地鐵列車ATO模式對標停車不準故障分析

王鵬

(廣州市地下鐵道總公司，廣東廣州510000)

地鐵列車ATO模式對標停車不準故障分析

王鵬

(廣州市地下鐵道總公司，廣東廣州510000)

廣州地鐵5號線列車在乘客較多時，經常會出現ATO對標停車不準。現對這一故障進行分析，發現根本原因在于6 km/h以下的電空混合制動配合不好。

ATO;故障;停車精度;電空混合制動

城市軌道交通車輛普遍采用自動駕駛(ATO)模式，保證列車高效運行，并降低司機的工作強度。車站站臺基本上都配置了屏蔽門系統，就要求ATO系統必須能夠實現精準停車，列車車門與車站屏蔽門只有對位準確，乘客才能順利上下車。而且如今的城市軌道交通客流量大、發車密度大，對站臺停車的時間要求非常嚴格。如果列車停車的位置有偏差，乘客上下車的時間就會延長，將直接影響列車的準點運行。因此，對ATO模式列車站臺精確停車有了更高的要求，通常，列車在車站站臺的停車精度為±0.3 m時，應保證列車停在該停車精度范圍內的概率為99.99%;列車在車站站臺的停車精度為±0.5 m時，應保證列車停車在該停車精度范圍內的概率為99.998%。［1］

5號線列車在客流高峰期間經常出現停車精度達到了0.5 m，車門和屏蔽門完全錯開，迫使列車不得不后退重新對標。后退列車耗費時間較長，給正線運營帶來了很大的麻煩。但是在列車乘客較少的時段，停車精度都比較好。

1 故障調查

通常15:00～16:00時間段的乘客較少，17:00～18: 00時間段由于進入了下班高峰期而乘客較多，又以車陂南站至西村站之間的乘客最多，列車的載客量基本接近AW2狀態。記錄這兩個時間段，列車在各站的停車精度數據如表1所示。其中，“+”表示過標，列車停車位置超過了停車標志位;“－”表示欠標，列車停車位置不到停車標志位。

在乘客較少的時間段，列車對標誤差基本維持在+ 20，在正常的誤差范圍之內。但是在乘客較多的時間段，列車對標誤差變化比較大，從+10至+50不等。對標誤差在+30至+50之內，就會降低上下乘客的效率。對標誤差達到或者超過+50，列車需要后退并重新對標停車。

表1 各站列車對標情況

2 ATO模式列車停車過程

ATO模式列車的停車過程，是跟蹤一條恒定制動率的推薦速度曲線的過程［2］。ATO系統根據實時反饋的列車實際速度和列車位置信息，計算實際速度和推薦速度之間的差值，得出所需的制動指令值，傳送給列車。列車根據制動指令值，計算出所需的總制動力，根據情況由電制動執行，或者空氣制動執行，或者兩者都有。整個過程如圖1所示。如果列車的實際速度曲線能夠與該速度曲線完全重合，則列車將完美的實現對標停車。但是實際上，列車受速度檢測誤差、列車位置誤差、制動力誤差、輪對打滑等因素的影響［3］，時刻都可能造成實際速度曲線偏離推薦速度曲線，此時ATO系統會通過實際速度與推薦速度的差值，增加或者減少制動力進行調整，使實際速度不斷的跟蹤推薦速度，直至列車速度為零。

圖1 ATO控制示意圖

在5號線列車制動停車的整個過程中，由于直線電機無法電制動到零速，速度在6 km/h以上時，列車以電制動為主，載荷在AW2以下空氣制動不需要補充。列車速度降到6 km/h以下后，電制動力逐漸減少直至到零，同時空氣制動力逐漸增加，并維持總制動力不變，如圖2所示。在接近零速的時候，列車進入保壓制動模式(保壓制動力為最大常用制動力的70%)，直至停穩［4］。

圖2 電空混合制動示意圖

3 列車過標原因分析

在乘客較少的時段，列車對標誤差基本維持在+20 mm，列車停車曲線如圖3所示。列車速度從大約6 km/h開始，電制動力逐漸減小，直至完全退出。但是氣制動力并沒有在電制動力減小的同時及時增大，來維持總的制動力恒定，如圖4所示電空混合制動部分，電制動力曲線和空氣制動力曲線沒有形成類似圖2的交叉。由于總的制動力出現減小，列車速度曲線逐漸偏離了預先的斜率，制動距離相應延長，因此對標誤差基本維持在+20 mm，在允許范圍之內。

進一步調查總制動力出現減小的原因。在電空混合制動開始之前，列車牽引系統會向制動系統發出電制動力退出的信號，從這一信號發出到電制動力實際退出有約0.5 s的延時。但是在實際控制中，由于系統之間信號傳遞延時的影響，0.5 s延時并不充足。制動系統在收到電制動退出信號不久，實際的電制動力就已經開始退出了。空氣制動力施加因此而滯后，如圖4所示，電制動力幾乎降到零了，空氣制動力才開始增加，造成了在這期間總的制動力出現了短暫下降。

圖3 乘客較少的時段，對標誤差維持在+20的停車曲線

圖4 電空混合制動部分，取自圖3

在乘客較多的時段，列車部分站臺停車誤差達到了+50 mm，如圖5所示列車停車制動曲線。由于電空混合制動過程中存在的制動力短暫下降問題，當列車從輕載變為重載，車重的增加將會放大制動力短暫下降這一問題，在6 km/h以下的制動距離會變的更長，造成列車進站對標誤差從+20 mm延長到了+50 mm。雖然通過速度反饋，ATO發現列車速度下降過慢，就不斷提高制動力來降低車速，甚至達到了100%制動力。但是，此時已經到達了停車制動階段的末期，到列車速度為零的時間非常有限，受空氣制動系統響應的限制，已經無法避免制動距離進一步延長。

仍然是在乘客較多的時段，列車部分站臺停車過標并不大。以淘金站的停車曲線為例進行分析，列車在淘金站的對標誤差只有+15 mm，如圖6所示。該站列車電空混合制動期間，電制動力剛開始減少，空氣制動力就開始增加，形成較好的交叉曲線，總制動力基本能夠維持恒定，如圖7所示，因此對標誤差就比較小。在圖6中，當電制力開始退出時，ATO給出的制動力指令值已經達到了約70%，此時制動系統不再等待牽引系統給出的電制動退出信號，直接開始施加制動，空氣制動施加恰巧不再滯后。而在圖5中，電制力開始退出時，制動力指令值只有大約50%，制動系統仍然在等待牽引系統給出的電制動退出信號，因此空氣制動施加就滯后了。

圖5 乘客較多的時段，對標誤差+50的停車曲線

4 結束語

綜上所述，5號線列車ATO定位停車過標的根本原因在于列車低速階段時電空轉換匹配性不好。牽引系統給出的電制動退出指令的延時不足，使在電制動力減少時，空氣制動沒有及時響應和補足電制動力的缺失，造成列車總的制動力減少，因而延長了速度6 km/h以下的列車制動距離。在客流高峰時期，載客量的增加使得列車總質量增加，使得速度6 km/h以下的列車制動距離變得更長，甚至對標誤差達到了+50 mm。而且此時處于停車制動的末期，ATO通過增大制動力指令值來減少制動距離的措施，由于系統響應時間、空氣制動系統誤差等因素的影響，無法達到調控的目的。

圖6 乘客較多的時段，淘金站停車曲線，對標誤差+15

圖7 電空混合制動部分，取自圖6

［1］ 王道敏.ATO站臺精確停車功能實現的制約因素分析［J］.鐵路通信信號工程技術(RSCE)，2012，9(4):41-43，61.

［2］ 張 強，陳德旺，于振宇.城市軌道交通ATO系統性能指標評價［J］.都市快軌交通，2011，24(4):26-29.

［3］ 王鵬飛，樊貴新，王新海，等.城軌車輛在ATO模式下停車精度問題的分析與探討［J］.鐵道機車車輛，2011，31(6): 77-79，87.

［4］ 王冬雷.地鐵車輛電空混合制動平滑過渡問題分析及改進建議［J］.電力機車與城軌車輛，2010，33(3):51-52.

Analysis on Parking Inaccuracy of the Metro Train in ATO Mode

WANG Peng
(Guangzhou Metro Corporation，Guangzhou 510000 Guangdong，China)

Parking inaccuracy in ATO mode often occurred in the train of Guangzhou metro line 5 when the passengers are more.This paper analyzes this problem，and find the key reason is that electro pneumatic hybrid braking below 6km/h is not matching well.

ATO;failure;parking accuracy;electro pneumatic hybrid braking

U239.5

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2015.01.27

1008－7842(2015)01－0118－03

)男，工程師(

2014-06-04)