有轨电车车辆启动停车冲击优化设计

有轨电车车辆启动停车冲击优化设计

曾毅

中车株洲电力机车有限公司 湖南株洲　412001

摘要：文章介绍了低地板车辆启动和停车的控制逻辑，针对车辆启动和停车冲击大的问题，提出了优化方案。通过试验验证了改进效果，为其它项目车辆相关控制设计提供了借鉴。

关键词：启动和停车；冲击；优化设计；

Abstract: This paper presents the control logic of train start & stop. Focus on the train start & stop jerk problem, optimization control method is given. Test has checked the improvement effect, and this control method can give references for other according project control design.

Key word: start & stop；jerk；improvement design

1 概述

随着我国城市轨道交通建设速度的日益加快，有轨电车车辆的运行舒适性也显得愈发重要，而车辆启动和制动纵向冲击率就是衡量舒适性的重要指标，也能使乘客获得良好的乘车体验。

有轨电车项目在实际运营中存在车辆启动和停车时冲击较大的问题，本文对启动和停车的控制逻辑进行了分析，分别针对启动和停车冲击提出了优化方案并进行验证。

2. 技术标准

有轨电车和轻型铁路车辆停止阶段减速度的数值参考EN 13452- 1《制动-城市和郊区公共交通的制动系统-第一部分：性能要求》第6.2.3章节舒适度性能。停止阶段测得的减速度的数值是瞬间的数值。表格1上的加加速度是上升时间段上计算出的一个平均数值。在制动请求改变期间，瞬间加加速度可接受的最大数值和其计算方法可以由铁路网络系统来确定。

表格1 – 减速度和加加速度的级别

	行车制动器	紧急制动器1	紧急制动器2	紧急制动器3	紧急制动器4	安全制动器
最大的瞬间减速度ae,单位为米/秒2	2	2.5	2.5	5	4	4
最大的加加速度(平均值),单位为米/秒3	1.5	4	4	8	8	4

注解 表格1中给出的数值在部分状况下可以被超越，尤其是在停止的时刻。

3.启动冲击优化设计

3.1启动控制

网络正常情况下，列车停车后再次启动时，TCMS考虑牵引力（暂定10kN）防止车辆溜车后，通过网络向制动系统发送保持制动缓解指令。

若制动系统不能收到 “保持制动缓解”信号，此时“牵引”信号有效， “制动”信号无效，且此时列车速度高于1km/h（可调整）时，制动系统自动将“保持制动”缓解，以避免在牵引模式下发生制动。

3.2冲击较大原因

列车启动时，当牵引力上升到10kN时，TCMS系统将发送保持制动缓解指令。包括网络延时及制动系统开始缓解到缓解结束总共约为1s，此时牵引力的增量足以达到最大牵引力。车辆的冲击主要是由于液压制动缓解(制动力减小)、牵引系统发挥牵引动力(牵引力上升)相互间的作用产生；故为了减小启动过程的冲击，对牵引力上升的曲线进行控制和优化。

3.3优化逻辑

车辆启动阶段，牵引力先上升，达到30%级位，再固定并保持0.7s，再响应司控器级位。

4停车控制

4.1停车控制

停车制动由动力转向架上的弹簧制动器和非动力转向架上的主动式液压制动器来执行。车辆达到速度在5～7km/h时，则需要施加停车制动替代电制动以使车辆停止。

经短暂延时，电制动按比例减少，液压制动按比例增加，直到完全施加液压制动，停车混合过程结束。在非牵引工况，当速度低于0.5km/h时，制动系统施加保持制动力，进而列车完全停住。

4.2冲击较大原因

前期停车控制过程为了减小电机启停次数，停车制动力设定为随载荷变化的固定值，因此在部分站点因线路、载重、电液配合等综合原因会造成低速停车冲击过大。低速阶段存在电液转换过程，若电液转换过程不平衡，则会引启停车过程的冲动。

4.3优化逻辑

零速时冲击较大一般是因为进站减速度较大，以及保持制动施加较早造成，故在停车制动阶段调低制动力，并且对于保持制动施加时间进行延时处理。

停车阶段：停车时响应载荷和级位

保持制动阶段：适当延时后进入保持制动。

5试验数据

5.1优化前测试结果

测试条件：

保持制动缓解阈值为整车牵引力为10kN，保持制动施加延时未延时，

列车启动冲击波形如图1。

图1优化前启动停车冲击

根据启动冲击参数，得到列车最大冲击率如下表所示：

表2 目前车辆的启动冲击的最大值对比

	试验	启动冲击最大值(m/s3)	停车冲击最大值(m/s3)
原始程序	第一次	5.58	2.26
	第二次	6.67	2.92
	第三次	6.22	3.38

通过表1可知，原始程序下在车辆的启动过程中，启动最大瞬时冲击率大于5.0m/s³，制动最大瞬时冲击率大于3.0m/s³。

5.2优化后测试结果

测试条件：

保持制动缓解门槛值从10kN降低至5kN，牵引力上升至30%级位固定并保持0.7s再响应级位；

保持制动在0.5km/h时延时0. 5s施加

图2优化后启动冲击

图3优化后停车冲击

图3优化后制动冲击

表3 优化后车辆的启动冲击的最大值对比

	试验	启动冲击最大值(m/s3)	停车冲击最大值(m/s3)
优化后程序	第一次	1.901	1.237
	第二次	2.241	1.251
	第三次	2.754	1.079

6结论

根据上述测试结果，优化后的车辆在启动和停车阶段的冲击已经得到了明显的抑制，改善效果良好，有效的提高列车运行稳定性和旅客舒适度。该方案可给其他城市、其他线路的有轨电车车辆解决启动停车瞬间冲击过大问题提供借鉴经验。

参考文献：

[1] 周纪武. 浅谈城市轨道车辆制动冲击率的计算［J］.铁道车辆，2017.

[2] 何福汉. 旅客列车纵向冲动问题研究［J］. 铁道车辆，2007.

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