低地板有轨电车ATO精准停车控制策略研究

彭学前，罗 超，曾春军，武小平

(中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

随着我国经济快速发展，城市轨道交通系统也得以综合发展，尤其是低地板有轨电车，由于其具有节能环保、满足自动化运营需求等特点，在旅游观光区、机场快捷线等方面运用较多。

低地板有轨电车作为一种城市轨道交通工具，为提高线路运营效率及降低司机疲劳驾驶带来的风险，越来越多的运营方采用ATO运行方式。安全合理的ATO精准停车控制策略不仅关系着乘客乘车舒适度，还影响着线路运营效率。现有的低地板有轨电车通过ATO运行方式，有着停车冲击大的特点，同时在具有站台屏蔽门对标的运营环境中存在冲标及欠标问题，导致站台屏蔽门无法自动打开，需要将ATO运行方式切换为手动驾驶方式后，再通过司机手动进行站台屏蔽门对标，影响了列车运营效率。

本文以七模块低地板有轨电车为例，利用列车MVB网络，提出低地板有轨电车ATO精准停车控制策略，充分发挥列车制动力配置及管理、电液转换及车载控制器(VOBC)控制保持制动方式，提高乘客乘车舒适度及列车运营效率。

1 列车配置和制动系统配置

七模块低地板有轨电车配置采用3M1T3F单编组方式，具体编组顺序为Mc1—F1—M—F3—Tp—F2—Mc2，其中Mc1、Mc2表示带司机室的动车，M表示动车，Tp表示拖车，F1、F2、F3表示浮车，具体如图1所示。

图1 七模块低地板有轨电车编组图

制动系统配置主要由电制动、液压制动和磁轨制动组成。其中，Mc1、Mc2、M三个动车液压制动系统由3套相互独立的被动式电液控制单元、电子制动控制单元(EBCU)和制动夹钳等部件组成，Tp车液压制动系统由主动式电液控制单元、电子制动控制单元和制动夹钳等部件组成。

2 ATO精准停车控制策略

针对七模块低地板有轨电车在具有站台屏蔽门对标的运营环境中，ATO进行精确停车时，列车充分发挥制动力配置及控制进行预减速、电液转换，直至停车进入保持制动。ATO输出制动指令到停车过程的时序(见图2)如下:T1时间是ATO发出制动命令到车辆控制系统(TCMS)收到制动命令时间，T2时间是TCMS收到制动命令到列车EBCU开始施加制动力时间，T3时间是列车EBCU开始施加制动到制动力达到预期值时间。

图2 ATO精准停车过程

2.1 制动力配置及管理控制策略

制动力由电制动力、液压制动力和磁轨制动力组成。七模块低地板有轨电车3个动车配置了载荷传感器，且M车载荷参数替代Tp车载荷参数，当EBCU检测到非零速信号时列车重量被储存，直到下一站为止，重量值被固定，单车2个载荷传感器取平均后对外输出重量信息T(以百分比形式)至TCMS，TCMS接受单车重量信息，并计算列车重量M列车，并将相应列车重量发送至EBCU及牵引控制单元(DCU)。列车重量M列车计算公式:

M列车=M列车AW0+(MMc1-AW3-MMc1-AW0)×TMc1+(MMc2-AW3-MMc2-AW0)×TMc2+(MM-AW3-MM-AW0)×TM+(MTp-AW3-MTp-AW0)×TM+ M列车转动惯量

(1)

TCMS根据列车重量及制动级位计算列车总制动力F总，并发送至DCU及EBCU。F总计算公式:

F总=M列车×a

(2)

其中，M列车为列车重量，a为制动级位对应的减速度。

制动力管理优先采用电制动控制策略，列车在制动过程中，EBCU通过司控器制动级位和MVB网络指令向DCU申请电制动力，DCU收到请求信号后输出实际电制动力F电，将列车速度进行预减速，当速度点达到进入电液转换条件时，开始补充液压制动力F液，当特定制动工况需要施加磁轨制动时，列车将投入磁轨制动力F磁，保证列车总制动力等于电制动力、液压制动力和磁轨制动力之和，其计算公式如下:

F总=F电+F液+F磁

(3)

根据上述制动力配置及管理控制策略，能够实现列车进行预减速，从而进入电液转换控制过程。

2.2 电液转换控制策略

列车在制动过程中，首先通过电制动力将列车进行预减速，当速度点达到进入电液转换条件时，开始实施电液转换控制策略：即当速度降到电液转换点时，DCU通过TCMS发出电制动淡出信号，经过短暂通信延时，EBCU收到电制动淡出信号，此时电制动力按比例减少，液压制动力按比例增加，直到电制动力完全退出，液压制动力完全施加。

电液转换控制策略曲线如图3所示。在t0时刻，列车发出电制动淡出信号，经过t0到t1的延时，电制动力按照固定曲线斜率减少，液压制动力按照同样的曲线斜率增加，直至t2时刻，电制动力完全退出，液压制动力完全施加。当速度来到t3时刻，列车进入VOBC控制保持制动过程，直到t4时刻，列车施加最大液压制动力，保证列车在线路最大坡道停车而不出现溜逸。

图3 电液转换控制策略曲线

2.3 VOBC控制保持制动策略

VOBC控制保持制动如图4所示。列车处于ATO运行模式时，当列车速度小于V1且持续t1 s，VOBC通过MVB网络向TCMS输出60%的常用制动和保持制动施加请求指令，此时EBCU会根据TCMS输出的施加请求指令，同时EBCU会检测列车速度，若检测到列车速度大于V2则不接受此指令，只有低于V2此命令才有效，液压制动系统才施加保持制动，同时液压制动系统撤销60%的常用制动指令。其中V1

图4 VOBC控制保持制动流程图

另外，列车在非牵引状态下，EBCU检测到列车速度小于V1且持续t2s后，仍然没有收到VOBC输出的保持制动施加请求指令，此时液压制动系统同样施加保持制动，确保在VOBC故障或MVB网络通信故障情况下仍然安全停车。

通过制动力配置及管理控制、电液转换和VOBC控制保持制动方式，不仅改善了停车冲击，而且站台屏蔽门对标误差小，极大地提高了列车运营效率，实现了ATO精准停车控制要求。

3 试验验证

基于上述ATO精准停车控制策略，七模块低地板有轨电车在不同载荷、不同速度等级下，能够在具有站台屏蔽门运营环境中实现精准对标停车，且停车冲击性小、乘客舒适度高。针对不同载荷、不同速度等级进行了10 000次试验数据统计，平均停车冲击率为0.05 m/s3，平均对标误差为3.8 cm，现以下面2组具体试验数据进行说明。

试验1:AW0载荷，40 km/h速度等级，ATO停车数据如表1所示，停车过程如图5所示。

表1 40 km/h速度AW0载荷ATO停车数据

图5 40 km/h速度AW0载荷停车过程

试验2:AW3载荷，70 km/h速度等级，ATO停车数据如表2所示，停车过程如图6所示。

表2 70 km/h速度AW3载荷ATO停车数据

图6 70 km/h速度AW3载荷停车过程

试验结果表明：列车在不同载荷、不同速度等级下停车冲击小、对标站台屏蔽门误差小，满足ATO精准停车要求。

4 结语

制动系统是确保低地板有轨电车行车安全最关键的系统，同时，利用MVB网络与TCMS及信号系统配合是实现ATO精准停车的关键所在。本文使用的七模块低地板有轨电车ATO精准停车控制策略可以为其他有轨电车ATO运行设计提供一定的参考。