淺談廣州地鐵五號線列車ATO節能運行

楊春

【摘要】從廣州地鐵五號線ATO實際運行的速度曲線圖出發，闡述了列車在ATO控制下運行的主要三個階段，即列車加速、巡航/惰行、列車制動。通過控制列車最大時間的巡航/惰行來達到ATO節能運行。

【關鍵詞】ATO運行 巡航/惰行 節能運行

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。車載信號系統在實現自動控制列車運行功能的同時，也需達到節能運行的目的。本文將從廣州地鐵五號線列車實際運行情況出發，闡述列車ATO節能運行情況。

一、五號線列車ATO基本功能介紹

五號線列車在正常運行的過程中，為了有效地節約能量，在保持可用運行時間的同時，對于在從當前車站啟動至下一個車站的整個距離，ATO必須計算所需的速度，該速度作為位置的函數（稱為‘軌跡）。列車的運行軌跡會根據區間線路情況，考慮軌道坡度的加速和制動效果，并且考慮依賴于半徑的曲線制動效果。

五號線列車在每個區間的運行過程基本一致，首先會經歷一個加速階段，加速到一定速度后轉為巡航或惰性模式，最后列車進入制動階段保證列車在運營停車點精確對標停穩。每個階段的曲線都會受每個區間線路長短、線路彎道、線路坡度等因素的影響。

二、五號線ATO列車運行數據分析

為了更好的分析五號線ATO列車在區間運行情況，我們讀取了五號線多部列車的ATO運行數據進行分析與對比。以下將以0102車在三溪至魚珠上行區間運行的ATO曲線圖（如圖2.1所示）為例進行詳細闡述。

圖2.1 ATO列車在三溪至魚珠上行的運行圖

縱坐標：速度（km/h）橫坐標：時間

各線條表示的物理量：

e……………………ATO輸出模擬量

b……………………列車實際速度

a……………………列車推薦速度

f……………………ATO輸出制動命令

d…………………列車加速度

b表示列車的實際速度，是由車載OPG與雷達測速單元完成。

d是列車的加速度，是根據藍色的速度曲線計算出來的值，與速度曲線對應。

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

c：ATO控制（有兩個狀態，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（1或0）

f：ATO制動輸出繼電器狀態（1或0）

從圖2.1可以看出，五號線ATO列車在區間運行過程主要分成3個階段，牽引階段、巡航和惰行階段、制動階段。

l、牽引過程。在圖中1、2標記處ATO輸出100%牽引使列車以最大加速度達到ATO推薦速度，以貼合推薦速度運行;

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

3、制動過程。在圖中5標記處為列車制動停車過程，ATO不斷調整制動模擬量的大小使得列車實際速度貼合推薦速度運行，最終保證列車在站臺精確對標停車。

如圖2.1所示，五號線列車在運行過程中，能夠最大程度的貼合ATO推薦速度運行，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間內達到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行。在制動階段列車能夠貼合列車的推薦速度制動，保證列車能夠在站臺精確對標停車。

五號線列車在實際運行過程中，ATO列車在每一個站臺區間運行時都是用同一個“軌跡”即ATO推薦速度曲線，但列車在運營高峰期和運營低峰期由于列車的載重不同，列車的牽引制動系統響應ATO輸出模擬量的相關參數也有所變化。

通過對列車在同一區間分別在運營高峰期和非運營高峰期的數據進行對比分析，列車的運營高峰期和非高峰期的區間運行時間，運行軌跡基本相同。ATO為了保證列車正常的運行軌跡，將輸出模擬量根據列車的載重量進行相應調整。所以五號線列車在高峰期和非高峰期的ATO數據將不進行分開討論

三、五號線ATO列車節能運行方案預想

通過對目前五號線列車ATO運行數據分析，在區間運行時間，ATO接口參數不變的情況下，增加列車巡航和惰性時間的可操作性不大。

如果需要進一步增加五號線列車巡航和惰性時間，可以從以下兩個階段出發：

1、牽引階段，增大車輛牽引系統對ATO模擬量響應加速度。根據接口文件，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，列車的最大加速度為l.Om/s2。如果列車牽引系統可能提高響應加速度的話，就可以使列車以更短的時間內達到列車的推薦速度，增加列車的惰性時間，以達到列車的節能運行的目標。

2、制動階段。五號線列車常用制動的最大制動減速度為1.Om/s2。但是在列車正常制動的情況下，制動加速度為0.5m/s2左右。如果在列車的制動過程中，增大列車制動系統對ATO輸出模擬量的制動減速度。這樣就可以減少列車的制動時間，同時增大列車的惰性時間。

以上兩種節能方案，目前只能從理論方面分析，根據五號線列車實際運行情況來看，需要考慮到乘客的舒適性和列車牽引制動系統的實際響應能力，所以還需要針對以上兩個方面的節能方案進行進一步的測試和探討。

四、結論

從五號線列車的ATO運行曲線圖來看，五號線列車在ATO運行過程中，已經根據區間線路情況，實現了ATO巡航和惰性的節能運行方式。所以從目前五號線列車的運行情況來看，在現有ATO接口參數不變的情況下，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，五號線列車的區間運行過程分為牽引、巡航惰性和制動過程，可以通過減少列車牽引和制動的時間，同時增加列車巡航和惰性時間來保證列車的區間運行時間并達到節能運行的目的。