城市轨道列车自动运行的仿真研究.docx

城市轨道列车自动运行的仿真研究 陶细华【摘要】 根据列车运行启动过程，中间调整和定点停车阶段，在满足安全性、舒适性、准时性和停车精度的基础上，结合实际线路路况条件，设计了ATO控制算法，针对列车运行各阶段建立由最快加速、巡航和专家打分法及预测算法组成的数学模型，并对ATO系统仿真，结果表明效果理想关键词】 轨道列车 自动运行 控制算法 仿真一、 引言城市轨道列车蓬勃发展，列车自动运行顺应时代发展，成为轨道交通发展趋势ATO是核心子系统，在列车自动防护系统（ATP）的监督下，实现自动运行目标，达到高效性、准时性、舒适性、节能性和精准停车等目的本文研究的重点就是综合考虑各指标，设计自动运行算法，建立仿真系统，探寻最优操纵方案，模拟生成运行曲线二、体系结构通过应答器和轨道电路上传线路参数，利用移动授权信息到车载设备，利用车载设备生成ATP 防护曲线，完成列车启动、牵引、巡航和制动控制，实现安全运行三、控制算法自动运行过程归纳为三大部分：启动阶段、运行阶段和停车阶段，寻找合理的优化操纵方案，给出最优控制策略来控制列车自动运行3.1 启动阶段启动阶段对列车采用最短运行时间，以其最大的牵引力运行使列车在最短的时间内启动。

计算得出相应的加速度，从而进一步进行列车运行控制该过程还需要与反馈的加速度信息进行比较，按照我国TB/T2370-1993《铁路旅客纵向动力学试验方法与评定指标》中规定的旅客纵向加（减）速度的评定指标系数，即保证其平均加（减）速度的绝对值不超过0.082g（a<0.783m/s2），保证舒适度这一性能指标要求3.2 区间运行阶段为了研究各个线路的限速情况，设定一个临时限速区，有三种工况：从高限速区进入低限速区、常数速度监视区和从低限速区进入高限速区从高限速区进入低限速区：为了保证行车的安全性，防止列车超速运行，要求列车提前减速，等价为制动工况，以临时限速为目标速度进入常数速度监视区：自动寻找合适的牵引力使其与阻力近乎相等，从而实现列车的巡航阶段过程；要求列车可以贴线巡航，使其拥有极佳的舒适性、节能性和高效性从低限速区进入高限速区：采用最短运行时间策略，该阶段的加速过程与启动阶段类似，要求列车以最大牵引力运行3.3 停车阶段为了确保列车能够在ATO控制下稳定地精确停车（误差在25cm范围内），算法在停车阶段对制動起模点、停车过程中制动档位选择和其变化频率，计算并设计合理的操纵策略，确保停车稳定性、安全性和精准性指标。

1）停车制动起模点确定a.确定最大常用制动曲线的起模点stop；b.根据最大常用起模点位置，前推不同距离，确定列车停车阶段的制动起模点，如 stop-400m、stop-500m；c.取不同起模点，记录影响运行的性能指标，记录列车运行后对应的停车误差、运行时间、档位变化频率和是否触发最大常用制动等信息d.权重分配，对于停车准度分配 60% 的权重，其余几项性能指标分别分配 13.3% 的权重，反比打分e.根据打分结果，取综合得分最高的制动起模点，列车在该处开始制动会取得最好的停车效果2）停车制动档位选择停车阶段是通过制动力减速，使其在目标停车点实现预期的停车效果，实际制动力表现在制动档位的变化，当列车选择不同的制动档位停车，列车的停车点位置则会相同读取当前位置S0 和速度Vn； 系统根据上传目标停车点，计算所得的制动距离△s，计算出各制动档位即不同的减速度对应的停车误差 stop-（S0+ △s）；根据不同停车误差，该系统比较其大小，取其中使得停车误差最小的档位来实施制动，最后达到精确停车目标3）列车制动档位变化的频率制动档位变化的频率越高，则列车停车精度相应的越高，但制动档位频率的变化涉及到乘客的舒适性，故需要综合考虑停车准度和舒适性两项性能指标，通过仿真实验得到大量数据，再应用专家打分法来分析确定制动变化的频率，该方法类似于对制动起模点的确定。

四、仿真验证用合宁线做仿真实验，距离21.087km，采用 CTCS2 级，动车型号是 CRH1 型，定员载荷质量470t，长度212m仿真系统由三部分构成：地面数据上传生成列车模拟运行界面和ATP防护曲线按照CTCS2级列控车载系统标准运行，在ATP的防护下，实现安全运行，以达到节能目标根据ATO算法控制列车自动运行，列车牵引制动等级变化曲线是对列车自动运行操纵过程的记录，其平稳的变化过程证明了列车在运行中具有良好的舒适性；同时列车运行后记录的各数据表明列车在21.087km的线路上运行耗时为8min24s，停车精度达到0.01m，且没有触发最大常用制动或紧急制动的情况，仿真结果表明列车在ATO算法控制下，完成了较高质量自动运行的过程通过记录列车运行信息设置曲线回放功能，查看列车运行记录，为日后改进行车技术和确定事故责任提供保障五、结束语研究列车自动运行，设计列车启动、区间调速及定点停车的算法，确定了较优的操纵方案，考虑了舒适性、停车准度、准时性等性能指标最后通过仿真设计，证明设计的ATO系统，在ATP监控下按照操纵策略行车，达到了较好运行效果参 考 文 献[1] Su S， Tang T， Li X， etal. Optimization of multitrain operations in a subway system[J]. 2014，6（11）534-539[2] 陆小红，王长林. 基于预测型灰色控制的列车自动运行速度控制器建模与仿真[J].城市轨道交通研究，2013，16（02）：62-65.[3] Gao Mingang. Multi-objective Optimization of Pilots FFS Recurrent training problem[J]. Engineering， 2012，4（10）：662-667.[4] 张冲， 刘晓磊. 列车自动运行系统的性能指标权重分配方案研究[J].铁道通信信号，2012（12）：9-12.[5] 安志强. ATO目标速度曲线优化及跟随控制研究[D].西南交通大学，2011，19-23，57-62. -全文完-。