浅谈广州地铁五号线列车ATO节能运行

杨春

【摘要】从广州地铁五号线ATO实际运行的速度曲线图出发，阐述了列车在ATO控制下运行的主要三个阶段，即列车加速、巡航/惰行、列车制动。通过控制列车最大时间的巡航/惰行来达到ATO节能运行。

【关键词】ATO运行 巡航/惰行 节能运行

城市轨道交通方便了市民的出行，但也带来了巨大的电能消耗。车载信号系统在实现自动控制列车运行功能的同时，也需达到节能运行的目的。本文将从广州地铁五号线列车实际运行情况出发，阐述列车ATO节能运行情况。

一、五号线列车ATO基本功能介绍

五号线列车在正常运行的过程中，为了有效地节约能量，在保持可用运行时间的同时，对于在从当前车站启动至下一个车站的整个距离，ATO必须计算所需的速度，该速度作为位置的函数（称为‘轨迹）。列车的运行轨迹会根据区间线路情况，考虑轨道坡度的加速和制动效果，并且考虑依赖于半径的曲线制动效果。

五号线列车在每个区间的运行过程基本一致，首先会经历一个加速阶段，加速到一定速度后转为巡航或惰性模式，最后列车进入制动阶段保证列车在运营停车点精确对标停稳。每个阶段的曲线都会受每个区间线路长短、线路弯道、线路坡度等因素的影响。

二、五号线ATO列车运行数据分析

为了更好的分析五号线ATO列车在区间运行情况，我们读取了五号线多部列车的ATO运行数据进行分析与对比。以下将以0102车在三溪至鱼珠上行区间运行的ATO曲线图（如图2.1所示）为例进行详细阐述。

图2.1 ATO列车在三溪至鱼珠上行的运行图

纵坐标：速度（km/h）横坐标：时间

各线条表示的物理量：

e……………………ATO输出模拟量

b……………………列车实际速度

a……………………列车推荐速度

f……………………ATO输出制动命令

d…………………列车加速度

b表示列车的实际速度，是由车载OPG与雷达测速单元完成。

d是列车的加速度，是根据蓝色的速度曲线计算出来的值，与速度曲线对应。

a是列车的推荐速度，是列车根据安全防护点、线路限速等因素形成一条固定斜率的曲线，并要求列车的实际速度最大程度的贴近列车推荐速度运行。 g：线路坡度 f：ATO模拟量，ATO根据列车的推荐速度通过ATO模拟量来控制列车的运行速度。

c：ATO控制（有两个状态，虚线在10处代表值为1，即ATO有控制输出，虚线在0处代表值为0，即ATO没有控制输出，虚线下同）

绿色虚线：ATO牵引输出继电器状态（1或0）

f：ATO制动输出继电器状态（1或0）

从图2.1可以看出，五号线ATO列车在区间运行过程主要分成3个阶段，牵引阶段、巡航和惰行阶段、制动阶段。

l、牵引过程。在图中1、2标记处ATO输出100%牵引使列车以最大加速度达到ATO推荐速度，以贴合推荐速度运行;

2、巡航和惰行过程。在图中3标记处轨道上有上坡，为了使列车实际速度贴合推荐速度，ATO输出一个的牵引力使列车保持当前恒定速度，即为巡航阶段;在图中4标记处列车输出模拟量为零，列车既不牵引也不制动，处于惰行状态，即为惰行阶段。

3、制动过程。在图中5标记处为列车制动停车过程，ATO不断调整制动模拟量的大小使得列车实际速度贴合推荐速度运行，最终保证列车在站台精确对标停车。

如图2.1所示，五号线列车在运行过程中，能够最大程度的贴合ATO推荐速度运行，在牵引阶段ATO能够输出100%牵引模拟量来保证列车在最短时间内达到ATO推荐速度。在列车的巡航惰性阶段列车能够按照列车的推荐速度最大程度以巡航和惰性模式运行。在制动阶段列车能够贴合列车的推荐速度制动，保证列车能够在站台精确对标停车。

五号线列车在实际运行过程中，ATO列车在每一个站台区间运行时都是用同一个“轨迹”即ATO推荐速度曲线，但列车在运营高峰期和运营低峰期由于列车的载重不同，列车的牵引制动系统响应ATO输出模拟量的相关参数也有所变化。

通过对列车在同一区间分别在运营高峰期和非运营高峰期的数据进行对比分析，列车的运营高峰期和非高峰期的区间运行时间，运行轨迹基本相同。ATO为了保证列车正常的运行轨迹，将输出模拟量根据列车的载重量进行相应调整。所以五号线列车在高峰期和非高峰期的ATO数据将不进行分开讨论

三、五号线ATO列车节能运行方案预想

通过对目前五号线列车ATO运行数据分析，在区间运行时间，ATO接口参数不变的情况下，增加列车巡航和惰性时间的可操作性不大。

如果需要进一步增加五号线列车巡航和惰性时间，可以从以下两个阶段出发：

1、牵引阶段，增大车辆牵引系统对ATO模拟量响应加速度。根据接口文件，列车在0至35km/h间，列车在AWO.AW2的情况下，ATO在输出100%牵引模拟量时，列车的最大加速度为l.Om/s2。如果列车牵引系统可能提高响应加速度的话，就可以使列车以更短的时间内达到列车的推荐速度，增加列车的惰性时间，以达到列车的节能运行的目标。

2、制动阶段。五号线列车常用制动的最大制动减速度为1.Om/s2。但是在列车正常制动的情况下，制动加速度为0.5m/s2左右。如果在列车的制动过程中，增大列车制动系统对ATO输出模拟量的制动减速度。这样就可以减少列车的制动时间，同时增大列车的惰性时间。

以上两种节能方案，目前只能从理论方面分析，根据五号线列车实际运行情况来看，需要考虑到乘客的舒适性和列车牵引制动系统的实际响应能力，所以还需要针对以上两个方面的节能方案进行进一步的测试和探讨。

四、结论

从五号线列车的ATO运行曲线图来看，五号线列车在ATO运行过程中，已经根据区间线路情况，实现了ATO巡航和惰性的节能运行方式。所以从目前五号线列车的运行情况来看，在现有ATO接口参数不变的情况下，通过增加ATO巡航和惰性的可操作空间不大。

从理论层面分析，五号线列车的区间运行过程分为牵引、巡航惰性和制动过程，可以通过减少列车牵引和制动的时间，同时增加列车巡航和惰性时间来保证列车的区间运行时间并达到节能运行的目的。