基于CBTC列车的ATP安全制动曲线计算模型研究

摘要：列车的安全性制动分析是列车安全系统的重要要素分析，ATP制动触发曲线又是其中最为重要的安全系统之一。本文首先从ATP设备反应时间、紧制时间、惰行时间、紧急制动建立时间及全减速时间等方面分析了影响列车制动距离的因素，接着对列车紧急制动干预曲线 EBIC 加以分析，最后着重突出了GEBR制动曲线计算模型。

关键词：列车;列车安全; 安全制动

Abstract: the safety of the train braking analysis is an important element of the train operation safety system analysis, and ATP brake trigger curve is one of the most important one of the security system. This paper from the ATP equipment reaction time, tight time measurement system, do time, emergency braking deceleration time and time and set up all analyzed the factors affecting train braking distance, then the train emergency brake intervention curve EBIC analyzed, finally especially emphasizes the GEBR brake curve calculation model.

Keywords: train; Train operation safety; Safety brake

中图分类号：U260.13+8 文献标识码：A 文章编号：

引言：

列车的安全因素是列车系统中最为重要的系统。对影响列车制动距离因素的分析，并对其中最为重要的ATP制动触发曲线进行分析，是深入研究列车安全性系统的必要方面。

1. 影响列车制动距离的因素

影响列车运行安全的制动距离的设置是非常重要的。CBTC列车通过无线通信将轨旁的移动授权发送至列车，列车在轨道上的定位是根据列车上的传感器测算速度、确定运行方向，并通过读取轨旁的信标，结合预先装载的地图，确定列车的实际位置。

根据列车的速度，车载信号系统将自动生成列车的紧急制动曲线，通过计算列车定位距离与紧急制动距离与所接收到的轨旁冲突点位置进行比较，如判断紧急制动曲线超过了冲突点，系统将立即采取紧制措施停止列车的运行，以保证列车安全。

影响列车运行安全的制动分析能够方便信号与车辆的接口联络，加强信号系统对列车的控制能力，实现列车的安全与精确控制。下图为列车安全制动模型：

在前后两列CBTC列车运行中，系统的移动授权点设在前车的车尾处（车尾的位置需包括列车所计算的位置误差），后车根据冲突点距离计算出列车允许速度曲线与紧急制动曲线，出于安全考虑，后车的制动曲线的终点离冲突点需有一段保护距离，此距离一般为20-30米。

1.1车载ATP设备的反应时间

在安全制动模型的中的 A 部分，VATP 信号设备认为列车运行在安全容许的速度范围内。列车以最大可能的加速率加速运行。然后 VATP 从列车测速设备继续获得速度输入，发现列车已经超过了安全速度，立即实施紧急制动。在最坏情况下，车载主机的反应时间不超过200 ms。

1.2紧急制动反应时间（B）

在安全制动模型的这部分时间（B），列车仍以最大的加速率加速运行。 这部分时间内，紧急制动指令已经发出，列车切除牵引。在紧急制动命令输出后，仍然遗留的加速时间为0.35秒。

车载ATP设备的反应时间与紧急制动反应时间合起来称为列车的超行时间，列车在超速运行的情形下，其信号设备的通信和确认促成了延迟现象的产生。此时，紧急刹车、ATP的突发故障、列车与轨旁通信丢失、移动授权的突然改变等等，均为必须考虑的突发状况

1.3惰行时间（C）

安全制动模型的 C 段时间指的是自车辆切除牵引到摩擦制动 50%建立的时间。在此，考虑列车以当时经过超行时间后的所获得的最大速度惰行，此过程只有惰性阻 力的作用，时间设定为0.55秒。

列车的加速与减速与坡度与曲线有着紧密的联系。它们直接影响着列车的惰性时间，影响的列车的安全性能指数。列车惰行保证时间只有包括这一影响，才能被覆盖而且建立到最小值。

1.4 50%的紧急制动建立时间（D）

在安全制动模型的 D 部分，紧急制动率将会从 50%建立到达可保证紧急制动率。 在 D 段时间内，紧急制动平均按 50%可保证紧急制动率计算，形成 50%紧急制动率的时间为0.7秒。

坡度和曲线对紧急制动的建立也有着重要的影响，直接关系着列车的紧急制动时间。假设列车转换到全减速状态，便会产生50%的紧急制动率，这是由坡度和曲线影响而决定的。通过坡度和曲线的调节能有效控制列车的紧急制动时间。

1.5列车的全减速时间（E）

安全制动模型的 E 部分中，列车以可保证紧急制动率自当前速度降为零速，可保证紧急制动率一般为1.0m/s/s。对曲线和坡度的控制调节同样可以控制和调节列车的全减速时间。全减速的时间控制亦为影响列车制动距离和列车安全的必要因素。该曲线与CTBC和EBIC均有着密切的联系，对其加以解析是分析列车安全制动的重要部分。

2.列车紧急制动干预曲线 EBIC 分析

EBIC是列车紧急制动干预曲线。作为一种重要的速度特性曲线其功能是实现信号系统的超速防护。安全制动模型主要分为彼此密切相关的三个部分，现主要介绍其组成部分并加以简要分析。

2.1牵引力的切断阶段

在过程的开始阶段，安全制动模型会认为列车的牵引力依旧是最大的，处于安全导向阶段，牵引力只有到该阶段的后期才被完全切断。在此阶段，一个常量、一个可变量共同构成了速度的控制。运营速度、坡度的调整和轨道的设计变化共同影响着可变量的部分。

2.2制动力的施加阶段

第二个阶段便是施加制动力的阶段。当列车的牵引力被切断后，列车的紧急制动状态虽然已被触发，但若要施加制动力便不得不考虑其过程中的最大延时。在此期间，若实际意义的制动作用没有在安全模型的制动中产生，则证明该列车尚处于惰行状态。列车对坡度和重力的影响体现在安全模型的每个阶段中。故ATP系统的数据库已自动考虑到列车行进路线中实际的坡度曲线和路况的影响，无需再重新假设其中最坏的情形。

2.3有效紧急制动阶段

当列车完全施加其制动力后，安全制动模型自动认为列车是在按照一个有效紧急制动率制动，直到列车停止运行为止。

3.GEBR制动曲线与ATP紧急制动触发曲线的关系

车载ATP系统是为了保证列车的安全运行。其中的关键技术之一便是安全制动曲线计算模型。它是通过列车牵引计算，依据列车的制动性能和线路条件等的相互作用来计算的。GEBR是在综合一系列的环境条件、路况条件包括列车在行驶最坏情形下的失效状态时所达到的最小紧急制动水平。通过GEBR可以得到GEBR制动曲线。通过GEBR 制动曲线可以计算得出ATP紧急制动触发曲线，二者密不可分。