2014列车运行控制系统

轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY2014/5/191考试信息：时间：2014-5-21（下周三）上午10:10-12:10；地点：SY201（学号10213017、10261023、11213002-11213046）；SY206（学号11213047-13410114）；形式：半开卷（可带一张A4纸）；题型：填空+简答+大题（论述、画图等）；要求：不能照抄课本或幻灯片，用自己的话和理解作答；轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY列车运行控制系统第一章绪论唐涛教授刘雨[e-mail]2轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY1、课程简介轨道交通的运行特点：速度快、质量重、制动距离长、不能自行导向核心任务：保证列车安全、高效的运行安全高效资源的分配：同时间、同资源、一列车分配的时机：尽可能晚、尽可能快行车指挥及控制系统——铁道信号3SSATSCSSSSVCSSATSCSSSSRC在保证安全制动距离下，缩短运行间隔，提高运营效率保证行车安全80km/h运行控制系统（信号系统）移动体（机车车辆）基础设施（线桥隧）轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)1、课程简介STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY速度V运行控制系统是轨道交通行车系统的“中枢与神经”，旨在利用各种先进的技术和设备，保证列车以最小安全间隔距离运行，以达到最大的运输能力。轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)1、课程简介STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY列车运行控制系统的原理列车运行控制系统根据前方行车条件，为每列车产生行车许可，并通过地面信号和车载信号的方式向司机提供安全运行的凭证。（地面设备）车载设备根据接收到的行车许可产生允许速度，当列车速度超过允许速度时控制列车实施制动，使列车降速乃至停车，防止列车超速颠覆或与前方列车追尾等，保证行车安全。（车载设备）2014/5/195轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY1、课程简介通过本课程的学习，能掌握什么：（1）明白我们所学的专业是研究什么的；（2）了解“安全”及“故障-安全”对于铁路的意义；（3）明白列车是如何安全运行的；（4）车载最核心的功能——超速防护；（5）掌握列控系统的整体结构及相互关系、各自的功能；（6）了解CTCS、城铁CBTC等应用前景广泛的列控系统；（7）通过习题，体会系统开发的大致过程，并具备一定的能力；（8）能够从中找到未来就业或深造的兴趣点；6轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY地面人工信号地面自动信号助修建铁路的议员。机车信号自动停车速度自动防护ATC2、轨道交通信号系统发展历程1804年英国开始建设世界上第一条铁路开始运营，就有了铁路信号。1830年，在英国发生了世界上第一个铁路事故，撞死了帮7轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY2、轨道交通信号系统发展历程轨道交通信号系统发展推动力重大事故驱动运营需求引导技术发展推动信号技术发展8轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY3、轨道交通运行控制功能需求轨道交通信号系统的重要组成部分保证行车安全，提高运行效率的安全控制系统。基本功能：间隔控制速度防护安全防护主要的安全措施：使列车停车或关闭牵引供电9轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY4、现代轨道交通运行控制关键技术关键技术之一——定位技术（测速定位）列车定位系统的基本功能：能够在任何时刻、任何地方按要求确定列车的位置；局部故障时，降级运行；空间离散式连续式接近连续式设备基于轨旁基于车载轨旁+车载10轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY4、现代轨道交通运行控制关键技术关键技术之一——定位技术可用的定位技术轨道电路计轴器轮轴传感器应答器卫星定位(GPS)环线(交叉)定位多普勒雷达需解决的主要问题：轨道占用检查；列车的准确位置；速度间隔定位技术定位精度11轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY4、现代轨道交通运行控制关键技术关键技术之二——车地通信技术地面设备向车载发送控制信息；车载设备向地面发送位置、状态信息；地车通信技术是区分不同列控系统的一种方式；点式应答器轨道电路、无线传输连续式12轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY4、现代轨道交通运行控制关键技术关键技术之三——安全计算机地面设备及车载设备均由安全计算机构成；安全计算机应达安全完善性等级（SIL)为4；系统的功能由软硬件共同完成；安全计算机的设计分析不同于一般以机械、分离器件构成的系统；13轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY列车运行控制系统第二章列车动力学基础14轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY2.2列车运动过程分析前进方向θ牵引力FG全阻力W制动力B列车牵引力F列车运行阻力W包括：基本阻力和附加阻力列车制动力B作用在列车上的力总体分为三类：15轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY2.2列车运动过程分析列车牵引力列车运行动力的来源，它是与列车运行方向相同并可根据需要控制的外力。由牵引机车或动车的动力装置发出的内力，经传动装置传递，在轮周上形成切线方向力，再通过轮轨间的黏着产生的、由钢轨反作用于轮周上的外力，从而使列车发生平移运动。前进方向Gθ牵引力F全阻力W制动力B16轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY2.2列车运动过程分析列车运行阻力列车运行中由自然条件产生的与运行方向相反、阻碍列车运行、不能由司机控制的外力叫做列车运行阻力。按照阻力产生的原因，能够将阻力分为两大类：基本阻力是指在运行中永远存在的阻力。附加阻力是指个别情况下发生的阻力，如坡道阻力，曲线阻力，隧道阻力等。前进方向Gθ牵引力F全阻力W制动力B阻力之和称为全阻力17轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY2.2列车运动过程分析列车制动力列车运行中与运行方向相反、阻碍列车运行、司机可以根据需要调节的外力叫做列车制动力。制动力一个明显的特点就是由人为方法产生的。产生制动力的方法可分为摩擦制动（包括闸瓦制动和盘形制动）、动力制动和电磁制动。前进方向Gθ牵引力F全阻力W制动力B18轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY2.2列车运动过程分析列车运动状态：牵引—加速C=F-W惰行—匀速C=-W制动-减速C=-(B+W)制动距离距离列车速度牵引力全阻力制动力牵引加速区惰行匀速区制动减速区空走19轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY空转：轮轨间的纵向水平作用力超过维持静摩擦力极限值——最大静摩擦力，轮轨接触点将发生相对滑动，机车动轮在强大力矩的作用下快速转动，轮轨间的纵向水平作用力变成了滑动摩擦力，其数值比最大静摩擦力小很多，而机车运行速度则很低，这种状态称之为“空转”。2.3列车牵引力20轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY2.4列车运行阻力——附加阻力坡道附加阻力：列车重力产生的沿运行方面相反的分力；上坡—阻力为正值图2-5坡道阻力下坡—阻力为负值Wii1000BCAB坡度（千分数）21轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY2.5列车制动力制动系统不仅是列车安全、正点运行的保证，而且也是提高列车重量和运行速度的前提条件，其性能好坏对铁路运输能力和行车安全有直接影响。使列车停在某一指定地点，或特定地段使列车维持在某一规定速度；在意外紧急情况（危及行车安全或将发生伤亡事故）时，在规定的制动距离内使列车迅速停下；制动力越大，列车越能迅速停下，制动距离和运行时分就可大大缩短。22轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY2.5列车制动力——打滑现象当制动力大于黏着力时，轮轨将发生滑行，即车轮将被“抱死”（不转动），将这种状态称之为“打滑”。此时制动力变为轮轨间的滑动摩擦系数，闸瓦间的摩擦力由动摩擦力变为静摩擦力。由于滑动摩擦系数远小于滚动摩擦系数，因此轮对一旦滑行，制动力将迅速下降。23轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY2.5列车制动力——打滑现象Q减小-滑动现象在空车中更容易发生；减小-当轨面状况不好，粘着系数下降时，易出现滑行；K增大-紧急制动时，闸瓦压力K值大，易发生滑行；增大-低速尤其是快停车时，更容易滑行。KkQkKQ24轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY2.5列车制动力——制动距离计算实施制动时，列车中各车辆的制动力产生的起始时刻并非完全相同，制动力上升到最大值需要一个过程，如左图所示。为了计算方便，通常假定列车各车辆的制动力在制动开始后某一瞬间tk同时产生并立刻达到最大值，如右图中虚线所示。25轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY2.5列车制动力——制动距离计算列车的制动过程可以分为两段：第一段从实施制动开始到tk，称为空走过程，tk称为空走时间，列车在空走时间内惰性的距离称为空走距离Sk；第二段从这假设的瞬间开始到列车完全停稳，称为实制动过程，其经历的时间称为实制动时间te，该过程中列车所运行的距离称为实制动距离Se；列车制动距离Sz可以表示为：SzSkSe26轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY列车运行控制系统第三章列控系统基本原理与组成27轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY行车闭塞——基本概念闭塞的目的为避免发生列车正面冲突或追尾事故，应在列车向区间发