低地板有軌電車ATO精準停車控制策略研究

彭學前，羅 超，曾春軍，武小平

(中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

隨著我國經濟快速發(fā)展，城市軌道交通系統(tǒng)也得以綜合發(fā)展，尤其是低地板有軌電車，由于其具有節(jié)能環(huán)保、滿足自動化運營需求等特點，在旅游觀光區(qū)、機場快捷線等方面運用較多。

低地板有軌電車作為一種城市軌道交通工具，為提高線路運營效率及降低司機疲勞駕駛帶來的風險，越來越多的運營方采用ATO運行方式。安全合理的ATO精準停車控制策略不僅關系著乘客乘車舒適度，還影響著線路運營效率。現(xiàn)有的低地板有軌電車通過ATO運行方式，有著停車沖擊大的特點，同時在具有站臺屏蔽門對標的運營環(huán)境中存在沖標及欠標問題，導致站臺屏蔽門無法自動打開，需要將ATO運行方式切換為手動駕駛方式后，再通過司機手動進行站臺屏蔽門對標，影響了列車運營效率。

本文以七模塊低地板有軌電車為例，利用列車MVB網絡，提出低地板有軌電車ATO精準停車控制策略，充分發(fā)揮列車制動力配置及管理、電液轉換及車載控制器(VOBC)控制保持制動方式，提高乘客乘車舒適度及列車運營效率。

1 列車配置和制動系統(tǒng)配置

七模塊低地板有軌電車配置采用3M1T3F單編組方式，具體編組順序為Mc1—F1—M—F3—Tp—F2—Mc2，其中Mc1、Mc2表示帶司機室的動車，M表示動車，Tp表示拖車，F(xiàn)1、F2、F3表示浮車，具體如圖1所示。

圖1 七模塊低地板有軌電車編組圖

制動系統(tǒng)配置主要由電制動、液壓制動和磁軌制動組成。其中，Mc1、Mc2、M三個動車液壓制動系統(tǒng)由3套相互獨立的被動式電液控制單元、電子制動控制單元(EBCU)和制動夾鉗等部件組成，Tp車液壓制動系統(tǒng)由主動式電液控制單元、電子制動控制單元和制動夾鉗等部件組成。

2 ATO精準停車控制策略

針對七模塊低地板有軌電車在具有站臺屏蔽門對標的運營環(huán)境中，ATO進行精確停車時，列車充分發(fā)揮制動力配置及控制進行預減速、電液轉換，直至停車進入保持制動。ATO輸出制動指令到停車過程的時序(見圖2)如下:T1時間是ATO發(fā)出制動命令到車輛控制系統(tǒng)(TCMS)收到制動命令時間，T2時間是TCMS收到制動命令到列車EBCU開始施加制動力時間，T3時間是列車EBCU開始施加制動到制動力達到預期值時間。

圖2 ATO精準停車過程

2.1 制動力配置及管理控制策略

制動力由電制動力、液壓制動力和磁軌制動力組成。七模塊低地板有軌電車3個動車配置了載荷傳感器，且M車載荷參數替代Tp車載荷參數，當EBCU檢測到非零速信號時列車重量被儲存，直到下一站為止，重量值被固定，單車2個載荷傳感器取平均后對外輸出重量信息T(以百分比形式)至TCMS，TCMS接受單車重量信息，并計算列車重量M列車，并將相應列車重量發(fā)送至EBCU及牽引控制單元(DCU)。列車重量M列車計算公式:

M列車=M列車AW0+(MMc1-AW3-MMc1-AW0)×TMc1+(MMc2-AW3-MMc2-AW0)×TMc2+(MM-AW3-MM-AW0)×TM+(MTp-AW3-MTp-AW0)×TM+ M列車轉動慣量

(1)

TCMS根據列車重量及制動級位計算列車總制動力F總，并發(fā)送至DCU及EBCU。F總計算公式:

F總=M列車×a

(2)

其中，M列車為列車重量，a為制動級位對應的減速度。

制動力管理優(yōu)先采用電制動控制策略，列車在制動過程中，EBCU通過司控器制動級位和MVB網絡指令向DCU申請電制動力，DCU收到請求信號后輸出實際電制動力F電，將列車速度進行預減速，當速度點達到進入電液轉換條件時，開始補充液壓制動力F液，當特定制動工況需要施加磁軌制動時，列車將投入磁軌制動力F磁，保證列車總制動力等于電制動力、液壓制動力和磁軌制動力之和，其計算公式如下:

F總=F電+F液+F磁

(3)

根據上述制動力配置及管理控制策略，能夠實現(xiàn)列車進行預減速，從而進入電液轉換控制過程。

2.2 電液轉換控制策略

列車在制動過程中，首先通過電制動力將列車進行預減速，當速度點達到進入電液轉換條件時，開始實施電液轉換控制策略：即當速度降到電液轉換點時，DCU通過TCMS發(fā)出電制動淡出信號，經過短暫通信延時，EBCU收到電制動淡出信號，此時電制動力按比例減少，液壓制動力按比例增加，直到電制動力完全退出，液壓制動力完全施加。

電液轉換控制策略曲線如圖3所示。在t0時刻，列車發(fā)出電制動淡出信號，經過t0到t1的延時，電制動力按照固定曲線斜率減少，液壓制動力按照同樣的曲線斜率增加，直至t2時刻，電制動力完全退出，液壓制動力完全施加。當速度來到t3時刻，列車進入VOBC控制保持制動過程，直到t4時刻，列車施加最大液壓制動力，保證列車在線路最大坡道停車而不出現(xiàn)溜逸。

圖3 電液轉換控制策略曲線

2.3 VOBC控制保持制動策略

VOBC控制保持制動如圖4所示。列車處于ATO運行模式時，當列車速度小于V1且持續(xù)t1 s，VOBC通過MVB網絡向TCMS輸出60%的常用制動和保持制動施加請求指令，此時EBCU會根據TCMS輸出的施加請求指令，同時EBCU會檢測列車速度，若檢測到列車速度大于V2則不接受此指令，只有低于V2此命令才有效，液壓制動系統(tǒng)才施加保持制動，同時液壓制動系統(tǒng)撤銷60%的常用制動指令。其中V1

圖4 VOBC控制保持制動流程圖

另外，列車在非牽引狀態(tài)下，EBCU檢測到列車速度小于V1且持續(xù)t2s后，仍然沒有收到VOBC輸出的保持制動施加請求指令，此時液壓制動系統(tǒng)同樣施加保持制動，確保在VOBC故障或MVB網絡通信故障情況下仍然安全停車。

通過制動力配置及管理控制、電液轉換和VOBC控制保持制動方式，不僅改善了停車沖擊，而且站臺屏蔽門對標誤差小，極大地提高了列車運營效率，實現(xiàn)了ATO精準停車控制要求。

3 試驗驗證

基于上述ATO精準停車控制策略，七模塊低地板有軌電車在不同載荷、不同速度等級下，能夠在具有站臺屏蔽門運營環(huán)境中實現(xiàn)精準對標停車，且停車沖擊性小、乘客舒適度高。針對不同載荷、不同速度等級進行了10 000次試驗數據統(tǒng)計，平均停車沖擊率為0.05 m/s3，平均對標誤差為3.8 cm，現(xiàn)以下面2組具體試驗數據進行說明。

試驗1:AW0載荷，40 km/h速度等級，ATO停車數據如表1所示，停車過程如圖5所示。

表1 40 km/h速度AW0載荷ATO停車數據

圖5 40 km/h速度AW0載荷停車過程

試驗2:AW3載荷，70 km/h速度等級，ATO停車數據如表2所示，停車過程如圖6所示。

表2 70 km/h速度AW3載荷ATO停車數據

圖6 70 km/h速度AW3載荷停車過程

試驗結果表明：列車在不同載荷、不同速度等級下停車沖擊小、對標站臺屏蔽門誤差小，滿足ATO精準停車要求。

4 結語

制動系統(tǒng)是確保低地板有軌電車行車安全最關鍵的系統(tǒng)，同時，利用MVB網絡與TCMS及信號系統(tǒng)配合是實現(xiàn)ATO精準停車的關鍵所在。本文使用的七模塊低地板有軌電車ATO精準停車控制策略可以為其他有軌電車ATO運行設計提供一定的參考。