特殊场景下ATO控车方案探讨

夏振东

（卡斯柯信号有限公司，北京 100070）

1 问题追溯

在互联互通项目中，对于停车区域属性的定义通常是根据停车点的类型来判断。根据互联互通规则，当停车点属性为运营停车点时，相应的停车区域才被认为是默认停车区域。也正因此，在实际项目列车自动运行（ATO）调试的过程中遇到如下问题。

当自动运行任务（ATM）有效时，列车根据中心列车自动监控（ATS）下发的运行任务执行停车作业。对于需在非默认停车区进行停车，但无ATS下发的任务（人工进路）或者ATO运行过程中车载控制器（VOBC）与ATS失去通信时，VOBC将无法按照停车点正常停车，此时ATO的唯一限制点是限制态的信号机。因此当制动响应较差时，可能会出现停车距信号机过近或冒进信号的情况。

2 解决方案

依据ATO控车原理，针对此问题有两个方案可以执行。

方案一：通过修改ATO对于信号机限制点的停车策略，适当的放大ATO针对限制信号机参考点的偏移量，令VOBC在ATO控车下，当最强限制点是限制态信号机时，依据信号机上游处更大的偏移量计算ATO参考曲线，从而达到停车时不过于接近信号机的效果。此方案中偏移量设置的大小，需在不破坏正常红灯停车策略的前提下，尽可能地放大偏移量，因此需多次现场调试来进行确认验证。

方案二：如图1所示，在非默认停车区，限制信号机为最强限制点，此时VOBC无法看到停车区内的停车点。可通过VOBC距离激活停车点的距离（Active_SSP_distance）与VOBC收到的区域控制器（ZC）发送的列车控制信息帧中的障碍点信息，计算出的到障碍点距离（CBTC_EoA_limit_distance）进行判断，确定前方信号是否为红灯。一旦红灯条件判断成立，VOBC根据推算结果，在S0处，即距障碍点距离为d处，施加最大常用制动，让列车提前响应一定级位的制动力，这样可以起到提前停车的效果，并使车停到一个较合适的位置。

由于Active_SSP_distance是ATO计算的精确距离，CBTC_EoA_limit_distance是ATP考虑最大定位误差计算的距离，用它们进行红灯判断的时候，必须考虑定位误差的影响。否则在定位误差大且停车点（SSP）到计轴点比较近的车站，红灯进站过程中会出现短暂的Active_SSP_distance大于CBTC_EoA_limit_distance的情况，此时会在正常停车站红灯的情况下，误触发红灯无停车点控制机制，从而破坏正常站红灯时 ATO停车策略，造成欠标的情况。因此应用这两个条件判断施加最大常用制动的点时，需考虑定位误差的影响，若项目最大打滑率为15%，考虑测速设备（编码里程计）的自身误差为1%，线路上连续3个应答器最大间距为600 m，最大定位误差loc error=600×16%=96 m。同时需要考虑退出施加最大常用制动命令的条件。如列车正确停靠后，只需要正常地施加保持制动即可，不再需要施加最大常用制动正常的命令，若不缓解最大常用制动命令，列车将无法正常以ATO模式启动。

综合考虑后，最终判断逻辑如图2所示。

本方案最关键的是需要估算出开始施加最大常用制动的点，也就是开始施加大制动时，车与障碍点的距离d。如图1所示，d=d1+d2，d1表示VOBC施加最大常用制动后，整个制动距离；d2表示停车区域中理论停车点与障碍点（计轴）的距离，此距离可通过查看平面图确认，暂用11 m进行估算。因此仅需要估算出d1的距离。

若项目停车区域坡度较小，可忽略坡度加速度影响。如果停车区域存在较大坡度，需考虑坡度加速度的影响。为简化且便于理解，将信号机和计轴同点处理。

实际上从VOBC发出施加最大常用制动命令后，到列车停车的过程大致可分为3个阶段，如图3、4所示。

第一阶段：列车从当前减速度增大到列车最大常用制动减速度的过程，对应运行距离与时间分别为D1，T1；

第二阶段：列车稳定在最大常用制动的过程，对应运行距离与时间分别为D2，T2；

第三阶段：列车撤销最大常用制动恢复到默认停车需施加的制动减速度，对应运行距离与时间分别为D3，T3。

其中第三阶段执行时速度已经接近1 km/h，早已完成电空转换过程。此时起主要作用的是气制动，且本身延时较大，其主要作用是让车停下后执行正常的驻车制动，防止溜车情况发生。且第三阶段持续时间很短，在估算的前提下，第三阶段走行距离基本可以忽略，或将其并入到第二阶段考虑。因此实际需要确认的距离D=D1+D2。

计算过程中所用参数均来源于某开通项目，计算过程如下（为方便计算，所有计算结果均保留小数点后两位）。

1）求第一阶段的末速度V2（即第二阶段的初速度）

第二阶段是从速度V2开始做匀减速运动，假定障碍点到停车点的距离为11 m，即d2=11 m，若从V2按照ATO限制点为信号机正常停车，已知减速度a1=-0.6 m/s2，运行的距离为D0；若从V2按照ATO参考点为停车点去停车，用第二阶段的最大减速度a2=-1.1 m/s2，运行的距离为D2，如图5所示，D0－D2=11 m，根据运动学公式，

其中：V0表示初速度，Vt表示末速度，s表示走行距离，a表示减速度（制动过程）。

以D2和D0的对应关系，代入已知参数可得：(0从而推出，初速度V2=5.39 m/s。

2）第一阶段运行距离计算

第一阶段从ATO正常控车的固定减速度a1加到最大常用制动减速度a2的过程，对应的速度为V1和V2，走行距离为D1。已知a1=-0.6 m/s2，a2=-1.1 m/s2，加速度变化率（jerk）=0.75 m/s3，V2=5.39 m/s。

实际上这一阶段为变减速运动，考虑第一阶段是从当前减速度增大到列车最大常用制动减速度的过程，在ATO制动命令级位变化的过程中，信号系统会控制加速度的变化率不高于0.75 m/s3，若按此jerk推算，第一阶段的时间最大为

其中：V0表示初速度，Vt表示末速度，t表示所用时间，a表示减速度（制动过程）。

如果减速度取a1，将项目参数代入公式（2），可得V2=V1+a1×T1，从而推得 ：V1=V2－a1×T1。代入已知数值，求得V1=5.79 m/s，根据速度位移公式（1）可求得第一阶段运行距离

如果减速度取a2，将项目参数代入公式（2），可 得V2=V1+a2×T2，从 而 推 得V1=V2－a2×T1，代入已知数值，求得V1=6.12 m/s，根据速度位移公式（1）可求得第一阶段运行距离

由于第一阶段持续时间相对较短，按匀减速不同减速度（ATO正常控车的固定减速度a1以及最大常用制动减速度a2）估算第一阶段运行距离，从计算结果可见，两种减速度下计算出的距离相近。由此可推断第一阶段的实际变减速运动距离也应与上述匀减速运动估算的值相近。

3）简化后对VOBC施加最大常用制动直至停车的距离计算

通过上述计算结果验证，为了简化计算，可以把整个过程等效为一个匀减速运动过程进行估算。简化后如图6所示，本方案实际需预估d的距离，且已知d2=11 m。

如图6所示，当车速达到V1时，VOBC申请最大的减速度a1=-1.1 m/s2，用于列车停到停车点附近。从速度V1到降为速度0的过程中走行距离为d1。此过程可视为以a1=-1.1 m/s2的匀减速运动。正常的停车策略是以a2=-0.6 m/s2的减速度停车，假设对应S0位置速度曲线2对应的速度为V2，根据匀减速的速度位移公式（1）得到如下关系。

另外曲线1和曲线2均采用相同的减速度制动停车，上文已假设d2的距离为11 m，根据速度位移公式以及如图6所示d，d1和d2对应关系，可推导得出与上面求得V和

1V2关系，组成2元2次方程如下。

4）考虑定位误差对d进行优化

上述计算结果均是估算列车相对精确的位置，然而本方案逻辑中用到的CBTC_EoA_limit_distance会考虑定位误差，因此在填写d值的时候，需要减去定位误差（loc_error）的影响。对于不同项目应答器布置原则可能不同，因而不同线路定位误差也会存在差别。本文仅以某开通项目为例，根据其应答器在停车区布置情况，对定位误差进行估算，从而对方案中的d值进行优化。

当车的实际位置距障碍点为24.2 m时，根据线路情况，此时车距上一个读过的应答器走行距离约6 m，按照最大定位误差16%去过估，此时定位误差最大应为0.96 m，考虑应答器安装误差为±0.5 m，因此定位误差大概有2 m的影响，因此实际逻辑中需要配的数值d应根据上面理论计算值d再减去2 m，综上所述，此项目d值应取22.4 m较为合适。本值仅是理论计算结果，还可通过现场实际调试情况进行微调。

3 方案对比与总结

两种方案的优缺点如表1所示。

表1 方案对比Tab. 1 Comparison of schemes

通过对比两种方案，笔者认为将方案一和方案二结合，共同解决红灯，非默认停车区域的ATO停车问题是最优的方案。通过方案二的精确计算可以让列车尽可能停在原有停车点位置。方案一可以对方案二进行有效补充，只要通过现场调试确认一个合适的偏移量，当正常站红灯停车时，此偏移量不破坏原有停车曲线即可。这样可以做到正常CBTC模式下通过方案二进行较精确停车，后备模式下与ZC无通信时，可自由切换方案一执行停车，虽然此时无法较精确停车，但可完成正常停靠作业，不会影响正常折返等操作。

4 结束语

随着城市轨道交通行业的不断发展，全自动无人驾驶、互联互通以及车车通信（TACS）技术成为行业发展的主流，项目在执行过程中也将面临更加复杂的场景。尤其随着自动化需求越来越高，对ATO处理特殊场景的能力要求更高。本文针对实际项目执行过程中，遇到的在特殊场景下ATO的停车问题进行阐述，并给出了更合理的方案，且在实际项目中已得到应用，经实测效果基本达到预期。本文旨在提供一种特殊场景下的控车方案，为ATO正常控车策略提供一种补充，提高ATO可用性，并拓展在特殊场景下处理ATO控车的思路。