制動響應差異對北京地鐵5號線ATO停車的影響

龐濤

制動響應差異對北京地鐵5號線ATO停車的影響

龐濤

北京地鐵5號線制動系統在列車兩側駕駛室分別配備與ATO系統接口的編碼器，以實現將ATO輸出的模擬電壓指令轉換為脈寬調制信號（PWM）。調試中發現部分編碼器對同級別輸入電壓響應存在差異，從而對ATO精確停車造成一定影響。

ATO；站臺精確停車；制動系統響應差異

0 引言

北京地鐵5號線2007年10月開通列車自動防護（ATP）下的人工駕駛模式運營。隨后進行列車自動駕駛（ATO）功能調試過程中發現制動系統對ATO精確停車存在兩方面影響：

（1）正線吸能裝置未投入使用造成“電制動-空氣制動”隨機轉換，列車綜合制動性能欠佳，導致ATO停車不準。

（2）PWM編碼器對同級電壓輸入響應存在差異，影響ATO精確停車。

針對“電制動-空氣制動”制動隨機轉換造成停車不準的問題，最終通過修改ATO控車策略、優化制動軟件予以克服，并使ATO基本滿足日常運營需求。但PWM編碼器響應差異性對ATO精確停車的影響也不容忽略，本文主要針對該問題進行分析、說明。

1 制動系統響應差異對ATO停車精度影響

1.1 ATO精確停車控制模型

北京地鐵5號線ATO軟件采用“四段階梯式控制”的控制模型，從源頭上確保制動率緩和變化，減小制動率突變所帶來的制動響應延時，增加ATO控制精準度。如圖1所示。

該ATO系統的停車控制模型是實現ATO精確停車的基礎，但制動系統作為最終制動力執行單元，其實際響應的線性度、跟隨性、一致性則是最終能否實現精確停車的關鍵因素。

1.2 指令與制動系統輸出對應關系

北京地鐵5號線車載ATO子系統控車過程中向制動系統輸出0～10 V的連續直流電壓信號，通過接口配線連接到車輛專業的脈寬調制編碼器（PWM）的輸入端子。脈寬調制編碼器（PWM）根據收到的電壓輸入信號轉換為對應的數字信號發送到制動系統執行單元。根據信號及車輛專業之間的接口文件規定：

（1）當ATO指令電壓在6.000～6.683 V之間時，對應牽引制動的N位，列車惰行；

（2）當ATO指令電壓小于6.000 V時，車輛實施制動，且電壓越低對應制動級位越大；

（3）當ATO指令電壓大于6.583 V時，車輛實施牽引，且電壓越高對應牽引級位越大。

ATO指令電壓與PWM編碼器輸出值對應關系如圖2所示。

圖2 ATO指令電壓與PWM編碼器輸出值示意圖

圖2中（P1）—（P4）分別對應“牽引1檔”至“牽引4檔”，（B1）—（B7）分別對應“制動1檔”至“制動7檔”，（EB）對應緊急制動檔位。但ATO實際輸出的電壓為連續變化值，車輛的PWM編碼器同樣可將該電壓值連續、無級轉換為脈寬調制信號。

1.3 制動系統響應差異性及影響

車載ATO子系統通過MIST模塊最終輸出ATO指令電壓，經過WAGO端子分斷后連接到ATOR3繼電器控制結點，并最終輸入到PWM編碼器。PWM編碼器將接收到的電壓信號最終轉換為對應占空比的PWM信號輸出到牽引/制動執行單元，同時輸出到列車信息管理系統（TIMS）顯示對應牽引/制動級位。

列車信息管理系統（TIMS）在收到PWM編碼器發送的脈寬調制信號后將其換算為對應的牽引/制動級位進行顯示，同時每秒記錄一次對應的制動級位變化情況。

在ATO指令電壓輸出鏈路上的第一處分斷點接入波形記錄儀，測試并記錄列車運行過程中ATO輸出電壓的變化情況。如圖3所示。

圖3 制動響應差異測試原理示意圖

下載列車信息管理系統（TIMS）中存儲的牽引/制動級位數據，通過對應的換算公式將其換算接收到電壓值，并生成數據曲線。將該數據與波形記錄儀生產的圖形進行對比，分析制動系統實際執行的制動力及ATO請求的制動力之間的差異，如圖4所示。

圖4 制動級位偏差測試結果曲線圖

經過對比分析可以發現，不同PWM編碼器對同一級位ATO電壓實際響應存在0.13 V左右的偏差。根據原理分析及現場實測最終確定0.13 V對應0.2級的牽引/制動級位差，對應的制動過程中的減速度偏差為0.28 m/s2。

列車運行速度較高時，ATO有充足時間調整制動指令消除該級位差影響。列車接近停車時，即使ATO發出調整指令，但因制動系統響應時間、車輛慣性等因素影響而無法實施。這種情況下，根據運動學公式可計算出該級位差對停車精度的影響如表1所示。

表1 不同速度結點下級位差對停車精度影響表

ATO運行測試及ATO試運營階段對TP422車ATO停車精度進行記錄，通過大量數據分析發現TP4226一側ATO停車精度較好，TP4221一側ATO停車精度較差。如圖5所示。

The braking system of Line 5 of Beijing Metro equipped with two separate encoders to interface with the ATO system, one for the front cab and one for the rear cab. These encoders can transfer the simulation voltage commands output from the ATO to the pulse width modulation (PWM) signals. It is found that part of these encoders has different responses against the same voltage input, which will induce certain influences to the ATO accurate stopping.

ATO; accurate stopping at platform; difference of braking system responses

U231.6

：B

：1007-936X(2016)01-0045-02

龐濤.中鐵通信信號勘測設計（北京）有限公司，工程師，電話：15901316887。