轨道列车十篇

轨道列车篇1

无砟轨道（如图1）的路基不用碎石，铁轨和轨枕直接铺在混凝土上，可减少维护、降低粉尘等.沪宁城际高速铁路将建成投入运营，标志着我省进入了高速铁路时代.高速列车在无砟轨道上运行时如子弹头般穿梭而过，时速可达350千米.传统铁路的钢轨是固定在枕木上，之下为小碎石铺成的路砟（如图2）.

（1）列车设计为子弹头型，目的是：.

（2）列车在匀速行驶过程中，列车的动力阻力（填“>”、“

（3）传统的铁路轨道路砟和枕木的作用是.

①增大受力面，防止铁轨因压强太大而下陷到泥土里

②可以减少噪声和列车振动

③可以减少维护、降低粉尘

④可以吸热、增加透水性

A.①②③B.①②④

C.①③④D.②③④

（4）沪宁两地高速铁路线长297 km，若列车从南京到上海用时54 min，则它行驶的平均速度是km/h.

（5）乘客在站台边候车时，为什么站在离轨道一定距离的地方才能确保人身安全？

解析通过无砟轨道的钢轨与传统铁路的钢轨的区别对比，让学生了解无砟轨道高速列车的优点，使学生体会到“物理·生活·社会”的紧密联系，可激发学生物理学习的积极性.

（1）列车在空气中高速运行时会受到空气的阻力，会使列车的运动速度大大降低，为此将列车设计为子弹头型，即流线型，这样可以减小空气对列车的阻力.

（2）当列车匀速行驶过程中，列车在水平方向上处于平衡状态，所以此时列车的动力等于阻力.当列车快到站点时，列车鸣笛，笛声通过空气传入人耳.

（3）传统的铁路轨道路砟和枕木的作用可以从力学、声学、热学等方面进行考虑，例如①铁路的轨道铺在宽大的枕木上可以增大受力面，防止铁轨因压强太大而下陷；②铁路轨道下的枕木有一定的隔音和弹性，可以减少噪声和列车振动；③还可以吸热、增加透水性.

（4）列车行驶的平均速度

v=st=297 km0.9 h=330 km/h.

轨道列车篇2

【关键词】轨道交通，列车运行，控制系统

中图分类号：C913文献标识码： A

一、前言

城市轨道交通的诞生和发展已经有一百多年的历史了，城市轨道交通在当今城市交通中已经占据了重要的作用，城市轨道交通是现代化都市的重要基础设施，它安全、快速、舒适、便利地在城市范围内运送乘客，最大限度的满足城市市民的出行需要。在城市各种公共交通工具中，具有运量大、速度快、安全可靠、污染低、受其他交通方式的干扰小，对改变城市拥挤、乘车困难、行车速度慢行之有效的。

随着城市轨道交通行车间隔的缩短，依靠人工控制车速的传统运行方式已经不能满足城市客运的要求了，于是，以列车速度自动控制为中心的列车运行控制系统（Automatic Train Control,简称ATC）应运而生，随着计算机技术（Computer）、通信技术（Communication）和控制技术（Control）的飞跃发展，综合利用3C技术给列车的控制带来了很好的发展机遇，形成了基于无线双向大容量的车地通信模式，使对车辆的控制更加安全可靠。这样使列车更加安全可靠、高速有效的运行。

二、城市轨道交通列车运行控制系统的特点

1、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。停车点有时即是危险点，通常在停车点前方设置一段防护段，ATP系统计算得出的紧急制动曲线即以该防护段为基础，保证列车不超越防护段。有时也可在防护段设置一列车滑行速度值，如5km/h。根据需要，列车可在此基础上加速，或者停在危险点前方。

2、列车间隔控制

列车间隔控制是一种保证行车安全(防止两列车发生尾追事故)、提高运行效率(使两列车的时间间隔最短)的信号技术。目前，由于铁路线路条件、列车种类、行车组织方式和对通过能力要求的差别，列控系统也各不一样。一般列车运行控制系统可分为2个档次:第1档次是以一般轨道电路为基础，按固定闭塞方式实现列车速度分级控制，即以当前闭塞分区出口为目标点，按速度等级生成速度防护曲线；第2档次则是以数字编码轨道电路为基础，按一次制动模式控制列车。城市轨道交通列控系统一般采用的都是一次模式曲线。

3、速度监督与超速防护

ATP的速度限制分为2种:一种是固定速度限制，如区间最大允许速度(取决于线路参数)，列车最大允许速度(取决于列车的物理特性)；另一种是临时性的速度限制，例如线路维修、施工时临时设置的速度限制。ATP系统始终严密监视这类速度限制不被超越，一旦超过，先做告警，后启动紧急制动，并做记录。

4、测速与测距

高速铁路和城市轨道交通的列车速度自动控制系统，都具有测速与测距功能。ATP系统利用装在轮轴上的测速传感器测量列车的即时速度，并在驾驶室内显示。ATP系统的列车定位是以轨道电路为基础的，而对轨道电路内的运行距离测量，则可依赖于所记录的车轮转数及预知的车轮直径加以转换。

三、城市轨道交通列车运行控制系统的功能

1、构成闭塞功能

在TBTC系统中各种水平的应用均依靠轨道电路来构成闭塞，因为闭塞是保证行车的基本方法。在CBTC系统中，则必须同样具有构成闭塞区段的功能。在CBTC半自动闭塞系统中，采用进/出站口的标志器、查询应答器或其他类似设置来表明站间闭塞的分界口，并且要达到在出站标志之后一定使用某个专用频率来区分，用这个频率来构成机车信号以供给司机(指最低应用水平)，或用此信号显示供给车载设备上ATP系统(指较高一级应用水平)。

2、计算功能

CBTC系统要有能力计算出在给定最大允许列车速度条件下本列车目前最大可能达到的车速。因为在任意一个移动闭塞区间，列车只能依据各种动态和静态参数，以及其定位值和实际速度来计算出应有速度，从而保证行车安全。

3、提供线路参数和运行状态功能

CBTC系统必须向地面设备和车载设备及时地、动态地给出相应的参数和列车运行状态，以备司机人为或车载设备自动地作出应有的操作。

4、车地双向通信功能

CBTC系统为管辖范围内列车及地面设备提供良好的双向通信功能，它不仅提供运行列车的参数，而且也应提供非信号范围内的各种有关参数，满足信息服务所需的数据要求。

5、记录功能

CBTC系统应具有良好的记录功能。不仅在车载设备上，而且还应在地面设备上有记录。这种记录应起到双重作用，一方面为改善列车运行性能和提高运行质量分析用的记录；另一方面为发生任何车祸后，从记录设备中寻找出发生事故的原因，进行有效的分析，它类似于航空系统的“黑盒子，，功能。

7、远程诊断和监测功能

用于改善CBTC系统的可靠性、可用性及安全性。因此，CBTC的车载设备、地面设备均应设计有远程诊断的接口，允许系统在运行过程中发生故障立即发出相应信号给地面综合诊断台，以便及时地采取相应措施。这个功能当然是比较复杂的，CBTC系统至少从一开始设计时就留有余地。

四、城市轨道交通列车运行控制系统

1、地-车信息传输技术

（一）、基于环线传输的CBTC系统

在两轨间敷设交叉型感应环线，环线每隔25m或50m交叉1次。它可以用于列车定位，也可作为列车与地面之间的双向数据通信媒体。

（2）基于波导管传输的CBTC系统

漏泄波导管可靠性很高。当地面控制中心发射出的电磁波沿波导管传输时，在波导管内传输的电磁波从波导管槽孔辐射到周围空间，在其外部产生漏泄电场，列车从中获取信息能量，从而实现与地面的通信。同样，列车发出的电磁波，在波导管外部产生漏泄电场，也会耦合到波导管中，实现与控制中心通信。

（3）基于无线自由波传输的CBTC系统

目前在CBTC系统中，完全采用无线传输的方式有两种：一种是采用移动通信

GSM-R作为地-车信息传输的媒介；另一种是采用基于IEEE802.11系列标准的WLAN无线网络作为地-车信息传输的媒介。基于GSMphase2+标准的GSM-R，是国际铁路联盟（UIC）和欧洲电信标准协会ETSI为欧洲新一代铁路无线移动通信开发的技术标准。在欧洲，基于ERTMS标准的列控系统（ETCS），采用GSM-R作为传输系统。GSM-R为地面无线控制中心和车载控制设备之间的数据传输提供安全的无线传输通道。无线局域网（WLAN）是无线网络领域的一种重要的分支。无线局域网解决方案已经开始成为商务客户宽带网络连接的一种可选方案。

2、列车定位技术

在CBTC系统中，要求列车的定位技术更为安全、可靠。目前典型应用的列车定位技术采用列车车载自身定位与地面绝对位置校正设备有效结合的方式，其中地面绝对位置校正设备包括：应答器、交叉轨道环线、裂缝波导等。当然还有其他一些定位方式，如GPS、无线定位等。

（一）、轨旁应答器定位

应答器是安装在线路沿线反映线路绝对位置的物理标志。列车通过后将列车车载测量的距离与该信标在数据库中的位置进行比较，从而消除列车位置测量的误差。

（二）、轨旁裂缝波导定位裂缝波导是

一种中空的铝质矩形方管，在其顶部每隔一定间隔开有窄缝，采用连续波频率通过裂缝耦合出不均匀的场强，对连续波的场强进行采集和处理，并通过计数器确定列车经过的裂缝数，从而计算出列车走行的距离，确定列车在线路中的位置。

（三）、轨旁交叉电缆环线定位：

在整个线路沿线轨道中间铺设电缆环线，列车经过每个环线电缆交叉点时，车载设备检测环线内信号的相位变化，并对相位变化的次数进行计数，从而确定列车运行的位置。

（四）、无线扩频通信定位

轨旁电台的位置是固定不变的，所有的电台都由同步时钟精确同步。轨旁计算机或车载计算机利用不同电台传输信息的时间延时可以精确计算出列车的位置。

（五）、车载列车设备定位

车载定位设备主要采用速度传感器和加速度计相结合的方式实现列车移动体的速度和走行距离的测量。

五、结束语

这些年城市轨道交通的完善的较快，城市轨道交通在当今城市交通中现已占有了重要的地位，随着计算机和通讯技能的完善，列车行驶控制系统将是城市轨道交通讯号技能的完善方向。

参考文献

[1]刘晓娟，张雁鹏，汤自安.城市轨道交通智能控制系统.北京:中国铁道出版社，2008.

[2]吴汉麒.城市轨道交通信号与通信系统.北京:中国铁道出版社，2001.

轨道列车篇3

关键词：地铁列车;司控器;故障;电路;改进

引言

司机控制器（简称司控器）是用来操纵地铁车辆运行的主令控制器，是通过控制电路的低压电器间接控制主电路的设备。广州市轨道交通四号线列车在运行过程中，曾多次出现司控器控制手柄稍微偏离0位，而处于临界状态，导致列车可以实现ATO牵引，但无法响应ATO制动，造成列车停车制动距离过大，存在较大的运营安全隐患。

1司控器结构原理及其临界状态分析

广州市轨道交通四号线列车采用S355F司控器，司控器的面板上有控制手柄、换向手柄两种可操作机构，如图1所示。控制手柄有牵引区、0位、制动区、快速制动位；换向手柄有“向前”“0”“向后”三个档位。司控器的控制手柄0位、牵引最大位、制动最大位、快速制动位均有定位，这些档位之间为无级调节，通过转动同轴的驱动电位器来调节输入到电子柜的电压指令，从而达到调节牵引力和制动力的目的。换向手柄每个档位均有定位，可稳定在相应的档位中。控制手柄、换向手柄和机械锁之间相互机械联锁，即控制手柄在0位时，换向手柄方可操作；换向手柄在非0位时，控制手柄方可操作；换向手柄只有在0位时，机械锁方可锁闭司控器。列车ATO模式驾驶时，司控器控制手柄应处于0位，如图2所示。如果此时将控制手柄往前推一点点，司控器处于牵引位与0位的临界位置，但又未触发牵引，司控器控制手柄将处于一个特殊的状态，即临界状态，如图3所示。司控器控制手柄出现临界状态的原因为司控器控制手柄未置于完全垂直位置，造成了司控器行程开关动作的不一致。行程开关动作不一致则是因为行程开关的伸缩臂、滚轮及安装存在微小的尺寸误差，而这一轻微误差目前仍无法避免。

2故障原因分析

广州市轨道交通四号线列车牵引制动控制回路如图4所示。正常情况下，司控器控制手柄位于0位时，行程开关S21、S24均保持闭合状态，列车316线得电，惰行位继电器NPR得电。ATO模式运行时，司控器行程开关S21、S24闭合，列车316线和339线均得电，车辆显示屏和信号显示屏均显示ATO驾驶模式。

3改进方案

针对上述分析，采用自动列车运行模式（ATOMR）继电器的一对常开触点对司控器S21行程开关进行并联改进（见图4）。司控器S21行程开关导通时，列车通过316线检测ATO驾驶模式，同时接收ATO制动指令。ATO模式下ATOMR继电器得电，其常开触点闭合，如果司控器控制手柄处于临界状态，S21行程开关异常断开，可通过ATOMR继电器的触点自动短接S21行程开关，保证316线得电，确保409线正常得电，列车可以接收并执行ATO制动指令。利用ATOMR继电器的常开触点进行并联改造，可以保证ATO模式下列车的正常功能；相比直接采用硬线进行并联的方案，更加可靠；且改造不需要增加新的继电器，改造成本较低。列车ATO牵引和ATO制动正常。当司控器控制手柄处于临界状态时，司控器行程开关的动作会出现不同步，具体表现为：一方面，S21行程开关跳开，列车316线失电，制动指令线409线无法得电，列车无法响应ATO制动，且车辆显示屏显示人工驾驶模式；另一方面，S24行程开关保持闭合，列车339线得电，NPR继电器得电给OBCU（车载控制单元）ATO允许信号，OBCU输出信号激活ATO模式，信号屏显示ATO驾驶模式。

4结束语

通过对司控器电路的改进，有效地解决了司控器控制手柄处于临界状态时列车无法响应ATO制动的安全隐患，对保证列车安全运行具有重要的意义。目前广州市轨道交通四号线列车已经完成了相应的改造，列车运行中未再出现临界状态故障。同时在四号线延长线新车电路设计中对控制电路进行了相应优化，消除了该故障隐患。

参考文献：

[1]广州市轨道交通四、五号线直线电机车辆说明书[G].青岛：南车四方机车车辆股份有限公司，2008.

[2]彭宝林，林平.新型轨道交通司机控制器研究[J].机车电传动，2014（2）：58-61.

轨道列车篇4

关键词:城市轨道交通，走行性，振动

目前我国城市轨道交通建设还处于起步阶段，由于缺少相应的建设标准，因此在工程设计中往往套用其他相近行业(如铁路) 的设计标准[ 1 ] 。但城市轨道交通有其自身的特点，这些标准的适用性是值得探讨的，因此，有必要建立使用城市轨道交通的技术标准，而轨道交通的安全性和乘客乘坐的舒适性(即列车的走行性) 是建立这些标准的出发点。

由于技术原因，我国铁路技术标准的制定，很大程度上以静力分析为主，所必须考虑的动力学问题往往也变换成一般的静力形式。目前我国的铁路设计技术标准已经难以适应提速、高速列车开行和新结构设计的需要。对此，许多学者正在进行标准铁路和高速铁路列车动力学的研究，试图通过有效的研究，为铁路设计提供更为科学的技术支持[ 2～5 ] 。学者们的工作取得了成效，对轨道交通的发展起到了积极的作用。但是，这些研究各有特定的方法对象，难以对制定城市轨道交通结构的技术标准提供进一步的依据。因此，针对城市轨道交通工程中急需解决的实际问题，进行城市交通列车走行性研究是十分必要的。

1 　模型的建立

由于列车、轨道、桥梁结构动力问题的空间特性，如平曲线、竖曲线、曲线桥梁等，以二维的方法(参见文献[ 2～4 ]) 进行研究有其局限性;因此在建立列车、轨道和桥梁模型时，应该采用三维空间模型。据此， 本文分别建立了每一辆车具有23 个自由度的车辆模型，桥梁则用每节点具有6 个自由度的有限元模拟[ 6 ] ，同时在考虑车桥耦合振动时，引进蠕滑理论[ 7 ] 以更好地反映轮轨之间的相互作用。

1. 1 　车辆模型

由于列车运行的空间特性，本文在建立车辆计算模型时采用了轨道随动坐标系，因此在计算列车通过平曲线、竖曲线时，其质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵可以采用固定形式，而只需对外力向量进行修正，最后将不同情况下的附加外力向量进行迭加。一般情况下，用矩阵表示的列车动力平衡方程为

Mvδv + Cvδv + Kvδv = Fv

式中: Mv 为车辆质量矩阵; Cv 为车辆阻尼矩阵; Kv 为车辆刚度矩阵;δv 为车辆位移列向量;δv 为车辆速度列向量;δv 为车辆加速度列向量; Fv 为车辆外力列向量。

1. 2 　桥梁模型

本文在建立桥梁模型时采用的是系统整体坐标系。用矩阵表示的桥梁动力平衡方程为

Mbδb + Cbδb + Kbδb = Fb

式中: Mb 为桥梁质量矩阵; Cb 为桥梁阻尼矩阵; Kb 为桥梁刚度矩阵;δb 为桥梁位移列向量;δb 为桥梁速度列向量;δb 为桥梁加速度列向量; Fb 为桥梁外力列向量。

1. 3 　轮轨关系

本文采用了Kalker 的线性蠕滑理论， 并作了如下假定: ① 轮轨接触几何关系为非线性; ② 计及线路不平顺; ③ 计及缓和曲线上曲率及超高的变化; ④ 不计车辆产生轮缘接触等大蠕滑现象; ⑤ 蠕滑规律以及悬挂元件是线性的; ⑥ 不计自旋蠕滑所产生的蠕滑力; ⑦ 不计钢轨的弹性及阻尼。

在竖向， 假定车轮始终密贴于钢轨， 即轮轨之间在竖向通过位移联系。而在横向， 由于轮轨之间存在间隙， 只能通过力来联系。其中蠕滑力由蠕滑理论求得。

1. 4 　列车通过曲线桥梁时坐标系的采用

当桥梁位于线路上曲线区段时， 通常以多跨简支直线梁组成的折线梁段来实现， 如图1 所示。以前分析列车通过曲线桥梁采用2 种方法:一为只采用曲线正交随动坐标系， 二为采用系统整体坐标系[8 ] 。本文在考虑列车曲线通过时， 对列车部分采用轨道随动坐标系， 桥梁部分使用系统整体坐标系， 两个系统间的动力学和运动学量值通过坐标转换矩阵实现。这种方法可以使分析分别在简单的系统中进行， 同时其转换的实现方式是标准的。

1. 5 　动力平衡方程解法

车辆、桥梁动力平衡方程都是大型动力微分方程组。求解这类问题， 一般采用直接数值积分方法。本文即采用了常用的Wilson -θ法。

2 　程序的实现

用Visual C + + 6. 0 开发了城市轨道交通列车走行性研究系统RTV 。本程序主要包括4 类:CBridge(桥梁类) 、CVehicle(车辆类) 、CTrain(列车类) 、CTrack(轨道类) 。另外利用其可视化的特点，制作了良好的界面，如图2 所示。

3 　走行性分析

3. 1 　平曲线中缓和曲线长度对列车走行的影响

平曲线中缓和曲线的长度对列车走行的影响主要有: ① 通过缓和曲线时， 因内外轨不在同一平面上， 而使前轮内侧减载， 在横向力作用下， 可能发生脱轨事故， 因而要对外轨超高顺坡值加以限制; ② 通过缓和曲线时， 外轮在外轨上逐渐升高， 其时变率应不致影响旅客舒适; ③ 旅客列车通过缓和曲线， 未被平衡的离心加速度逐渐增加， 其时变率应不致影响旅客舒适。按上述3 个条件推导的公式[9 ] 计算， 在城市轨道交通中，400 m 半径曲线所需最短缓和曲线51 m ;800 m 半径曲线所需最短缓和曲线26 m 。

图1 　曲线轨道折线梁及桥墩布置平面图

图2 　双线对开

图3 ～ 6 为R= 400 m 时由自编程序RTV 进行计算得到的结果(车辆参数取自地铁1 号线，下同) 。由此可见，随着缓和曲线长度的增加，列车通过平曲线时的性能，包括安全、横向舒适、竖向舒适会得到很大的改善。同时可以看出:30 m 缓和曲线对800 m 半径曲线及60 m 缓和曲线对400 m 半径曲线已能满足要求。

图3 R= 400 m 时缓和曲线长度与横向斯佩林指标的关系 图4R= 400 m 时缓和曲线长度与竖向斯佩林指标的关系

图5 R= 400 m 时缓和曲线长度与横向蠕滑力关系 图6 R= 400 m 时缓和曲线长度与脱轨系数的关系

经过理论分析和自编程序计算可以看出:在城市轨道交通中缓和曲线长度可以比标准铁路适当减小， 标准铁路缓和曲线长度的规定见文献[ 9 ] 。本文建议400 m 半径曲线最小缓和曲线长可取60 m ;800 m 半径曲线最小缓和曲线长可取30 m 。

3. 2 　竖曲线半径大小对列车走行的影响

设定竖曲线半径大小应考虑2 个因素: ① 列车通过竖曲线时， 会产生的竖直离心加速度; ② 列车通过凸形竖曲线时， 产生向上的竖直离心力， 上浮车辆在横向力作用下容易产生脱轨事故。按这2 个条件推导的公式[8 ] 计算， 在城市轨道交通中， 所需竖曲线半径为1 646 m 。

图7 、图8 为由自编程序计算得到的结果:分别计算了半径大小分别为5 000 m 、3 000 m 、2 000 m 、1 000 m、500 m 、300 m 时的情况。可见，随着曲线半径的增大，列车通过性能会得到很大的改善。另外，由图可见， 2 000 ～ 3 000 m 半径竖曲线对行车舒适、安全已能满足要求。

经过理论分析和自编程序计算， 本文推荐最小竖曲线半径可取2 000 ～ 3 000 m 。

3.3 　列车通过直线桥梁走行性分析

轨道交通明珠线大部分采用跨径30 m 左右的预应力混凝土单箱双室梁，截面特性为:A = 5.3 m2 ，Ix = 2.63 m4 ，Iy =2.26 m4 ，Iz =21.1 m4 ，E =3.5 ×1010 N/ m2 ，G =1.5 ×1010 N/ m2 ，γ =2.5 ×103 kg/ m3 ，轨道中心线离桥梁中心线的距离b = 2 m ，桥梁质心离轨顶面的高度h = 1 m 。

图7 　v = 80 km/ h 竖曲线半径与竖向斯佩林指标的关系

图8 　v = 80 km/ h 竖曲线半径与轴重减载率的关系

3. 3. 1 　基础不均匀沉降对列车走行的影响

本文选用6 跨32 m 桥梁进行研究，隔桥墩沉降量相同。RTV 程序计算结果表明:单线通过桥梁时，随着基础沉降的增加，某些桥梁跨中竖向挠度和冲击系数要减小，某些桥梁跨中竖向挠度和冲击系数要增加;双线对开通过桥梁时，随着基础沉降的增加，所有桥梁的跨中竖向挠度和冲击系数都要增加;不论单线还是双线，随着基础沉降的增加，列车的竖向振动都要加剧。

3. 3. 2 　桥梁徐变对列车走行的影响

本文取6 跨32 m 桥梁进行计算。假设桥梁各跨徐变大小相同，各跨桥梁徐变线型为抛物线。计算结果表明:无论单线还是双线通过桥梁时，随着桥梁徐变的增加，所有桥梁的跨中竖向挠度和冲击系数要减小，而随着桥梁徐变的增加，列车的竖向振动有加剧趋势。

3. 3. 3 　列车通过直线桥梁计算结果

① 列车静力通过直线桥梁竖向挠度单线为4. 34 mm ， 双线为8. 23 mm 。单线动力过桥，竖向挠度最大为4. 432 mm ; 双线动力过桥，竖向挠度最大为8. 626 mm 。挠跨比1/3 710 符合现有规范1/ 800 的要求。

② 单线过桥冲击系数最大为1. 021 ， 双线对开冲击系数最大为1. 048 。

③ 列车通过直线桥梁，横向振幅最大为0. 041 mm ， 远小于规范的要求。

3. 4 　列车通过多跨简支曲线轨道折线梁走行性分析

把6 ×32 m 跨度的桥梁布置在曲率半径分别为400 、600 、800 m 的曲线圆弧段上进行分析。经计算，得出以下结论:

① 当列车在曲线轨道折线梁上运行时，列车横向振动响应，如横向舒适度指标、横向蠕滑力、脱轨系数等一般均比在直线梁上运行时要大。

② 由桥梁跨中横向振动位移时程曲线(见图9) 可以看出，曲线轨道折线梁的跨中横向振动位移波形相对平衡位置有一定偏心，而列车通过直线桥时，桥梁跨中则是在平衡位置附近作来回振动。

图9 　R=400 m ， 双线， v= 80 km/ h 通过桥梁跨中横向位移

③ 随着平曲线半径的减小，桥梁的横向振幅要增大。

④ 明珠线曲线轨道折线梁具有足够的横向刚度，车桥最大振动响应在规定的行车安全、舒适的控制指标以内。列车最大横向舒适度指标2. 756 接近我国机车平稳性评定标准优良2. 75 ; 最大脱轨系数0. 455 小于我国规定的容许限值1. 0 ; 桥梁横向振幅最大为0. 158 mm 。

4 　结论与建议

1. 上海轨道交通明珠线的设计是安全的，桥梁的竖向、特别是横向刚度足够大。建议今后在设计城市轨道交通桥梁时考虑这方面的因素，根据动力分析的结果确定桥梁的横截面，以达到较为经济的目的。

2. 为保证旅客乘坐的舒适性，控制缓和曲线的长度是必要的。本文建议平曲线半径为400 m 时，缓和曲线长度不宜小于60 m ; 平曲线半径为800 m 时，缓和曲线长度不宜小于30 m 。

3. 在竖向曲线坡度的选用上，列车的安全性和平稳性不是控制因素。建议竖曲线半径取2～3 km 。

4. 由于桥梁截面较大、列车运行速度较低等原因，基础沉降、桥梁徐变的影响总体上不是太大[ 10 ] 。

参考文献:

[1] 孙　章. 加快发展以轨道交通为骨干的城市公共交通[J ] . 城市轨道交通研究，1998 (2) :3～5.

[2] 张　弥，夏　禾，冯爱军. 轻轨列车和高架桥梁系统得动力响应分析[J ] . 北方交通大学学报，1994 ，18(1) :1～8.

[3] 吴　迅，李新国，胡　文. 列车过桥竖向振动模型试验研究及其程序验证[J ] . 上海铁道大学学报，1997 ，18(4) :37 ～44.

[4] 朱东生，田　琪. 高速铁路车桥系统横向振动研究[J ] . 兰州铁道学院学报，1997 ，16(3):1～6.

[5] 王　刚. 高速铁路三塔斜拉桥车桥动力分析[J ] . 上海铁道大学学报，1999 ，20(10) :11～15.

[6] 张玉良，匡文起. 结构矩阵分析[M] . 沈阳:辽宁科学技术出版社，1987. 286～288.

[7] 王福天. 车辆系统动力学[M] . 北京:中国铁道出版社，1994.

[8] 郭文华. 中小跨度铁路桥梁横向刚度分析[ D ] . 长沙:长沙铁道学院，1999.

轨道列车篇5

关键词：城市轨道交通；列车运行图；编制方法；列车区间；折返时间；行车间隔

中图分类号：U239 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）26-0143-03

我国城市轨道交通的网络建设的速度正在不断加快。城市交通系统的建设是为了给乘客提供高质量的出行服务。而列车运行图作为列车运行的计划指导，它不仅是轨道交通系统各部门协同工作、维系列车和乘客秩序的保证，也在列车运输安全、快速、准确性等各方面起到了重要作用。尤其在运行环境复杂、线路客流波动较大的城市中，城市轨道交通列车运行图的正确编制和实现方法对于提高城市交通质量和保证城市交通安全具有重要的现实意义。本文以某地铁线路的编制为例，详细介绍了列车运行图的编制方法和编制技巧，为城市轨道交通列车运行图的编制提供了理论指导。

1 列车运行图

1.1 列车运行图概述

列车运行图是运用坐标原理来表示列车在铁路各区间的运行时刻以及在各车站停车和通过时刻的线条图，是铁路运输工作的综合计划和行车组织的基础，是协调铁路各部门和单位按一定程序进行活动的工具。它规定各车次列车占用区间的程序，列车在每个车站的到达和出发（或通过）时刻，列车在区间的运行时间，列车在车站的停站时间以及机车交路、列车重量和长度等。它是列车安全、正点运行和有效组织交通运输工作的综合性生产计划，是全路组织列车运行的基础。

1.2 列车运行图基本要素

列车运行图的编制必须遵守严格的时间标准和具备一些基础数据。这些就是列车运行图的基本要素。它主要包括列车区间运行时分、停站时间、折返时间、行车间隔、运行交路、全天运营时间、运用车辆数目、列车出入库方式及时间以及高平低峰时段等数据。

2 列车运行图编制原则、步骤和检查内容

2.1 列车运行图编制原则

列车运行图的编制要遵循以下基本原则：首先，在保证安全的前提下，提高列车运行的速度。因为列车运行速度是城市轨道交通的优势，但提高速度的同时必须首先保证乘客安全，这样就可以压缩折返时间，减少出入库时间。其次，要为乘客提供方便。城市轨道交通是为广大乘客服务的，所以，运行图的编制要努力提高服务水平，为乘客提供优质便捷服务。再次，要充分利用线路和车辆的能力，要精确计算折返时间，尽量安排平等作业，合理安排车辆解决高峰客流问题。最后，在保证运行需求的前提下，减少运营车底组数。综合考虑高峰时段的列车运行情况，进而减少运营车底组数，就可以降低运营成本。

2.2 列车运行图编制步骤

列车运行图的基本编制步骤如下：首先，收集编制资料，对相关问题进行调研和实验，从而确定全日行车计划和行车运行基本方案。其次，编制列车运行图和运行指标分析，征求调度部门、客运部门和车辆部门建议，并对行车方案进行调整。再次，根据列车运行方案设计详细的列车运行图、时刻表和编制说明，同时计算所需车底数。最后，对运行图进行全面检查，计算运行图的相关指标，并报请相关部门审核批准。

2.3 列车运行图检查内容

列车运行图检查主要内容包括：乘务工作方案是否符合标准；运行图执行所需要的车底数目；列车到达车站时的均衡性和调试列车的铺设情况等。

3 列车运行图编制方法和技巧

3.1 运行图基本参数的确定

在列车运行图的编制过程中，首先要确定列车运行图的基础参数。其确定方法如下：

列车区间运行的确定：它是指列车在两个相邻车站之间的运行时间标尺。这一标尺是由运营线路信号系统投入正常使用后由专业人员提供或者采用牵引计算和现场查标相结合的方法进行查定。

中间站停站时间的确定：它是指列车在中间站进行开/关车门、乘客进行乘降等作业时所需要的时间。根据各车站实际客流情况、车站换乘等因素，采用分析计算和现场查标相结合的方法进行查定。

折返时间的确定：它是指列车在折返站进行到/发、换端等作业所需要的时间标准列车的折返时间。主要根据该折返站的到、发时间，在折返线里的作业时间以及司机换乘时间并结合实际轨道线路状况经过实践检验来确定折返时间。

行车间隔的确定：它是指两相邻列车在同一运行方向经过同一地点的时间差。一般是根据市民的出行习惯和上、下班时间，在各个时间段的不同客流来制定不同的行车间隔时间，越小的行车间隔，需要越多的列车投入服务，其运输能力越大。

3.3 列车出入库运行线的编制

3.4 行车间隔与车底数条件的满足

由于车底成本较高，添置时间长，列车的运行间隔会受车底数量的限制。要使车底数为整数，有两种方法来处理：第一种方法是适当放大运行周期，放大到运行间隔的整数倍；另一种方法是保持车底运行周期不变，缩小运行间隔。

3.5 列车开行交路的处理

常见的交路形式有单一交路、分段交路、交错运行交路、环线列车交路、直线加环形交路等。由于交路形式增加了运输组织的复杂度，所以要合理匹配运行间隔，大小交路列车开行数量保持一定比例，同时要排除中间折返与正线行车的交叉干扰。

4 结语

在城市轨道交通网络建设中，很多线路的结构形式变得越来越复杂。所以，建立健全良好的运输组织是实现优质高效交通服务的前提。而列车运行图作为列车运行的计划指导，在编制中需要顾全大局，统筹兼顾，正确处理列车运行、车站作业、列车交路、运输施工等各方面的关系，从而改善运输组织服务水平。同时，要及时总结经验，为提高列车运行图的编制水平奠定基础。

参考文献

[1]许红，马建军，龙建成，等.城市轨道交通列车运行图编制的数学模型及方法[J].北京交通大学学报，2006，（3）：10-14.

[2]史小俊.关于城市轨道交通列车运行图编制的探讨[J].城市快轨交通，2008，（2）：24-27.

[3]王川.城市轨道交通列车运行图编制模型和算法研究

[D]西南交通大学，2008：12-13.

[4]高强周.城市轨道交通列车运行图设计实现与评价

轨道列车篇6

关键词　市域轨道交通,运行交路,运输组织,通过能力

 

      市域快速轨道交通线(简为r线)作为城市轨道交通整体网络中的骨架线路,具有大容量、长距离、快速度的优势,能满足城市多中心发展及对外交通辐射的需要,实现为整个市区及周边地区提供快速到达城市主要集散点服务以及与对外辐射的重要交通设施(机场、港口、铁路客站等)相衔接功能[1]。具有线路长、站间距大、列车运行速度快、沿线断面客流量不均衡、客流断点明显等特点,其合理的运输组织方式的确定相对比较复杂,总体上应遵守以下几点基本原则:①最大限度地满足客流的需要;②充分发挥市域轨道交通快速度、长距离的优势;③考虑市域轨道交通线技术设备的要求;④考虑与其它轨道交通线路的衔接、配合;⑤考虑列车运行正点和可靠性。

      r线合理运输组织方式的内容涉及到列车交路、列车编组等多方面。为了保证r线的良好经济和社会效益,最大程度地吸引客流,满足乘客的出行需求,同时又能合理地设计、安排和使用各项设备的运输能力,优化和合理地选择列车运行交路尤为重要。本文重点讨论r线的列车运行交路选择问题。

1 列车运行交路模式

1.1 单一交路模式

      全线单一交路模式(如图1)是指列车在线路的两个终点站间运行,为全线提供服务。这种交路模式,列车运行组织简单,适用于全程客流均匀、无明显客流断点的情况。

1.2 衔接交路模式衔接交路模式

      (如图2)是指列车在线路的某一区段内运行,在线路中间车站折返。它能够适应不同客流区段的运输需求,运输组织方便,但要求中间折返站具备两个方向(如图2a)或一个方向(如图2b)的折返能力和方便的换乘条件。

1.3大小交路嵌套模式

      大小交路嵌套模式(如图3)是指线路上的某些区段内大小交路列车共线运行的形式,小交路列车在线路中间车站折返。这种组织方案适用于各区段客流量不均衡程度较大、有明显客流断点的情况。

      在实际运输组织中,根据客流需求以及线路设施情况,可灵活采用以上三种基本的列车开行交路形式,也可以几种模式组合,在同一线路上既有相互衔接的交路,也有大小交路的嵌套,形成多种交路组合的模式(如图4)。

2 不同列车交路的比较

      合理、可行的列车交路能充分利用资源、降低运输成本,在不降低服务水平的前提下提高通过能力和车辆运用效率。采用全线单一交路可使全线保持较高服务水平,但可能会造成部分区段运能的浪费,此模式是城市轨道交通运输组织中常见的列车开行交路模式;而衔接交路模式和大小交路嵌套模式的运营组织相对复杂,对基础设施的要求较高。下面重点对多种交路衔接和大小交路嵌套的模式进行分析比较。

2.1　区段服务水平

2.1.1　列车开行间隔

      衔接交路模式下,不同交路区段列车相当于独立运行,各区段的列车开行间隔可根据各自的客流条件和旅客的需求情况分别确定,从而保证有较高的均衡性和适应性。

      在大小交路嵌套模式下,一方面,大小交路行车间隔相互影响,只有当大交路行车间隔i2是小交路行车间隔i1的整数倍时,即i2=k×i1(k=1,2,3,…),才能使得大小交路列车运行线相互间得到合理的匹配和协调,以保证各区段列车开行间隔的均衡性,满足一定的服务水平(如图5);另一方面,大小交路运行周期与行车间隔匹配程度直接影响到列车和运输能力的利用效率。因此,各交路的行车间隔存在相互制约的关系。在实际运输组织中,由于大小交路列车运行周期的不同,列车运行图铺画时往往难以达到理想的匹配,从而难以保证所有区段列车开行间隔的均衡性,也无法完全满足不同区段客流差异所要求的服务水平。

2.1.2 乘客换乘时间

      大小交路嵌套模式下,乘客出行到达目的地不需换乘,旅行时间较少。但由于小交路区段的行车间隔决定了其它区段的列车运行间隔,使其它区段中到发的列车运行间隔较大,乘客将花费较多的等候时间,从而使总出行时间有所增加。

      衔接交路模式下,乘客出行到达目的地所需换乘的次数取决于交路区段的数量,由于乘客跨区段出行都需进行换乘,这将增加乘客的出行时间。但通过合理地调整各交路区段的列车运行间隔及各区段间列车运行图的优化衔接,可减少乘客的换乘时间。因此,仅从乘客出行总时间上来看,两种交路模式的差别不大;但从乘客出行无换乘的角度看,衔接交路模式相对较差。

2.2 线路通过能力和列车运用

      大小交路嵌套时,大交路列车运行间隔一般应为小交路列车运行间隔的整数倍。在大小交路列车的运行间隔不能满足这样的比例要求时,运行图上将会产生空费时间,从而影响线路通过能力的实际运用。

      同时,由于不同交路区段的列车相当于共线运行,大小交路列车运行相互制约,运行图上列车的周转往往难以达到理想的匹配,将使列车折返时间增加,从而引起车辆运用效率的降低。

      图6表示以大交路列车开行为基础确定的大小交路嵌套形式的运行图周期。从图中可以看出,如果大交路的发车间隔为d大,小交路的发车间隔为d小,则每小时造成的能力损失为(d大 mod d小)·[t周/d大];同时,小交路列车在折返站b的折返时间t′折将会比规定的最小折返时间t折有所增加(t′折≥t折),由此形成列车运用数量的增加。同理,以小交路列车开行为基础确定的大小交路嵌套形式的运行图周期也有上述类似的结论。

      运用“运行图周期分析法”进行的研究分析[2]结果表明:采用大小交路嵌套形式,线路通过能力和列车运用受影响程度与大小交路的运行图周期、大小交路列车开行的比例、最小行车间隔和列车在大小交路区段运行时分相关。因此,需根据客流需求确定合理的开行比例和大小交路列车的开行区段。

      衔接交路模式下,不同交路列车相互独立运行,衔接站(多种交路的中间折返站)的折返和换乘能力将成为整个线路能力的瓶颈。为满足双向列车折返的要求,使各区段的通过能力和列车运用不受影响, 车站设置将相对复杂。

2.3 车站布置与客运组织

      大小交路嵌套条件下,列车要通过折返站跨线运行,因此折返站站型设计要求较高,车站设计也较复杂,且折返站可能成为通过能力的瓶颈。由于大小交路嵌套时,非共线区段列车运行间隔较长,共线运行区段的客运组织工作中应保证乘客有方便的乘车、换乘条件,车站应设置清晰的乘客导向标志和信息公告系统。

      相互衔接交路条件下列车折返方式比较复杂,车站设置不但要考虑满足不同交路的折返要求,还要方便旅客换乘,因此,衔接交路条件下的折返车站设置不同于终点式的折返站也不同于开行大小交路嵌套的中间折返站,对车站的设计要求较高。

2.4 车辆、信号等设备的制式

      大小交路嵌套的车辆、信号等设备要求制式统一或兼容。市域快速轨道交通线这种长大线路一般都是分期建设的,不同时期建设的车辆、信号等制式必须保持一致。对于相互衔接的交路虽然可以根据实际需要采取不同的车辆、信号制式,但考虑到全线运输组织的需要,也应保持一致。

3 r线列车运行交路的选择

      根据各种交路的主要特点分析,给出上海市r线列车运行交路选择的建议如下:

      1)根据r线线路长,站间距在市郊区段较大,而在城市中心段站间距又较小,同时客流存在明显的断点等特殊性,r线的列车运行交路总体上应是多种交路组合并存的形式,具体应根据各线客流需求特点和线路条件决定相应的运营方案。

      2)由于上海市的r线具有分期建设、逐步延伸的特点,因此列车运行交路的选择应该采用逐步过渡的模式。即初期以某种交路(如多种交路衔接、大小交路嵌套)为主,在此基础上,根据建设进程和客流变化的特点,逐步增加和改变交路形式,其交路过渡变化的模式如图7所示。

      图7a表示从多种交路衔接模式过渡为多种交路组合模式,图7b表示从大小交路嵌套模式过渡为多种交路组合模式。为适应这样的列车交路逐步过渡的运营组织要求,线路和车站设计应满足今后实现灵活调整运营组织方式的要求,提供充足的条件或预留相应的空间。

   3)在r线不同时期的列车运行交路模式基础上,还可根据某些特定的客流需求,在部分时段和区段开行临时性的特定交路的列车。以上海为例:①r3线,在举办f1比赛时,可在比赛日通过编制特定的列车运行图,开行临时性的特定交路的列车以满足观看f1赛车观众的出行需求;②r2线,连接了上海虹桥和浦东两个机场,可根据两个机场间的客流需求,开行连接两个机场及在市区部分车站停站的快速列车等;③r4线,随着未来京沪高速铁路、城际客运专线引入上海,r线承担与之相衔接的功能也是必须的。

 

参考文献

[1]徐瑞华,杜世敏.市域轨道交通线路特点分析[j].城市轨道交通研究,2005(1):10.

[2]徐瑞华,陈菁菁,杜世敏.城轨交通多种列车交路模式下的通过能力和车底运用研究[j].铁道学报,2005(4):6.

轨道列车篇7

关键词　城市轨道交通,车辆选择,预测客流,发展预留

上海市轨道交通线网的快速发展对车辆的需求量越来越大,然而车辆选型及列车编组等关键问题至今尚待解决。在上海市于2020 年将建成的14 条轨道交通线中,除r1 、r2 、m3 、m4 、t 等6 条线外,其余9 条线的车辆选型和制式均未确定(其中l1 线、l4 线采用与莘闵线相同的小型车辆可基本肯定) 。在r4 线、m7 线、m8 线等轨道交通线的前期研究过程中,选用大型车还是选用小型车及采用何种列车编组的问题,每每引起激烈的争论,始终难以达成共识,一定程度上影响了轨道交通建设发展进程。本文旨在以发展的观点,从工程总体角度对此进行探讨。

1 　两种基本车型技术规格和性能

目前,上海市已建和在建的轨道交通线(磁悬浮线除外) 车辆的两种基本车型为:

(1) 大容量铝制宽体a 型车,架空接触网供电。如r1 、r2 、m3 、m4 和即将开工的m8 线均采用这种车型。

(2) 小容量铝制metropol is 系列c 型车,架空接触网供电。如莘闵轻轨交通线采用这一车型。Www.133229.cOM表1 为两种基本车型车辆的主要技术规格和性能对照情况。由表可见:大型车的结构尺寸较大,需要较大的结构限界;大型车的额定负载较大,是小型车的1. 42 倍;小型车轴距小,对平面曲线的适应能力较强,利于线路平面布置;大型车爬坡能力强,利于线路纵断面布置; 大型车平均起动加速度较小型车大;车辆自重相差不大,大型车拖车自重小,小型车动车自重小。在同样的运能条件下,由于小型车编组大,线路年总运量(含自重) 反而较大型车大。其他指标基本相同。

2 　若干问题的探讨

2. 1 　关于预测客流

预测客流是确定车辆选型、车辆编组的重要依据之一。一般中小运量(如高峰高断面客流量≤3 万人/ h) 轨道交通选用小型(c 型) 车辆,较大运量或大运量(高峰高断面客流量> 3 万人/ h) 的轨道交通宜选用大型(a 型) 车辆或b 型车辆。而且,应该肯定客流预测机构对轨道交通的预测结果无可非议。但是,如果将该预测客流作为确定车辆选型和列车编组的唯一依据或者充分条件,则不仅是不科学的,也是不可靠的。其理由如下:

(1) 首先,远期客流预测年限是25 年,而轨道交通工程的设计使用年限是100 年,用第25 年的预测客流来确定使用年限为100 年的轨道交通工程的建设规模和标准,在时域上就存在很大的差异(且不说预测客流本身的波动性或不定性) 。

其次,城市总体规划是客流预测的重要依据。上海市城市总体规划年限是20 年(2020 年),城市发展规划在时域上与轨道交通使用年限也存在很大差异。同时,城市发展是可持续的,也是可变的。预测客流只是在某一时期的城市发展规划基础上取得的,不是恒数,而是变数。另外,单从客流预测来看,除前述的总体规划外,预测客流还受很多因素的影响,包括居民出行方式、出行次数、轨道交通网发展计划、线路的服务水平(发车间隔、旅行速度、舒适程度等) 、票价等。这些因素的变化,对客流预测结果有很大的影响。

(2) 上海交通发展战略是:优先发展公共交通, 大力发展城市轨道交通;加快大容量城市轨道交通2. 2 　关于发展预留系统建设,形成以轨道交通为骨干,地面公共交通轨道交通建设必须考虑适当的发展预留。而为基础的客运网络;在中心城控制私人小汽车和摩这一发展预留应包括运能储备和舒适度两个方面。托车,逐步取消燃油助动车,自行车成为地区内部关于客流量的增长或波动性以及运能储备方的辅助交通工程。这个基本政策为轨道交通的建面的发展预留前已述及,不再赘述。在此主要从舒设和发展开辟了广阔天地。随着社会经济的发展, 适度方面对发展预留进行论证。人们的社会经济活动日益频繁,对出行的条件提出城市的发展是可持续性的,人们对出行条件或了更高要求。轨道交通以其特有的快捷、准点、安乘车环境的要求将越来越高。这一点在现代化城全、舒适的优势必将吸引更多的客流乘坐轨道交市发展中显得异常突出。因此,轨道交通建设既要通。这个事实,已被国内外运营的轨道交通所证考虑到客运量的持续增长或者波动性,更要考虑出实。这种因素,在考虑车辆制式及列车编组时,应行条件的提高和舒适度的改善。该作适当考虑留有余地。因此,预测客流只是轨道交通建设的一个较为厢内站席为6 人/ m2 。这一标准显然太低,不仅不重要的参考因素,而不是决定性的因素。故在确定适合未来人们对出行的要求,即使在今天,与现代轨道交通车辆选型、列车编组和建设规模及标准化的城市发展也是不相适应的。运营中的地铁1 时,以远期预测客流为基础,适当预留一定的运能号线实际已证实了这一点。(根据地铁运营公司的储备量是十分必要的。统计,在高峰时间内车厢内拥挤不堪的情况下,车厢内站席平均密度最高只能达到5 人/ m2 。) 如果仍然按照这一标准来建设轨道交通,将来总有一天人们会感到拥挤不堪,并逐渐失去与其他交通方式的竞争力。拥挤的客运交通将不可避免地引发治安方面的问题(如性骚扰、抢劫、偷窃等) 。这种情况在世界上有些城市,如莫斯科、墨西哥、东京、纽约等都普遍存在。为了给人们(尤其是妇女、儿童) 提供一个较为安全的乘车环境,这些城市的地铁运营管理者不得不采取男女分车厢乘车的措施。显然这是迫不得已的做法。然而,如果适当地提高标准,降低拥挤程度,车厢比较宽松,不仅增加了乘客乘车的舒适度,而且也增加了安全感。

既然轨道交通建设必须考虑发展预留,那么首先可以从线路设计通过能力方面来做文章。

2. 3 　关于车辆来源及价格

(1) 车辆来源

根据国家计委关于轨道交通车辆国产化的要求和我国车辆生产(组装) 能力,两种车型的车辆来源如下:

大型车有四家定点厂,分别是长春客车厂、浦镇车辆厂、株州电力机车厂和四方车辆厂。

小型车有一家组装厂,即上海阿尔斯通闵行组装厂(尽管其他厂家也能生产或组装小型车辆,但与上海目前所采用的小型车不同) 。

显然,大型车的来源较小型车广。如果说小型车的供货不成问题的话,那么大型车的供货则更有保障。目前我国已加入w to , 今后无论是大型车还是小型车,其供货来源将越来越广阔。以完全满足运能储备和舒适度两方面的预留要求。因此,还必须在车辆方面做文章,如选用大容量车型,或者适当增大列车编组。

(2) 车辆价格

表1 为两种车型车辆价格及人车价格对照表。

表1 　车辆价格及人车价格对照表

表1 表明,尽管大型车的单价较小型车高,但由于大型车的额定负载远比小型车大,其人车价格仅为小型车的90 % 。从人车价格上讲,大型车较为经济。对于一条轨道交通线的车辆购置总价来讲,在保证同样的运能条件下,采用大型车要比采用小型车经济。上海市m8 线初期采用两种不同车型车辆配属总数及购置总价对照结果已充分证实这一点(见表3) 。m8 线若采用小型车辆,初期车辆购置费将比大型车增加1 355 万美元(约合人民币1. 125 亿元) 。

表2 　m8 线车辆配属及购置费对照表

2. 4 　关于车辆选型及列车编组对工程投资的影响来讲,其建筑限界仍然不能缩小。因此,对于以地

下线为主的上海市轨道交通工程,无论采用小型车

(1) 车辆选型对区间土建工程投资的影响采用大型车时,结构限界较大,对于高架线和矩形隧道来讲,将增加一定的土建费用;但由于车辆高度和授电方式相同,对于盾构法圆形区间隧道还是大型车,区间土建工程投资基本相同。

(2) 车辆选型对车站土建工程投资的影响

在同样的运能条件下,采用大型车时列车的编组数较小型车的编组数小得多(如4 辆编组的大型车与6 辆编组的小型车运能几乎一样,前者为3. 72 万人/ h , 后者为3. 82 万人/ h) ,车站站台有效长度可很大程度地缩短,从而缩小车站规模,降低车站工程投资。当然,采用小型车时,车站宽度可以缩小,但非常有限,对车站规模和土建投资影响不大。采用大型车使车站规模缩小后,还有利于减少环控等设备系统的投资,并有利于减小运营费用。表3 为两种车型与车站规模的关系对照情况。

表3 　两种车型列车编组与车站规模关系

(3) 列车编组对工程造价的影响

毋容置疑,列车编组增大,工程造价增大。但这主要是车站土建造价方面,而对于整个工程来讲,列车编组对工程造价的影响究竟到什么程度呢,答案可以从以下分析和对比中得到。

正在建设中的轨道交通明珠线二期工程全长22 km ,17 座车站,基本为地下线,采用6 辆列车编组设计;即将开工建设的轨道交通m8 线一期工程,全长23 km ,22 座车站,全部为地下线,采用5 辆列车编组设计。前者工程直接费用平均造价指标为2. 7 亿元/ km , 较后者的2. 58 亿元/ km 仅增加4 % 左右。增加幅度较小。这固然与明珠线二期工程车站较少、有部分高架区间(1. 25 km) 有关。然而,即使如此,对于同一条线路来讲,采用6 节编组与采用5 节编组相比,估计其工程造价充其量也就增加5 %～6 % 。这是因为列车编组增加主要引起车站土建工程造价的增加(约12 %) ,而机电设备系统及轨道增加幅度很小,有些则完全相同。可以说,无论是5 辆编组还是6 辆编组,机电设备系统的造价指标相差不大。

由此可见,适当增大列车编组以预留必要的发展余地,对工程总投资的影响程度并不是很大。而另一方面,采用6 节编组时,其运能或容量却较5 节编组增加了20 % 。显然,以增加5 % 的工程初期投资(直接费) 的代价换取必要的运能储备或发展预留(且这种储备或预留是必需的) 是完全值得的。

3 　几点建议

(1) 对于客流预测机构对轨道交通的预测工作和结果应予以充分尊重和认可,但预测客流并不能作为确定轨道交通建设规模的唯一依据。轨道交通建设必须考虑一定的发展预留,而且这一预留不仅是运能方面,更是乘客舒适度方面,故车辆选型和列车编组应通过综合分析来确定。简言之,要以发展的观点来确定轨道交通的远期规模。

(2) 对于轻轨来讲,采用小型车是可取的。但对于市区地铁线和市域快速线(尤其是以地下线为主的地铁线) 采用大型车较为合适。

(3) 选用大型车和适当地增大列车编组,对工程初期投资的影响程度是有限的,以此来获取必要的发展预留是值得的。

(4) 在上海城市轨道交通中,虽然小型车只用于轻轨交通线,但在全国来讲具有广泛的应用前景。其供电方式采用三轨制式更为适合,同时,还需提高爬坡能力。

(5) 车辆编组及动拖比等技术条件应符合工程总体需要,车辆编组的灵活性有利于运输组织。相信车辆专业的技术人员和生产厂家能够解决车辆本身的技术问题,并完全有能力提供满足工程总体需要的车辆。

(6) 对于某些线路,若近期内客流较小,可按“高密度、小编组”的原则组织运营,也可暂采用小型车组织运营。这样,可以保证必要的行车密度, 若采用小车还可以解决上海市已订购300 辆小型车的使用问题。当然,这需要车辆能够灵活编组, 或者要求线路满足大、小车兼容的技术条件,而这是不难做到的。

以上是作者从工程总体角度对轨道交通车辆选型和列车编组初浅认识,乃一家之言,仅供同行参考,望批评指正。

轨道列车篇8

关键词　城市轨道交通,列车自动控制,多变量模糊控制,制动控制

      为在确保安全的前提下实现城市轨道列车快速和高密度地运行,必须缩短运行间隔,并将自动运行和列车运行管理有机结合起来,也即发展列车运行自动控制技术。其关键就是发展列车速度自动控制系统。电力牵引的轨道交通列车运行自动控制一般分为三个阶段:出站启动、加速控制到给定速度的第一阶段;匀速,变速或惰行运行的第二阶段;降速、停站制动的第三阶段。三个阶段的自动控制运行各有特色。本文应用多变量模糊控制方法,主要讨论第三阶段运行中的制动控制,实现速度下降快、加速度变化恒定、停车准确、执行机构往返动作频率少的优化控制目标。

1 　列车牵引模型

      系统的数学模型是依据上海地铁1 号线从德国引进的斩波无级调压供电电动车组。首先建立数学模型,来描述车辆牵引(制动) 系统固有的机电特性及车辆载重、线路阻力等外界影响,然后确立牵引电机起动电流值与磁场削弱系数之间的关系,以及额定牵引电机电压值与车辆速度、加速度、位移等输出值。

1. 1 　动车牵引力特性

      动车牵引力特性,是指动车轮周牵引力( fk) 与牵引电机电枢电流( i) 之间的关系,即fk = n′miφ (1) 式中: n 为列车牵引电机台数;φ为牵引电机主极磁通,wb ,它由牵引电机的磁化曲线确定; m 为归算后电机转矩常数。

η

′ 2 cmi

cm= (2)

dk 式中: dk 为车辆动轮直径,m; i 为齿轮传动比;η为传动装置效率; cm 为牵引电机转矩常数。pn1cm = 2πa(3)

式中: p 为主极对数, n1 为电枢绕组有效导体数; a 为电枢绕组并联支路数。

1. 2 　动车速度特性

动车速度特性,是指动车运行速度( v) 与牵引电机电枢电流( i) 的关系,即

ud= ceφnd+ ird+ ld d i(4)

d t e= ceφnd (5) 式中: ud 为牵引电机端电压,v ; ld 、rd 分别为牵引电机回路电感与电阻; ce 为电机常数,定义为pn1ce= (6)

60 a 式中符号定义同式(3) ; nd 为电机转速,r/ min ,它与动车速度( v) 的关系式为60πdk 1

v= 1000 ind = αnd (7) 式中α为速度与转速转换常数。

1. 3 　动车牵引特性

动车牵引特性,是指动车轮周牵引力( fk) 与动车速度( v) 之间的数学表达式,即d v

f=fk-f=fk-f 1 -f 2 -f 3 =m (8)

d t 式中: f 1 为列车基本阻力; f 2 为弯道阻力; f 3 为坡道阻力。此方程一般为非线形方程。

2 　多变量模糊控制原理

      对于列车牵引系统,要从位移、速度、加速度三方面来考虑。首先要保证列车运行的安全性和到站的精确性,即保证列车运行过程中的最高速度在规定的最高限速以内以及保证列车到站与实际要求的目标停车位置一致。在满足这两点以后,还要考虑列车运行的准点性和乘客乘坐的舒适性。传统的一般模糊控制方法,只能对一个输入变量进行控制。在此,无论是对位移、速度还是加速度进行控制,都无法满足列车运行的这几个指标。所以采用对位移、速度、加速度三个变量进行综合控制的多变量模糊控制方法。

      目前,应用一般模糊控制方法的地铁列车自动运行系统通常采用速度跟踪控制方式,即根据给定点的目标速度曲线对列车进行控制。列车控制跟踪给定的目标速度曲线,从而对列车速度、加速度、位移进行控制来达到性能指标的优良。而列车运行控制的目标有:正点性、舒适性、安全性、节能性、速度跟踪性和停车准确性。采用这种速度跟踪的控制方法,虽然可以保证速度跟踪目标速度较好,但是定位精度误差较大且不稳定,控制参数整定困难,而且可能会造成乘客乘坐的不舒适。对于列车控制的几个目标,安全性和速度跟踪性是靠控制速度来达到的, 停位精度是靠控制位移来达到的,舒适性是靠控制加速度来达到的。所以,选用速度、加速度、位移三个量作为这个系统的控制变量对其进行控制。在每个采样点上,获得速度、加速度、位移三个输入量及它们的变化率,对其分别进行模糊化,然后根据控制规则表,得出此时分别对应于三个输入量的控制量,并根据它们对性能指标的重要程度,给以适当的加权系数使之综合,最后得到所需的控制量。        

      km/ h ;x3 为列车牵引电机电枢电流,a ;ud 为牵引电机端电压控制量;β为动车运行时阻力,是一个非线性量,它有基本阻力、弯道阻力、坡道阻力、隧道阻力等。

将上式线性化、增量化可得:

δf= 2 ×0.001322 v= 2βx2 (10) 式中其它量说明如下:v 为速度;m 为列车归算质量,kg ;n 为牵引电机台数;φ为电机磁化曲线,由φ = f(i, r) 确定,r为消磁常数,i 为牵引电机电枢电流;ce 为电机常数;α为速度与转速转换常数; rd 为牵引电机回路电阻;ld 为牵引电机回路电感。这是一个非线性的状态方程。

在这里,主要采用地铁列车多变量模糊控制策略来达到多性能指标优化的目标。现主要介绍列车进站停车的运行控制。它是动车最重要的控制之一。

      应用多变量模糊控制策略的系统框图如图1 所示。其中f (v) 为给定的停车最佳目标速度曲线, f (s) 为给定的最佳位移曲线,f (a) 为给定的最佳目标加速度曲线,v1 为系统反馈的速度,s1 为系统反馈的位移,a1 为系统反馈的加速度, u 为系统输出的控制量, y 为系统的输出。

 

图1 　多变量模糊控制策略的系统框图

      在控制系统中首先需要对三个输入量,即计算速度与给定速度差ve 及其变化率、计算位移与给定位移差se 及其变化率、当前时刻加速度与给定加速度的差ae 及其变化率进行模糊化,然后根据这三个输入量分别计算出相应的控制量。分别计算出三个控制量后,就可对三个控制量进行综合运算。

3

u= ∑kiui

i=1

在得到针对各个输入量的控制量时,要对其加以综合,得到最后的控制量。在这个最后得到的控制量里,包含了速度、加速度、位移的影响。

3 　仿真试验与分析

      在上述模型的基础上,按照上海地铁1 号线列车运行模型,从漕宝路站到上海体育馆站进行了列车运行的数字仿真试验。输入值为上海地铁1 号线列车实际运行过程中的电流百分比控制量,输出值为输入的控制量作用于所建数学模型而得到的速度、加速度和位移。试验分别应用一般经典的pi 控制、一般模糊控制方法和多变量模糊控制方法进行了模拟。其中,在多变量模糊控制方法中,各个参数取值如下:ks = 0.6 ,ka = 0.2 ,kv = 0.2。仿真从漕宝路站到上海体育馆站的运行控制时,多变量模糊控制达到了很好的效果。列车运行时间与时刻表相符合;停车位置距离目标停车点4 cm; 达到的最高速度为76. 8 km/ h ; 最大加速度变化量为-0. 5 m/s3 。其它两种方法的控制效果则远远不如多变量模糊控制方法。

      图2 所示的是采用多变量模糊控制对漕宝路站到上海体育馆站这个运行区间进行控制的控制量的变化情况。其中粗实线是多变量模糊控制方法,虚线是一般模糊控制方法,细实线是一般经典的pi 控制。从中看到,pi 控制的控制量的变化最多,幅度也较大;一般模糊控制的控制量变化次数较少,但变化幅度较大一些;而多变量模糊控制则明显优于pi 控制和一般模糊控制。

 

图2 　仿真试验的控制量变化情况图

 

图3 　访真试验的加速度变化情况图

参　考　文　献

1 　孙章,何宗华,徐金祥. 城市轨道交通概论. 北京:中国铁道出版社,1998

2 　蔡自兴. 智能控制. 北京:国防工业出版社,1998. 115～172

3 　lee c c. fuzzy logic in control system. ieee trans on sustem , man and cybernetics , 1990 ,20(2) :404～433

4 　窦振中. 模糊逻辑控制技术及其应用. 北京:北京航空航天大学出版社. 1995

5 　何平,王鸿绪. 模糊控制器的设计及应用. 北京:科学出版社,1997. 155～182

6 　刘云. 列车运行仿真系统的建模与实现. 铁道学报,1995 年专辑

7 　田长海等. 列车动态模拟系统的研究. 中国铁道科学,1995 ,16(1)

轨道列车篇9

【关键词】 列车编组 车辆结构型式 客流预测 载客能力 行车间隔

1线路概况

1.1线路走向

广州市轨道交通三号线(以下简称：三号线)是贯通广州市南北的快速交通主干线，为国内第一条设计最高运营速度为120km／h的决线线路，线路全长35．86KM，呈“Y”型线路，分为广州东站主线和天河客运站支线(如图1)。正线沿线经过天河中心区、珠江新城、海珠中心区城市繁华区域，沥窖新客港、番禺大石、番禺区桥待发展的市郊区域。支线沿线经过五山高校区、岗顶、天河金融区人口密集的区域。在列车编组方式上，要求从整体线路规划出发，满足初近远期规划客流预测的需求。

图1 线路走向图

1.2客流预测

三号线早高峰小时单向最大断面客流在线路的中部，为了适应初近远期客流量逐步增长的需求，降低初期建造与运营成本，列车编组应满足不同规划年份的客流预测需求，具有灵活编组与解编的功能。三号线高峰小时单向最大断面客流预测如表1历示。

2列车编组方式

2.1载客量与列车编组节数的关系

高峰小时单向最大断面客流量是决定车辆载客量大小的决定因素。根据三号线客流预测数据，按不同的发车间隔90s、105 s、120s、150s计算，每列车定员载客量按照站立人数为6 人／平方米计算。高峰小时单向最大断面客流情况下的每列车需要满足的最小载客量要求如表2所示。

表2 每列车满足的晕小载客量需求

2．2 编组节数的选择

远期客流量预测是列车编组长度计算的依据。表3根据“A”、“B”两种结构型式车辆，计算分析了经过比选后的三种座位布置初步方案下，满足表2列车最小载客量需求的列车编组节数的要求。

表3 列车编组节数选择方案

由于远期4节编组要求车站长度较短，不利于客流组织，且90s的行车间隔将会对信号系统提出较高的要求；7—8节编组要求较长的车站长度，增大土建施工造价，且150s的行车间隔将会降低运营服务水平。因此，远期5—6节编组为可选的方案。又由于5节编组存在车辆动力配置与初近远期编组不灵活的缺点，故远期6节编组为最适合的编组方式。从表3可以优选出两种方案。

(1)采用“A”型车，行车间隔为120s，初期3节编组载客量为774人，近期5节编组载客量为1 290人，远期6节编组载客量为1 548人。

(2)采用“B”型车，行车间隔为105s，初期3节编组载客量为690人，近期5节编组载客量为1 150人，远期6节编组载客量为1 380人。

这两种方案在初近远期的列车编组节数均分SrJ为3节、5节和6节。为了满足将来运营编组解编操作方便及与站台屏蔽门系统的对应关系，不考虑近期5节编组的情况，采用初期列车编组为3节，近远期为6节的方案，且带司机室与不带司机室的车辆车钩连接面之间的距离相等。

2．3 列车编组实现形式的选择

三号线列车编组以初期3节，近远期6节为与客流预测数据及便于运营组织的最佳组合方式；在实现形式上以下两种方案是不可取的：

(1)初期3节编组，近远期插人新车扩编成6节编组。这种方案在技术上虽然可行，但由于车辆

设备技术进步的因素，以及新旧车混合编组对运营和维修不利的原因，在实际操作上是不可能实现的。

(2)初期3节编组，近远期重新组合逐渐增加为4、5、6节编组。这种方案虽然最能适应客流量

逐渐增加的需求，但由于地铁车辆的设备是分布在—组车辆内而形成一组动车组。重新组合车辆必须满足形成动车组的前提，逐渐增加是较难实现的。

因此，可得出结论：三号钱在初近远期列车编组实现形式上，采用初期3节，近远期对接成6节，即初期为＝A+B+A＝，近远期为＝A+B+A＝A+B+A=的对称形式。同时，在近远期对接的6节编组列车在低峰期可拆编为3节编组，重新购置的6节编组列车则为非对接固定编组形式，即＝A+B+A-A+B+A＝的编组形式。(＝为全自动车钩、-为半自动车钩、+为半永久牵引杆)

2.4车辆结构型式的选择

目前国内地铁车辆有两种结构形式，即长为22m，宽为3m的“A”型车，及长为19m，宽为2．8m的“B”型车。在车休结构大小仅与载客量有密切的关系，不会影响到功能的发挥。因此，在满足客流需求的基础上，“A”型车与“B”型车均可考虑采用。但针对三号线而言，有以下几方面的差异。

(1)轴重的取值。与广州地铁一、二号线不同的是，三号线初期采用3节编组方式，采用“A”型车则带司机室的A车将为配有牵引电机的动车(或半动车)，车辆轴重将会超过规定的16t，而有必要提高车辆整体动力学性能，提高轨道运行条件要求，较大地增大车辆的造价。若采用“B”型车，车辆轴重将在14-15t之间。

(2)车站建筑规模。“A”型车6节编组长为1 400m，“B”型车6节编组长为1 200m。采用“B”型车，车站站台建筑长度将大大减少，将有效地降低地下车站的建筑难度与土建投资。

(3)隧道限界。广州地铁—、二号线盾构隧道直径为5．4m，采用“A”型车隧道内布置十分紧凑，几乎没有可再利用的剩余空隙。三号线最高运行速度提高到120km/h，车辆动态包络线会有所增加，将对隧道直径提出增大的要求。采用“B”型车，随着车体宽度的减小，车辆动态包络线与“A”型车相比不会增大。

(4)行车阻力。在隧道断面与一、二号线相同的情况下，车辆最高运行速度增大到120km／h，采用“A”型车运行是的阻塞比增大，隧道内活塞风将会对行车造成较大的阻力，列车能耗增大，采用“B”型车则可以通过车辆横截面的减少加以抵消。

(5)隧道内温度。采用“A”型车，在采用屏蔽门的模式下，列车最高运行速度提高到120km/h，隧道内的温度将有所提高，要达到车厢内一定的适应温度，对列车空调的制冷能力将提出较高的要求。采用“B”型车，隧道内通风条件将有所改善，隧道温度可在标准要求的范围内。

(6)与一、二号线兼容。采用“B”型车，将会增加了广州地铁的车型品种数量，特别是机械结构差异将会较大，一些部件不可通用，以后将增大总体维修成本。由于车站站台边缘与轨道中心线距离的减小，一、二号线车辆将不能驶入三号线线路。

因此，可得出结论：三号钱选择采用“B”型结构的车辆。

2．5 座位布置方案

按照以上分析结果，三号钱初期采用三节编组列车，近远期采用六节编组列车，行车间隔为105s，采用“B”结构的车辆，以车厢内站立人数为6/平方米计算，可以设计出在满足客流量的需求下的座位布置。

设带司机室的A车车厢内的客室有效长度为17m，B车为19m，A、B车厢内有效宽度为2．52m。设车厢内电子电气柜所占的面积与贯通通道处的相等，按一个座位所占面积为0．32m2，设3节编组车辆座位总数为Jo因此，3节编组车辆可站立乘客的面积为：(17+17+19)x2．52-0．32x

3节编组列车的最小载客量为：(133．56-0．3~)x 6+x=672

计算得出3节编组列车座位数量约为140座。由此设计出三种座位的布置方案，如图2所示

2．6 载客量计算与分析

按照图2中三种方案的座位布置，每节车辆及一列列车在不同情况下的载客量女D表4比选后，选择方案二为采用方案。

表4 不同座位布置的载客量

表4所示为站立人数按照67k／m2计算而得出的列车载客能力，而车辆在结构设计上，站立人数是按照9人/平方米计算的，列车实际的载客能力应为按照此计算的结果。表5给出了站立人数按6、7、8、9人/平方米，行车间隔按105秒进行计算，在高峰小时时单向载客量最大通过能力的计算结果。

表5 高峰小时单向最大断面载客量通过能力计算

从表5中不难看出，按照站立人数为9人/平方米计算出的载客量超过按6人／平方米的客流预测的约40％。在国外，快线列车设计载客量一般比客流量预测富裕10％左占。富裕量过大将会造成车辆设计

载客量过大的长期浪费，解决这一问题的办法，一是增大行车密度，一是增加座位数量，而控制突发客流下极度超员情况的发生。

3 结论与讨论

(1)三号线是一条从繁华城区通往城市郊区的‘陕速线路，既要满足城区大客流量的需求，又要满足郊区快捷方便的需要，运营初期采用3节列车编组，近远期可对接成6节列车编组，实现高密度，小编组的运营方式满足了三号线线路设置与客流特性的需求。但在一般情况下，除非为专用线路，不宜采用城区与郊区混合贯通的线路设置，在国外一股庄大客流与次要客流交汇处，均采用分线路转乘的方式。

(2)三号线采用“B”型结构车辆综合考虑了列车编组、隧道建筑及应用范围等因素，“B”型

结构车辆是城市郊区线路与中大客运量线路首先考虑的选择方案。从降低建造投资与节省运营维

修成奉的角度出发，同一座城市不宜采用多种型式的城市轨道交通车辆，大型城市最多不能超过3

种，中型城市最多不能超过2种，但在基本车型基础上进行适应性改型，而大部分部件通用的方

式是可以的。

轨道列车篇10

关键词　uml　rhapsody　面向对象　嵌入式系统　建模

统一建模语言uml(unifiedmodelinglanguage)是迄今为止最好的面向对象的统一建模语言,它取代了以往各种面向对象表示法,可以全面、细致地同时描叙业务和软件系统,实现软件开发全生命周期建模的无缝统一。uml与ooad(面向对象分析和设计)工具的结合,更使软件工程思想的实现往前走了一大步。

美国i-logix公司的rhapsody是一种基于uml2.0的面向嵌入式应用开发的集成可视化环境,它为嵌入式软件的开发提供了一个“四化”的支撑平台,即可视化、工程化、自动化和团队化。rhapsody正在迅速成为国防/航空航天领域首选的mdd(模型驱动开发,modeldrivendevelopment)开发环境,在一系列项目中(如futurecombatsystems(fcs)andf22等)被作为主要开发工具来使用。

列车自动防护系统(atp系统)是城市轨道交通运行控制系统的组成部分之一。它主要保证提供速度限制信息以保持列车间的安全间隔,使列车在符合限制速度的标准下运行。atp车载设备是列车自动防护系统的一个重要组成部分,负责完成atp车载部分的功能。北京地铁1号线所采用的lcf100dt型车载设备是保证列车运行安全、提高运输能力的地铁信号专用技术的行车安全控制设备。本文首先介绍了rhapsody的主要特性———实时框架,然后分析了atp系统的工作原理,并在rhapsody基础上对北京地铁1号线的atp系统车载设备软件系统进行建模,最后分析了系统级调试功能。

1 rhapsody框架特性

rhapsody的实时框架是一个垂直框架,嵌入式和实时应用专门选择和优化的设计模板,实现了用于内务处理(如状态机的实现、容器类的实现等)代码的重写,实时框架使得设计的模型与操作系统无关,通过实时框架,应用程序可以方便地从一个实时操作系统移植到其他的操作系统。

实时框架包含4个主要部分,如图1所示。对象执行框架提供uml模型执行的基本结构管理线程状态机的执行,对象间关联模式管理对象间的一对多、多对多关系,抽象操作系统与框架自身和实时操作系统无关,便于框架的移植动画,调试框架可以使用户进行基于模型的调试,如基于状态图的断点设置、捕捉不同对象间消息映射等。下面分析对象执行框架中的主要元素。

2 自动超速防护系统

2.1 自动超速防护系统概要

atp(automatictrainprotection,列车自动防护系统)具有超速防护、零速度检测和车门限制等功能,提供速度限制信息,以保持列车间的安全间隔,使列车在符合限制速度的标准下运行。超速防护车载设备是列车超速防护系统的一个重要组成部分,它是依据从atp地面设备接收到的列车运行控制命令,对列车进行实时速度监督的一种安全保障设备。

2.2 北京地铁1号线atp系统

atp子系统实现所需的设备包括地面设备和车载设备。地面设备主要由集中设置的地面轨道电路fs2500无绝缘轨道电路构成,由发送器、接收器、码发生器及调谐单元组成;其发码由微机联锁设备及控制中心控制,以保证安全追踪间隔及临时限速等。车载设备的功能由地面信息接收部分、测速部分、速度比较控制部分等完成,当列车运行速度超过允许速度时,自动完成减速控制,车载设备由以微处理器为基础的安全子系统和非安全子系统、速度表、天线及装在不同轴上的测速电机组成。

atp系统的功能包括:在设置区间闭塞分区时,保证列车追踪运行时的最小安全间隔,防止列车尾追事故;列车按线路最大允许安全速度运行,防止列车超速运行;确保所排进路正确、安全;确保提供车门正确开闭条件;区间临时限速。

2.3 利用软件rhapsody对atp(车载设备)建模

为了使系统软件具有较高的可靠性、可维护性,结构化、模块化是系统软件设计的关键,软件模块的划分应尽量明确、相对独立,入口参数、出口参数意义范围明确。软件rhapsody只支持英文环境,图中英文都有相应的解释。

2.3.1 需求分析

需求分析就是明确从系统的角度,要求列车运行控制仿真系统提供什么功能。在以往的需求分析中,始终没有一种合适的工具来保证系统需求的完整表达,所以直接导致了系统在完成后的检测中发现与真实情况不符。

在分析阶段引入全面支持uml的rhapsody这个有效的形式化工具,以完整的、无歧义的语言表达上述功能需求,减少了设计人员的理解偏差,简化了开发过程中的交流。

图2为本案例的用例图,该图形象地表示了各个对象和用例之间的关系。driver(司机)启动是否进行atp的操作,一旦启动atp超速防护系统,atpdevice(atp车载设备)就处于超速防护状态,接受目标速度和实时运行速度,进行比较;如果司机按照允许速度操纵列车,速度监督设备不干预司机的正常操作。当司机违章操作或列车运行超过允许速度时,atp车载设备将自动实施制动。其中,车载设备主要实现以下几个功能:initialtrain(自检并初始化车载设备),acquireactualspeed(获得实际速度),acquireactualspeed(获得列车实际运行的实时速度),acquirelmiitedspeed(获得允许速度,即入口区段的列车速度),acquiregoalspeed(获得出口区段的目标速度),protectspeed(对列车运行进行速度防护及监督),announceemergency(超速告警),braketrain(当发现列车超过允许速度,强行制动列车),司机要实现的功能是:brakebyhuman(人工制动)以及activitateatp(模式开关的选择和司控开关状态的采集)。

2.3.2 类的划分和处理

由功能需求分析确定,利用面向对象设计思想,将各个部分用对象来描述,将具有一定属性和操作的对象聚集成类的表现形式。从逻辑上看,一个对象是独立存在的模块,从外界来看,只需要了解它具有哪些功能,至于如何实现这些功能对外界都是屏蔽的。系统中的各个对象通过消息激活机制被动态联系在一起,并可利用面向对象建模中类的继承性,简化类和对象的生成。如果不同的类有共同的属性和方法,依据类的层次把这些共同性概括为总类。

图3为本系统的对象模型图。 北京地铁1号线使用的控制方式是分级速度控制方式的出口检查方式:在一个闭塞分区中,只按照一种允许速度判断列车是否超速,并且要求司机在闭塞分区内将列车运行降低到目标速度,设备在闭塞分区出口检查列车运行速度,这个过程主要通过protectspee(防护速度)类来实现。列车的允许速度为该区段的入口速度,机车信号显示器给出目标速度。本区段的目标速度就是下个闭塞分区的允许速度,各种速度的获得是在signalconditionin(信号输入)中实现的,另外还设立了drivercommand(驾驶命令)类以及brakecontrolle(制动控制)类来完成atp启动列车制动的动作。各个类中的函数及其事件在这里就不再详细描述。

2.3.3 状态图分析

uml编程过程是在状态图中定义的,由于状态图的表达性和可伸缩性都很好,uml用它们作为正式的fsm(有限状态机)表示。有限状态机是由已存在的条件(称为“状态”)的有限集定义的机器,同样也是状态间因事物触发的状态转移有限集。本案例的行为是通过各个类的状态和转换关系进行定义的,为了使状态图不趋于复杂化,并方便以后的更精确化,我们将各个类分配状态图。在这里,我们将主要类———protectspeed(防护速度类)进行讨论(见图4),包括comparespeed(防护区段内列车速度控制在允许速度之下)、getdownactualspeed(保证列车在区段出口时速度降低到目标速度)、refreshactualspeed(不断得到列车实际运行速度)。

比如,在refreshactualspeed(刷新实际速度)中需要获得处理好的数字速度,在该状态中加入actual-speed=signalconditionerin->getactualspeed(),这样就可以从signalconditionin(信号输入)中得到最大列车实际运行速度。

在comparespeed(速度比较)中对得到的实际速度和最大允许速度比较,若超出规则进入制动状态,状态图进入brakecontroller(制动控制)的状态图中。

2.4 代码生成及系统级调试

当以上设计完成时,我们能够产生代码并测试系统模型。我们需要用component组件来告诉rhapsody产生什么样的环境。通常我们使用的是microsoft环境(windows操作系统和visualc++编译器),这样rhapsody可以产生visualc++6.0和基于vxworks的c++程序。

rhapsody通过动态化状态图和顺序图促进了建模级的调试。用户可以在一个“面向对象”尺度上(操作调用,单个事件处理,整个事件队列)单步调试应用,并可以观察状态图的影响(如活动图的变化)。rhapsody提供了3种不同层次的动画控制指令(在configuration中进行设置添加)。第1种是none,即要生成的是可的代码;第2种是tracing,它能够随着执行过程在主机的标准输出设备上显示文本的执行跟踪信息,第3个层次是anmiation(图形动画),以动画形式进行演示。

rhapsody代码在目标机上运行的同时,运行情况动态反馈到设计模型中来,例如基于状态图的断点设置、在顺序图上捕捉不同对象之间的消息映射等。在进行设计级调试的同时,与代码级调试工具联合调试。rhapsody通过模型级/代码级联合调试、验证,能够直观地尽早发现系统的设计错误或缺陷,从而较早地确定或降低项目风险。

另外,rhapsody可以生成高质量的中文文档,可以生成软件应用所需的框架结构、运行库、编译文件、通讯方式、实施策略等。而且模型和代码的一致性更保证了文档和代码的一致性,为我们顺利地完成开发、后期经验的累积提供了很好的平台。可以通过定制模板,生成适合具体工作要求的文档。

3 结论

通过对北京地铁1号线的uml建模,可以缩短车载设备软件的开发周期。本文针对北京地铁1号线的lcf-100dt型车载设备进行uml建模,利用了rhapsody这个基于uml语言的开发环境,uml的状态机模型与车载设备极好地对应,且便于借助case工具实现代码自动生成,能够极大地提高车载设备软件的开发效率和项目可管理性。rhapsody采用基于模型的开发方式,为系统的开发提供了清晰的结构以及可复用的软件模块,能够切实提高实时软件的开发效率和可维护性,并可在系统级进行调试,从而提高系统的可靠性和实时性。rhapsody提供了一个完整的用于复杂实时嵌入式的应用软件,是从分析、设计一直到代码实现和软件测试的开发环境。

参考文献

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