響，因此實際邏輯中需要配的數(shù)值d應(yīng)根據(jù)上面理論計算值d再減去2 m，綜上所述，此項目d值應(yīng)取22.4 m較為合適。本值僅是理論計算結(jié)果，還可通過現(xiàn)場實際調(diào)試情況進行微調(diào)。

3 方案對比與總結(jié)

兩種方案的優(yōu)缺點如表1所示。

表1 方案對比Tab. 1 Comparison of schemes

通過對比兩種方案，筆者認為將方案一和方案二結(jié)合，共同解決紅燈，非默認停車區(qū)域的ATO停車問題是最優(yōu)的方案。通過方案二的精確計算可以讓列車盡可能停在原有停車點位置。方案一可以對方案二進行有效補充，只要通過現(xiàn)場調(diào)試確認一個合適的偏移量，當(dāng)正常站紅燈停車時，此偏移量不破壞原有停車曲線即可。這樣可以做到正常CBTC模式下通過方案二進行較精確停車，后備模式下與ZC無通信時，可自由切換方案一執(zhí)行停車，雖然此時無法較精確停車，但可完成正常停靠作業(yè)，不會影響正常折返等操作。

4 結(jié)束語

隨著城市軌道交通行業(yè)的不斷發(fā)展，全自動無人駕駛、互聯(lián)互通以及車車通信（TACS）技術(shù)成為行業(yè)發(fā)展的主流，項目在執(zhí)行過程中也將面臨更加復(fù)雜的場景。尤其隨著自動化需求越來越高，對ATO處理特殊場景的能力要求更高。本文針對實際項目執(zhí)行過程中，遇到的在特殊場景下ATO的停車問題進行闡述，并給出了更合理的方案，且在實際項目中已得到應(yīng)用，經(jīng)實測效果基本達到預(yù)期。本文旨在提供一種特殊場景下的控車方案，為ATO正?？剀嚥呗蕴峁┮环N補充，提高ATO可用性，并拓展在特殊場景下處理ATO控車的思路。