城市轨道交通国产ATP车载设备超速防护功能的仿真实现
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［&， %］ 国产化 !"# 仿真系统的结构如图 % 所示 。
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列车防护原理
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列车制动曲线的仿真 为了保证列车能够准确停在目标停车点处，模
拟车载必须计算出从当前位置到目标距离点之间的 最大安全允许速度，即需要仿真列车紧急制动的曲 线。
［&］ 列车紧急制动曲线可用如下经验公式计算 。
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!"# 系统仿真结构图
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内。 根据以上迭代算法，带有 0 个拖车的 12. 型列 车在坡度为 *"*! 的下坡段运行时的紧急制动的仿 真曲 线 如 图 . 所 示。 由 图 可 知， 当 列 车 以 3* ・ 4% 5 6 !的速度运行时，为保证安全停车，必须在距 离停车点（如图 . 中 % 点）$3# % 处实施紧急制动。
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(是解决现代城市交通拥挤的有效手 段，它的最大特点是运营密度大、列车行车间隔时 间短、安全、正点。因此，必须采用具有行车间隔 控制、连续速度显示监督和防护的列车自动防护系 统，以确保行车安全，提高行车效率。 由于我国地铁目前的列车自动防护系统（ -=>） 基本上都是从国外引进的，因此研制和开发具有自 主知识产权的 -=> 系统提上了日程。本文介绍了由 国家计委和铁道部立项，由中国铁路通信信号总公 司总承的《城市轨道交通 -=> 系统国产化开发及产 业化》项目中 -=> 仿真系统的开发，并详细设计与 实现了 -=> 车载设备超速防护功能的仿真。 区域控制中心：它从轨道电路、道岔、信号机 采集信息，并与列车自动监控系统 -=2 进行信息交 换，完成联锁的安全逻辑处理，并通过目标控制器 和接口电路自动控制信号机、转辙机的动作；区域 控制中心根据轨道电路的空闲状态、线路曲线、坡 道，以及联锁进路的状态实时进行轨道电路的信息 编码，传递给 -=> 车载设备；另外相邻区域控制中 心之间还进行安全信息的传送。 安全数据网：是各种安全信息的传输通道。 数字编码轨道电路：检测列车占用、提供列车 定位信息、-=> 信息的地车传递、电气分离的断轨 检查。
第!"卷 ， 第!期 中 国 铁 道 科 学 #$%&!" ’$&! ! ( ( ! 年 ) 月 *+,’- .-,/0-1 2*,3’*3 -456%，!((! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
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速度控制模式曲线的仿真与实现
安全性停车点防护 安全停车点是基于危险点定义的，危险点是列
车超越后可能发生危险的点，因此对危险点要定义 一个防护段。防护段的长度由运行条件和列车性能 所决定，必须保证列车最迟能够在其末段（危 险 点）停下来。车载 !"# 负责计算出到安全性停车点 的速度—距离曲线（如图 $ 所示） ，以保证列车在 ［$］ 安全区内停车。图中点 ! 为安全性停车点 。
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［7］ 元及车载 -=> 设备 。其系统结构如图 7 所示。
第%期
城市轨道交通国产 !"# 车载设备超速防护功能的仿真实现
1;
进路控制 单 元：接 收 区 域 控 制 中 心 的 控 制 命 令，控制信号机显示及道岔的位置。 车载 !"# 设备：是 !"# 系统中保证行车安全的 关键设备。根据接收到的各种地面信息，如：目标 速度、目标 距 离、线 路 坡 度、线 路 最 大 允 许 速 度 （包括临时限速） 、允许开门信息、轨道电路标 号 等，完成列车速度控制模式曲线的计算或根据地面 !"# 区域控制中心传来的命令监督列车运行。
制、进路控制、超速防护的重要作用，是列车运行自动控制的基础。其中， -=> 车载设备是 -=> 系统中保证行 车安全的关键设备，它根据地面信息和机车信息生成列车速度控制曲线，并与列车实际速度进行比较，监督列 车运行，实现超速防护、零速检测、无意识移动防护、制动确认和车门防护等功能。本文在介绍 -=> 系统仿真 的基础上，重点阐述了 -=> 车载设备列车速度控制模式曲线的仿真计算方法，并以北京地铁一号线的线路参数 为例，对 -=> 车载设备的速度控制模式曲线进行了仿真，实现了车载 -=> 的超速防护功能。目前，整个 -=> 仿 真系统已正式投入运行，取得了预期的效果。 关键词：列车自动防护；车载 -=>；安全停车点；限速曲线 中图分类号：?!:)&):!：!"@&; 文献标识码：-
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固定限速和临时限速曲线的仿真
&’( 的速度限制分为两种：一种是固定限速， 如线路设计的最大允许速度、列车车辆自身性能的 最大允许速度等；另一种是 临 时 限 速，由 线 路 维 修、施工等造成。这两种限速值均由设备运行仿真 模型实时通过报文发送给模拟车载（参见图 -） 。 采用面向对象仿真的方法，建立如表 ! 所示的 轨道对象。
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国产 !"# 仿真系统原理及结构
由于 !"# 系统涉及到机车车辆、路轨条件、测
速测距、地车信息传输、信号联锁、行车指挥、司 机驾驶和环境条件等很多方面，系统庞大繁杂、设 计中难免有疏漏的地方。而且在样机开发生产出来 后，面临如何进行系统的全面测试，以尽快发现问 题，解决问题。传统的方法是进行现场测试，这不 仅周期长、投资大、而且有些极限条件很难在现场 遇到，这样系统的一些性能得不到测试及验证。因 此，在城市轨道交通 !"# 设备国产化开发的同时， 建立 !"# 仿真系统，采用仿真的方法建立 !"# 设备 的工作模型和 !"# 设备的运行环境模型，为 !"# 设 备开发提供辅助设计平台、验证测试平台及培训演 示平台是必要的。
— —!"# 最大安全允许速度 / 2・ 3 4& ； "$ — — — 牵引力切除后的最大速度 / 2・ 3 4& ； "&— — — 制动运用后的最大速度 / 2・ 3 4& ； "%— — — 重力加速度； (— — — 为坡道值， 正为上坡， 负为下坡； )— — — 有牵引力时 "$ 下的加速度； &— — — 列车阻力 / *5・, 4& ， *— & 和 * 均查表得知； — — !"# 车载设备最长反应时间， 常取 % 0 ； $&— — — 列车紧急制动设备最大反应时间， 常取 $%— &67 0 ； — — 最小紧急制动率 / 2・ 3 4% ， 取 869:； ,— — — 旋转质量系数， 取 &689。 !—
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其中，列车动力学模型从模拟机车驾驶台获得 牵引、制动等控制信息，从设备运行环境模型获得 线路属性，按照列车动力学原理计算出列车实际的 速度、位移以及线路占用信息，并将这些信息传给 其他各相关模块。模拟车载设备完成列车速度控制 模式曲线的生成和一些开关量的逻辑运算，并将开 门信息、!"# 模式、制动等相关信息发送到模拟机 车驾驶台进行显示。各种数据的具体流向可参见图 %。列车动力学模型、模拟机车驾驶台、模拟车载 设备 之 间 通 过 ’()*+, 通 信，其 余 的 模 块 之 间 通 过 -./0 连接。
收稿日期：!((787!8(< 作者简介：宋 芹（7@<<—） ，女，湖南永顺人，硕士研究生。 基金项目：国家计委计高技 7@@@［7!:9］ ；铁计函 7@@@［"!:］
图7
-=> 系统结构
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国产 -=> 系统原理及构成
国产 -=> 系统共包括 ; 个部分：区域控制中 心、安全数据网、数字编码轨道电路、进路控制单
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中
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科
学
第 -$ 卷
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列车防护原理
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列车制动曲线的仿真 为了保证列车能够准确停在目标停车点处，模
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!"# 系统仿真结构图
( 5 . 12!. 3 )
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(是解决现代城市交通拥挤的有效手 段，它的最大特点是运营密度大、列车行车间隔时 间短、安全、正点。因此，必须采用具有行车间隔 控制、连续速度显示监督和防护的列车自动防护系 统，以确保行车安全，提高行车效率。 由于我国地铁目前的列车自动防护系统（ -=>） 基本上都是从国外引进的，因此研制和开发具有自 主知识产权的 -=> 系统提上了日程。本文介绍了由 国家计委和铁道部立项，由中国铁路通信信号总公 司总承的《城市轨道交通 -=> 系统国产化开发及产 业化》项目中 -=> 仿真系统的开发，并详细设计与 实现了 -=> 车载设备超速防护功能的仿真。 区域控制中心：它从轨道电路、道岔、信号机 采集信息，并与列车自动监控系统 -=2 进行信息交 换，完成联锁的安全逻辑处理，并通过目标控制器 和接口电路自动控制信号机、转辙机的动作；区域 控制中心根据轨道电路的空闲状态、线路曲线、坡 道，以及联锁进路的状态实时进行轨道电路的信息 编码，传递给 -=> 车载设备；另外相邻区域控制中 心之间还进行安全信息的传送。 安全数据网：是各种安全信息的传输通道。 数字编码轨道电路：检测列车占用、提供列车 定位信息、-=> 信息的地车传递、电气分离的断轨 检查。
第!"卷 ， 第!期 中 国 铁 道 科 学 #$%&!" ’$&! ! ( ( ! 年 ) 月 *+,’- .-,/0-1 2*,3’*3 -456%，!((! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
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速度控制模式曲线的仿真与实现
安全性停车点防护 安全停车点是基于危险点定义的，危险点是列
车超越后可能发生危险的点，因此对危险点要定义 一个防护段。防护段的长度由运行条件和列车性能 所决定，必须保证列车最迟能够在其末段（危 险 点）停下来。车载 !"# 负责计算出到安全性停车点 的速度—距离曲线（如图 $ 所示） ，以保证列车在 ［$］ 安全区内停车。图中点 ! 为安全性停车点 。
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［7］ 元及车载 -=> 设备 。其系统结构如图 7 所示。
第%期
城市轨道交通国产 !"# 车载设备超速防护功能的仿真实现
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进路控制 单 元：接 收 区 域 控 制 中 心 的 控 制 命 令，控制信号机显示及道岔的位置。 车载 !"# 设备：是 !"# 系统中保证行车安全的 关键设备。根据接收到的各种地面信息，如：目标 速度、目标 距 离、线 路 坡 度、线 路 最 大 允 许 速 度 （包括临时限速） 、允许开门信息、轨道电路标 号 等，完成列车速度控制模式曲线的计算或根据地面 !"# 区域控制中心传来的命令监督列车运行。
制、进路控制、超速防护的重要作用，是列车运行自动控制的基础。其中， -=> 车载设备是 -=> 系统中保证行 车安全的关键设备，它根据地面信息和机车信息生成列车速度控制曲线，并与列车实际速度进行比较，监督列 车运行，实现超速防护、零速检测、无意识移动防护、制动确认和车门防护等功能。本文在介绍 -=> 系统仿真 的基础上，重点阐述了 -=> 车载设备列车速度控制模式曲线的仿真计算方法，并以北京地铁一号线的线路参数 为例，对 -=> 车载设备的速度控制模式曲线进行了仿真，实现了车载 -=> 的超速防护功能。目前，整个 -=> 仿 真系统已正式投入运行，取得了预期的效果。 关键词：列车自动防护；车载 -=>；安全停车点；限速曲线 中图分类号：?!:)&):!：!"@&; 文献标识码：-
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固定限速和临时限速曲线的仿真
&’( 的速度限制分为两种：一种是固定限速， 如线路设计的最大允许速度、列车车辆自身性能的 最大允许速度等；另一种是 临 时 限 速，由 线 路 维 修、施工等造成。这两种限速值均由设备运行仿真 模型实时通过报文发送给模拟车载（参见图 -） 。 采用面向对象仿真的方法，建立如表 ! 所示的 轨道对象。
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国产 !"# 仿真系统原理及结构
由于 !"# 系统涉及到机车车辆、路轨条件、测
速测距、地车信息传输、信号联锁、行车指挥、司 机驾驶和环境条件等很多方面，系统庞大繁杂、设 计中难免有疏漏的地方。而且在样机开发生产出来 后，面临如何进行系统的全面测试，以尽快发现问 题，解决问题。传统的方法是进行现场测试，这不 仅周期长、投资大、而且有些极限条件很难在现场 遇到，这样系统的一些性能得不到测试及验证。因 此，在城市轨道交通 !"# 设备国产化开发的同时， 建立 !"# 仿真系统，采用仿真的方法建立 !"# 设备 的工作模型和 !"# 设备的运行环境模型，为 !"# 设 备开发提供辅助设计平台、验证测试平台及培训演 示平台是必要的。
— —!"# 最大安全允许速度 / 2・ 3 4& ； "$ — — — 牵引力切除后的最大速度 / 2・ 3 4& ； "&— — — 制动运用后的最大速度 / 2・ 3 4& ； "%— — — 重力加速度； (— — — 为坡道值， 正为上坡， 负为下坡； )— — — 有牵引力时 "$ 下的加速度； &— — — 列车阻力 / *5・, 4& ， *— & 和 * 均查表得知； — — !"# 车载设备最长反应时间， 常取 % 0 ； $&— — — 列车紧急制动设备最大反应时间， 常取 $%— &67 0 ； — — 最小紧急制动率 / 2・ 3 4% ， 取 869:； ,— — — 旋转质量系数， 取 &689。 !—
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其中，列车动力学模型从模拟机车驾驶台获得 牵引、制动等控制信息，从设备运行环境模型获得 线路属性，按照列车动力学原理计算出列车实际的 速度、位移以及线路占用信息，并将这些信息传给 其他各相关模块。模拟车载设备完成列车速度控制 模式曲线的生成和一些开关量的逻辑运算，并将开 门信息、!"# 模式、制动等相关信息发送到模拟机 车驾驶台进行显示。各种数据的具体流向可参见图 %。列车动力学模型、模拟机车驾驶台、模拟车载 设备 之 间 通 过 ’()*+, 通 信，其 余 的 模 块 之 间 通 过 -./0 连接。
收稿日期：!((787!8(< 作者简介：宋 芹（7@<<—） ，女，湖南永顺人，硕士研究生。 基金项目：国家计委计高技 7@@@［7!:9］ ；铁计函 7@@@［"!:］
图7
-=> 系统结构
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国产 -=> 系统原理及构成
国产 -=> 系统共包括 ; 个部分：区域控制中 心、安全数据网、数字编码轨道电路、进路控制单
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第 -$ 卷
［!］ 。 ! 和 " 之和即为防护区段距离，取 !!"#$ % 公式（$）中第一项表示列车在 &’( 车载设备
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