巴西圣保罗13号线ATC车载设备系统控速防护逻辑研究

施 篇

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

1 概述

巴西圣保罗13号线项目是中国通号首个巴西车载项目，该项目配套的车载设备为FZL300系列产品，在国内已装备于“重庆地铁5号线”“长春北湖线”等多条地铁线路运行的城轨列车。

国内运行的FZL300系列车载设备产品是基于国内城轨业主应用需求及地面设备制式开发，而对配置于巴西圣保罗S2500系列车型的车载设备，需根据国外业主定制化开发需求及司机操作习惯对部分路况条件下的控速及防护逻辑进行适配性修改。国内城轨线路，对于从高速区段至低速区段的列车控速，主要通过地面应答器或车地无线通信提前进行变速点预报，由司机主动控速，避免超速。巴西圣保罗13号线项目的FZL300系列车载设备拟在巴西圣保罗7～13号线上进行运营，相关线路上均未设置地面应答器及车地无线通信系统，常规的车载控速防护逻辑不适用于巴西圣保罗线路情况，且极易导致运行过程中触发紧急制动，影响设备可用性。

2 圣保罗地面线路情况

圣保罗地面线路设备主要为轨道电路，其地面信号载频包括60 Hz和90 Hz两种，具体如表1所示。

表1 代码频率对应关系Tab.1 Corresponding relations of code and frequency

轨道电路速度码的确定取决于由轨道电路接收天线接收到的信号，VMA1码对应允许速度为90 km/h，VMA2码对应允许速度为70 km/h，VL码对应允许速度为50 km/h，VR码即为0允许速度码。SPU信号为重叠保护信号，被用于载波频率为90 Hz的轨道上，作为确定轨道转变点的附加信号。

3 车载设备控速防护方案

3.1 车载设备系统构成

巴西圣保罗项目车载设备系统主要包含车载ATC主机、车载ATO主机、DMI单元、车载TCR单元、车载TAG设备、加速度计、测速装置等设备。车载信号设备的组成如图1所示。

图1 车载ATC设备系统结构Fig.1 The system structure of onboard ATC equipment

3.2 车载设备控速功能总体要求

车载设备系统操作模式包括ATO操作模式（AM模式）、主动操作模式（SM模式）、继续限制速度模式（VR模式）、操作性限制模式（RO模式）、有限隔离模式（LIS模式）、完全隔离模式（UIS模式）。其中，UIS模式为完全隔离车载设备模式，车载设备不限制列车运行速度；VR模式允许速度限制为25 km/h；RO模式、LIS模式允许速度限制为50 km/h；AM模式、SM模式通过车下TCR天线接收地面轨道电路发出的允许速度码信息进行控车。

车载设备主要控速反应为超速情况下输出切牵引、全常用制动及紧急制动，当列车速度低于允许速度2 km/h时，车载ATC系统将输出切牵引指令，当列车速度低于允许速度4 km/h时，该切牵引指令将被撤销；当列车速度高于允许速度1 km/h时，车载ATC系统将输出施加全常用制动指令，当列车速度低于允许速度1 km/h时，该全常用制动施加指令将被撤销；当列车速度高于允许速度3 km/h时，车载ATC系统将输出施加紧急制动指令，只有当速度达到0 km/h时，该紧急制动指令才能被撤销。

车载ATC设备在AM、SM模式下，通过车下TCR天线接收地面轨道电路发送的允许速度码信息，并且按照相应的允许速度进行速度监控。列车运行过程中，如果当前的TCR码允许的速度高，进入下一轨收到的TCR允许速度码低（例如：从VMA1变到VMA2），车载ATC需要考虑运营的安全性和可用性，即需要对降速进行防护，又需要防止降速过程中发生不必要的紧急制动影响运营。按照现场技术人员与业主沟通以及对速度曲线计算的通常做法，设计总体要求如下。

第一：按照预定减速度从高TCR限速的允许速度逐步计算出一条减速度曲线作为允许速度防护曲线，一直计算到低TCR限速的允许速度。

第二：当车载ATC接收到TCR的允许速度码发生从高到低的变化时，立刻切除列车牵引并输出最大常用制动，直到降速过程结束。

第三：考虑司机（SM模式）和ATO（AM模式）的反应时间，从ATC接收到TCR的允许速度码发生从高到低的变化开始计时，在反应时间内车载ATC保持原来的控制方式，反应时间过后进入允许速度降低监控区。

第四：进入允许速度降低监控区时，进行降速允许速度计算，依据计算出来的允许速度按正常的速度防护逻辑进行速度防护。

第五：当列车的实际速度低于新的TCR允许速度计算出来的切牵引速度时，缓解降速切牵引防护，缓解降速最大常用制动，退出允许速度降低防护监控，进入正常的速度控车逻辑。

3.3 控速功能实现方式

现场实际运营场景主要包括如下两种。

1）列车以高于该区段允许速度的实际速度驶入该区段，实现方式示意如图2所示。

图2 车载ATC降速防护曲线（场景一）Fig.2 Curves of deceleration protection of onboard ATC (scenario 1)

其中：

t1：车载ATC接收到TCR的允许速度编码发生从高到低的变化时刻，输出降速监控切牵引和最大常用制动。

t1→t2：司机和ATO设备反应时间，按照原来的速度控车逻辑。

t2：进入允许速度降低监控区，开始降速监控。

t3：列车实际速度下降到低于新TCR限速计算出来的切牵引速度时刻。退出允许速度降低监控逻辑，缓解降速监控切牵引，缓解降速最大常用制动。进入正常限速监控。

t4：车载ATC按照预先设定的减速度计算减速曲线的允许速度到达新TCR限速的时刻。

t2→t3：这段时间属于允许速度降低监控区，车载ATC按照预先设定的减速度计算允许速度。

2）列车以低于该区段允许速度的实际速度驶入该区段

实现方式示意如图3所示。

图3 车载ATC降速防护曲线（场景二）Fig.3 Curves of deceleration protection of onboard ATC (scenario 2)

其中，由于实际速度V4低于TCR新编码计算出的切牵引速度，所以不输出降速监控切牵引及最大常用制动。允许速度直接变为新的TCR编码允许速度。进入正常限速监控逻辑。

为了更好的理解，以列车从VMA1区段驶入VL区段的相关反应为例，流程如图4所示。

图4 列车运行流程示例Fig.4 Flowchart of an example of train operation

在以上ATC控车过程中，ATC仍然按照当前超速防护逻辑保持行车防护，并以ATC内部计算允许速度作为实时允许速度标准，即当列车实际速度由于下坡或制动力不足等原因超过ATC内部计算允许速度3 km/h时，ATC将判断运行超速，并输出紧急制动。

3.4 方案优缺点分析

当前控速方案的优缺点较为明显，如下所述。

优点：当轨道电路的限速降低时，ATC设备可主动降速，降低司机工作强度，避免因司机操作疏漏或不可预计的减速区段造成列车运行超速。

缺点：当轨道电路的限速降低时，ATC设备主动降速且总是使用最大制动力，将降低列车运行的平稳性和舒适性。

对于该方案的优化思路主要为，在降速过程中根据当前实际列车速度与目标允许速度的差值进行软件逻辑判断，结合ATC内部计算允许速度的下降曲线，输出不同级别的常用制动。

4 总结

本文研究的巴西地铁车载设备控速防护逻辑，解决了当前受限于巴西圣保罗地铁地面设备配置导致的降速转码问题，并能够有效降低司机操作的劳动强度，提高了设备的可用性。

该逻辑方案的设计基于当前现场地面设备配置及线路环境，随着现场应用及地面设备配置的升级改造，后续将不断完善，列车运行的平稳性和舒适性也将进一步提高。