CTCS_2目标一距离模式曲线生成研究

CTCS-2目标一距离模式曲线生成研究

鹤壁煤业集团铁路运输处　刘　庆

摘　要：CTCS-2级列控系统是基于轨道电路加点式应答器传输列车许可信息，并采用目标距离模式监控列车运行的控制系统。ATP作为车载系统中的重要组成部分，它的主要功能是完成目标距离曲线的计算，保证列车的安全运行，本文就目标距离模式曲线的计算进行了深入的研究。

关键词：CTCS-2　ATP　目标距离

1. CTCS-2列控系统速度控制模式

CTCS-2级列控系统采用目标—距离模式曲线控制方式，该速度控制方式以前方列车所占闭塞分区的入口为追踪目标点，可实现一次制动，列车追踪距离短，运输效率高 。

列控设备生成的目标距离模式曲线是根据目标距离、目标速度、线路参数、列车本身性能计算而定。制动的目标点相对固定，为前方占用闭塞分区起点，而制动起始点是随线路参数和列车性能不同而变化的。线路参数通过应答器进行信息传输， 目标距离由列车收到的轨道电路信息结合线路参数计算得到。

2. 超速防护实现

2.1 列车定位计算

列车当前位置D1由列车从地面应答器获得的绝对地标D与目前走行距离Δd求和得到。如公式(1)所示。

D1=d+Δd (1)走行距离Ad是累计与车轮转数成正比的速度脉冲与车轮直径的乘积求得，如公式(2)所示。

Δd=2nπR (2)列车每通过一个地面应答器就得到当前位置的绝对地标， 并把走行距离Δd清零， 对定位系统进行校正。通过该应答器后，定位系统累计车轮转数计算列车走行距离Δd完成定位功能。

将式(2)代入式(1)得列车当前位置：D1=D+2nπR (3)2.2 目标距离模式曲线计算

2.2.1 目标距离模式曲线计算方法

根据动能定理， 把运动的列车看作一个刚性系统。列车制动过程做的功等于系统动能的增量。因此，列车制动满足以下公式：

−(B+WM(v2v2

)⋅Se=

e−0)

2

(4)

式中：B— 列车制动力(kN)； W— 列车运行阻力(kN)；Se— 实制动距离(m)； M— 列车总质量 (t)

v0— 列车制动初速度(m／s)；

ve— 列车制动末速度(m／s)。由上面公式计算列车实制动距离为：

S=1M(ve2−v2)e02⋅(B+W)

(5)

因为车轮、主电机等回转物体本身具有转动能量， 所以，应考虑这种转动惯量。转动惯量的增量，可以用相对于车辆重量的比值来表示，该比值称为回转质量系数k。另外，还要考虑各种运行阻力的影响，这包括列车运行基本阻力、坡度附加阻力、曲线附加阻力。因此，在考虑了转动惯量和运行阻力影响并统一单位后实制动距离可用下式计算：

S11000(1+k)(v2

−v2e)e=2⋅0(b+w

(6)

0+wi+wr)g

式中：K— 转动惯量系数； b— 单位制动力(N／kN)；

w0— 单位基本阻力(N／kN)；wi— 单位坡度附加阻力(N／kN)；wr— 单位曲线附加阻力(N／l(N)。

用公式(6)计算的实制动距离是当列车制动起作用后的运行距离。如果考虑列控系统判断列车超速并发出制动指令到制动系统开始产生制动作用的时间， 则应把列车在这段空走时间的走行距离计算在内。空走距离和实制动距离之和为列车全制动距离，

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河南科技2010.7下

全制动距离表示为下式：

S11000(1+k)(v2

e=v0⋅t+0−ve2)2⋅(b+ww

(7)

0+i+wr)g

式中: t0—空走时间(S)。

列车单位制动力b与列车的制动特性有关，通常由试验给出列车的制动特性曲线。列车单位基本阻力w0由于其所受影响的因素多而复杂，同时工作条件又经常变化，在实际计算中通常采用经验公式。单位基本阻力计算公式：

w0=a+bv+cv2 (N/kN) (8)由于单位坡度阻力在数值上等于坡道的坡度千分数。列车在上坡道运行时， 阻力为正值，在下坡道运行时，阻力为负值。为计算方便，可以使用一个等效坡道代替单位坡道附加阻力和单位曲线附加阻力，这个等效坡道i称为加算坡道：

i=wi+wr(N/kN) (9)由以上公式推得，在已知制动末速及制动距离的情况下， 制动初速的计算公式：

v2g∆s(b+w0=0+i)1000(1+k)+v2c

(10)

ATP根据收到的轨道电路信息得知前方空闲闭塞分区数，结合应答器中轨道电路长度信息，计算出本车距目标点的距离即目标距离。目标速度由收到的轨道电路信息是停车码序还是减速码序确定。

在计算速度控制曲线时，可以采用分段累积法。将长度为S的区段划分为n个长度为Δs的小区段。从第n个Δs区段开始， 本区段的终点速度ve即为目标速度vTarget，代入公式(10)计算该区段的始端速度v0。相邻的第n-1个Δs区段的终端速度为第n个区段的始端速度，把第n-1个区段的终端速度代入公式(10)，计算出第n-1个区段的始端速度，以此类推。当计算到某个小区段的初速度大于或等于最高限速vlim时.表明速度控制曲线部分计算完成，共经过k次计算。当n取足够大的值，速度点即形成一条不增的速度曲线。

2.2.2 速度控制曲线算法（1）用户输入列车总质量

（2）初始化n维数组V[n]用来记录n个小区段的末速度；

（3）根据轨道电路信息确定前方空闲闭塞分区个数及目标速度vTarget，结合应答器中地面线路数据求出目标距离DTarget。从应答器线路限速包中得到线路限速vlim。

（4）等分目标距离为n个小区段，n=DTarget/Δs。设k为计数器，令k=0； 初始化数组V[n]记录速度曲线计算结果， 令首次计算的制动末速v=vTarget，V[n]=vTarget；

（5）令k=k+1，把制动末速ve带入公式

v2g∆s(b+w0=0+i)1000(1+k)+v2c，计算制动初速v0；

（6）判断计数器k，如果k参考文献：

[1] 郭宁.CTCS2级列车运行控制系统超速防护仿真研究.交通运输工程与信息学报,2007

[2] 傅世善.闭塞与列控概论.北京:中国铁道出版社,2006:l5-17