哈爾濱地鐵1號線ATO駕駛模式下列車停車精度問題

牟 濤

（哈爾濱地鐵集團有限公司，哈爾濱 150050）

哈爾濱地鐵是中國首個高寒地鐵系統。作為全國首個高寒地鐵線路，哈爾濱地鐵已經正式開通了兩條線路其中1號線一、二期工程，線路全長17.451 km，共設18座地下站，設有5個聯鎖區，有岔站9座，無岔站9座，共17列電客車。于2012年9月26日正式運營運行至今信號系統整體運行平穩，但也出現了一些停車精度問題（沖標、欠標），本文針對此類問題進行分析與探討，找到列車停車精度不準的問題所在。

1 ATO模式對標原理

ATO模式下京三信號系統精確停車（簡稱為TASC，停車精度要求：99.995%的情況下，誤差不超過300 mm；99.9998%的情況下，誤差不超過500 mm。）是由地面有源、無源應答器（簡稱TWC，鋪設3個TWC分別為P1、P2、P3）與車載TWC天線、車載ATC系統結合完成的，如圖1所示。

TASC控制分為兩個階段TASC1和TASC2，在這兩個區間來進行控制。列車走行至P1開始執行TASC1，TASC1是靠減速度進行直線減速的去建立，換級觸點根據預測目標速度和預測ATO速度的偏差來計算出當前列車輸出的牽引力。列車走行至至P2開始執行TASC2，TASC2是到停車位置為止的剩余距離和“從現在速度來計算指令制動力的強度”的區間，如圖2所示。

當列車走行至P3與目標停車點之間時，點動控制開始（P3-起始位置），點動目標速度基于ATP信號或剩余距離及ATO信號設置。當剩余距離為5 m或更大時，目標速度設置為5 km/h。當剩余距離為大于2 m且小于5 m時，目標速度設置為3 km/h, 當剩余距離小于2 m時，目標速度設置為1 km/h。如果允許的ATP速度更低，設置更低的速度。如果列車在TWC環路中心+300 mm前，使用TASC2中的線性降速。如果列車超過TWC環路中心+300 mm，輸出ATO狀態下的最大制動，如圖3所示。

2 影響停車精度的因素

列車進站停車階段，主要影響列車停車精度的主要因素有以下幾方面：1）車輛側制動系統是否良好；2）信號側車載系統控制精確性；3）網壓是否穩定；4）線路條件是否良好。本文主要關注的為前兩點。

2.1 車輛側制動系統

車載信號ATC系統根據列車時間運行速度和實際加速度實時調整推薦速度和牽引、制動模擬量的大小。在1號線一、二期工程里多次發現影響制動系統跟隨性的關鍵因素多為電、空制動轉換的過程中發生的停車精度不準的問題。由于電制動調節效果較好，空氣制動調節性較差，可能會發生電、空轉換過程中出現氣制動介入過早或過晚，從而影響了停車精度，如圖4所示。

2.2 信號側車載系統控制精確性

哈爾濱地鐵1號線一、二期工程采用軌道電路傳輸報文信息的形式，實現點聯式控車。列車在ATO模式下運行過程中信號側承擔控車的主要責任，因此控制精度成為影響停車精度的關鍵因素。

1）車載測速電機PG的準確性

列車通過速度發電機（速度傳感器）獲得當前速度，PG與車載系統連接的原理示意圖如圖5所示。ATP/ATO系統分別從兩個速度發電機獲得列車當前速度，每個速度發電機都有兩個速度傳感器，兩個速度發電機將分別安裝在不同轉向架的輪軸上。兩個速度發電機將采用相位差90°的脈沖輸入，通過對相位差的檢查能夠確定列車的運行方向，另外，通過對兩個速度發電機的輸入處理能夠用于列車空轉/打滑的判定。因此測速的準確性在精確停車中起到關鍵作用，如圖5所示。

2）列車位置定位的準確性

列車運行過程中通過軌道電路邊界時（機械、電器絕緣），會對列車位置進行矯正。不僅如此列車車載TWC天線與地面TWC應答器通信時也會更正列車位置信息，如果上述功能在列車位置矯正過程中發生錯誤，就會影響到列車停車精度。

3）車載ATO系統軟件計算精度

在測速精度和位置準確行都滿足要求的情況下。如果ATO系統軟件算法不當，同樣會導致速度曲線不夠準確，從而出現頻繁切換制動牽引模擬量的情況發生，影響到列車停車精度。

3 故障案例分析

現選取哈爾濱地鐵1號線一、二期工程中停車精度不準確中的一次案例進行分析，具體案例如下：0116車1端電客車以ATO模式運行至交通上行時發生沖標。信號側數據截圖如圖6、7、8所示。

1）從數據截圖中可以發現，列車實際速度在進站前貼合推薦速度，說明信號側ATO控車過程中輸出的牽引、制動模擬量較為準確，制動系統響應性能較好。列車進站過程中列車經過應答器后更新距離，列車位置信息無異常。列車點動停車時制動模擬量輸出正常但出現沖標現象，如圖6所示。

2）車載測速電機PG傳輸通道中6條信道未出現干擾波動問題，如圖7所示。

3）為進一步分析故障發生原因調取車輛側同一時間點同一列車的數據進行分析，數據分析結果發現列車進行點動停車時列車速度低于7 km/h時，空氣制動介入，電制動不斷衰減。根據空氣制動的補償要求，空氣制動應立刻補充因電制動作用力減小而導致的制動力減小的情況。而實際情況為空氣制動實際輸出值與理論計算的值有延遲，空氣制動產生的效果比預期要小，導致空氣制動力的補償相對來說比較緩慢，未達到快速補償的目的，從而整車的制動力減小，制動距離增加。圖中標注的內容顯示為發生沖標時從空氣制動施加到空氣制動生效的過程，可以看出空氣制動從施加到生效的過程與電制動之間存在延時現象。制動系統從接收到指令到空氣制動建立，至少需要400 ms的時長，因此為了電、空轉換的過程中保證總之動力不變，通常需要考慮到電制動力延時撤銷，這樣才能保證列車停車精度，如圖8所示。

總結以上所述，在電、空轉換的過程中，空氣制動提前介入，如果電制動退出過早或者過晚，整列電客車的制動里都會受到影響，從而影響列車停車精度。

4 結束語

為從根本上解決車輛側制動響應延時的問題，可以從兩方面尋找辦法，一是考慮增加電制動延時退出的功能，從而彌補空氣制動延遲施加所帶來的整車制動力降低的問題，二是優化空氣制動施加條件，提高預設空氣制動介入的速度（10 km/h左右），這樣一來空氣制動就會施加預壓力，制動風缸會提前動作，縮短了空氣制動建立的時間。以上兩種方法在一定程度上可以解決列車停車精度的問題。

縱觀全國各家地鐵，列車停車不準的問題一直是困擾信號側與車輛側接口的疑難問題，只有兩個專業通力協作才能順利解決此類問題，確保列車停車精度的質量。