特殊場景下ATO控車方案探討

夏振東

（卡斯柯信號有限公司，北京 100070）

1 問題追溯

在互聯互通項目中，對于停車區域屬性的定義通常是根據停車點的類型來判斷。根據互聯互通規則，當停車點屬性為運營停車點時，相應的停車區域才被認為是默認停車區域。也正因此，在實際項目列車自動運行（ATO）調試的過程中遇到如下問題。

當自動運行任務（ATM）有效時，列車根據中心列車自動監控（ATS）下發的運行任務執行停車作業。對于需在非默認停車區進行停車，但無ATS下發的任務（人工進路）或者ATO運行過程中車載控制器（VOBC）與ATS失去通信時，VOBC將無法按照停車點正常停車，此時ATO的唯一限制點是限制態的信號機。因此當制動響應較差時，可能會出現停車距信號機過近或冒進信號的情況。

2 解決方案

依據ATO控車原理，針對此問題有兩個方案可以執行。

方案一：通過修改ATO對于信號機限制點的停車策略，適當的放大ATO針對限制信號機參考點的偏移量，令VOBC在ATO控車下，當最強限制點是限制態信號機時，依據信號機上游處更大的偏移量計算ATO參考曲線，從而達到停車時不過于接近信號機的效果。此方案中偏移量設置的大小，需在不破壞正常紅燈停車策略的前提下，盡可能地放大偏移量，因此需多次現場調試來進行確認驗證。

方案二：如圖1所示，在非默認停車區，限制信號機為最強限制點，此時VOBC無法看到停車區內的停車點。可通過VOBC距離激活停車點的距離（Active_SSP_distance）與VOBC收到的區域控制器（ZC）發送的列車控制信息幀中的障礙點信息，計算出的到障礙點距離（CBTC_EoA_limit_distance）進行判斷，確定前方信號是否為紅燈。一旦紅燈條件判斷成立，VOBC根據推算結果，在S0處，即距障礙點距離為d處，施加最大常用制動，讓列車提前響應一定級位的制動力，這樣可以起到提前停車的效果，并使車停到一個較合適的位置。

由于Active_SSP_distance是ATO計算的精確距離，CBTC_EoA_limit_distance是ATP考慮最大定位誤差計算的距離，用它們進行紅燈判斷的時候，必須考慮定位誤差的影響。否則在定位誤差大且停車點（SSP）到計軸點比較近的車站，紅燈進站過程中會出現短暫的Active_SSP_distance大于CBTC_EoA_limit_distance的情況，此時會在正常停車站紅燈的情況下，誤觸發紅燈無停車點控制機制，從而破壞正常站紅燈時 ATO停車策略，造成欠標的情況。因此應用這兩個條件判斷施加最大常用制動的點時，需考慮定位誤差的影響，若項目最大打滑率為15%，考慮測速設備（編碼里程計）的自身誤差為1%，線路上連續3個應答器最大間距為600 m，最大定位誤差loc error=600×16%=96 m。同時需要考慮退出施加最大常用制動命令的條件。如列車正確停靠后，只需要正常地施加保持制動即可，不再需要施加最大常用制動正常的命令，若不緩解最大常用制動命令，列車將無法正常以ATO模式啟動。

綜合考慮后，最終判斷邏輯如圖2所示。

本方案最關鍵的是需要估算出開始施加最大常用制動的點，也就是開始施加大制動時，車與障礙點的距離d。如圖1所示，d=d1+d2，d1表示VOBC施加最大常用制動后，整個制動距離；d2表示停車區域中理論停車點與障礙點（計軸）的距離，此距離可通過查看平面圖確認，暫用11 m進行估算。因此僅需要估算出d1的距離。

若項目停車區域坡度較小，可忽略坡度加速度影響。如果停車區域存在較大坡度，需考慮坡度加速度的影響。為簡化且便于理解，將信號機和計軸同點處理。

實際上從VOBC發出施加最大常用制動命令后，到列車停車的過程大致可分為3個階段，如圖3、4所示。

第一階段：列車從當前減速度增大到列車最大常用制動減速度的過程，對應運行距離與時間分別為D1，T1；

第二階段：列車穩定在最大常用制動的過程，對應運行距離與時間分別為D2，T2；

第三階段：列車撤銷最大常用制動恢復到默認停車需施加的制動減速度，對應運行距離與時間分別為D3，T3。

其中第三階段執行時速度已經接近1 km/h，早已完成電空轉換過程。此時起主要作用的是氣制動，且本身延時較大，其主要作用是讓車停下后執行正常的駐車制動，防止溜車情況發生。且第三階段持續時間很短，在估算的前提下，第三階段走行距離基本可以忽略，或將其并入到第二階段考慮。因此實際需要確認的距離D=D1+D2。

計算過程中所用參數均來源于某開通項目，計算過程如下（為方便計算，所有計算結果均保留小數點后兩位）。

1）求第一階段的末速度V2（即第二階段的初速度）

第二階段是從速度V2開始做勻減速運動，假定障礙點到停車點的距離為11 m，即d2=11 m，若從V2按照ATO限制點為信號機正常停車，已知減速度a1=-0.6 m/s2，運行的距離為D0；若從V2按照ATO參考點為停車點去停車，用第二階段的最大減速度a2=-1.1 m/s2，運行的距離為D2，如圖5所示，D0－D2=11 m，根據運動學公式，

其中：V0表示初速度，Vt表示末速度，s表示走行距離，a表示減速度（制動過程）。

以D2和D0的對應關系，代入已知參數可得：(0從而推出，初速度V2=5.39 m/s。

2）第一階段運行距離計算

第一階段從ATO正常控車的固定減速度a1加到最大常用制動減速度a2的過程，對應的速度為V1和V2，走行距離為D1。已知a1=-0.6 m/s2，a2=-1.1 m/s2，加速度變化率（jerk）=0.75 m/s3，V2=5.39 m/s。

實際上這一階段為變減速運動，考慮第一階段是從當前減速度增大到列車最大常用制動減速度的過程，在ATO制動命令級位變化的過程中，信號系統會控制加速度的變化率不高于0.75 m/s3，若按此jerk推算，第一階段的時間最大為

其中：V0表示初速度，Vt表示末速度，t表示所用時間，a表示減速度（制動過程）。

如果減速度取a1，將項目參數代入公式（2），可得V2=V1+a1×T1，從而推得 ：V1=V2－a1×T1。代入已知數值，求得V1=5.79 m/s，根據速度位移公式（1）可求得第一階段運行距離

如果減速度取a2，將項目參數代入公式（2），可 得V2=V1+a2×T2，從 而 推 得V1=V2－a2×T1，代入已知數值，求得V1=6.12 m/s，根據速度位移公式（1）可求得第一階段運行距離

由于第一階段持續時間相對較短，按勻減速不同減速度（ATO正常控車的固定減速度a1以及最大常用制動減速度a2）估算第一階段運行距離，從計算結果可見，兩種減速度下計算出的距離相近。由此可推斷第一階段的實際變減速運動距離也應與上述勻減速運動估算的值相近。

3）簡化后對VOBC施加最大常用制動直至停車的距離計算

通過上述計算結果驗證，為了簡化計算，可以把整個過程等效為一個勻減速運動過程進行估算。簡化后如圖6所示，本方案實際需預估d的距離，且已知d2=11 m。

如圖6所示，當車速達到V1時，VOBC申請最大的減速度a1=-1.1 m/s2，用于列車停到停車點附近。從速度V1到降為速度0的過程中走行距離為d1。此過程可視為以a1=-1.1 m/s2的勻減速運動。正常的停車策略是以a2=-0.6 m/s2的減速度停車，假設對應S0位置速度曲線2對應的速度為V2，根據勻減速的速度位移公式（1）得到如下關系。

另外曲線1和曲線2均采用相同的減速度制動停車，上文已假設d2的距離為11 m，根據速度位移公式以及如圖6所示d，d1和d2對應關系，可推導得出與上面求得V和

1V2關系，組成2元2次方程如下。

4）考慮定位誤差對d進行優化

上述計算結果均是估算列車相對精確的位置，然而本方案邏輯中用到的CBTC_EoA_limit_distance會考慮定位誤差，因此在填寫d值的時候，需要減去定位誤差（loc_error）的影響。對于不同項目應答器布置原則可能不同，因而不同線路定位誤差也會存在差別。本文僅以某開通項目為例，根據其應答器在停車區布置情況，對定位誤差進行估算，從而對方案中的d值進行優化。

當車的實際位置距障礙點為24.2 m時，根據線路情況，此時車距上一個讀過的應答器走行距離約6 m，按照最大定位誤差16%去過估，此時定位誤差最大應為0.96 m，考慮應答器安裝誤差為±0.5 m，因此定位誤差大概有2 m的影響，因此實際邏輯中需要配的數值d應根據上面理論計算值d再減去2 m，綜上所述，此項目d值應取22.4 m較為合適。本值僅是理論計算結果，還可通過現場實際調試情況進行微調。

3 方案對比與總結

兩種方案的優缺點如表1所示。

表1 方案對比Tab. 1 Comparison of schemes

通過對比兩種方案，筆者認為將方案一和方案二結合，共同解決紅燈，非默認停車區域的ATO停車問題是最優的方案。通過方案二的精確計算可以讓列車盡可能停在原有停車點位置。方案一可以對方案二進行有效補充，只要通過現場調試確認一個合適的偏移量，當正常站紅燈停車時，此偏移量不破壞原有停車曲線即可。這樣可以做到正常CBTC模式下通過方案二進行較精確停車，后備模式下與ZC無通信時，可自由切換方案一執行停車，雖然此時無法較精確停車，但可完成正常停靠作業，不會影響正常折返等操作。

4 結束語

隨著城市軌道交通行業的不斷發展，全自動無人駕駛、互聯互通以及車車通信（TACS）技術成為行業發展的主流，項目在執行過程中也將面臨更加復雜的場景。尤其隨著自動化需求越來越高，對ATO處理特殊場景的能力要求更高。本文針對實際項目執行過程中，遇到的在特殊場景下ATO的停車問題進行闡述，并給出了更合理的方案，且在實際項目中已得到應用，經實測效果基本達到預期。本文旨在提供一種特殊場景下的控車方案，為ATO正常控車策略提供一種補充，提高ATO可用性，并拓展在特殊場景下處理ATO控車的思路。