冷知識:高鐵列車如何確保行駛中的不會碰撞? - 硬是要學
首頁 » 科技» 冷知識:高鐵列車如何確保行駛中的不會碰撞?
好手 發表於

冷知識:高鐵列車如何確保行駛中的不會碰撞?

文/好手

高鐵車輛的行駛速度非常快,只要稍微錯失一個時間點就可能造成很重大的傷亡,因此在高鐵的系統設計中有許多安全機制,確保車輛不會超速、碰撞。本文統整高速鐵路常見的防護措施。

高鐵列車的速度完全由司機控制。但是,正如另一個匿名答主所說:列車運行監控記錄裝置(LKJ)(高鐵列車使用的是車載 ATP 設備)和列控系統(各級CTCS)等等,負責的是頂棚速度設定及超速防護。

THSR_700T_TR17_20130907▲ 台灣高鐵列車 (圖/維基百科)

換言之,在理論上,列車司機是可以想開多快就開多快的,因為有上述這些保障列車行車安全的系統存在。但實際上,為了完成行車計劃和安排,以及不浪費資源,讓你開到250Km/h,你不可能只開到100Km/h,即使這樣的速度看起來很“安全”。

言歸正傳,題主問到高鐵列車的速度如何控制這個問題,在我看來,更多的是在問“ 高鐵列車是如何進行速度防護來保證安全的 ”。下面細細道來。

閉塞的概念

我們知道,軌道列車,特別是跑高速鐵路的列車,第一速度快,第二慣性大,第三制動距離長。這就決定了我們必須想一個安全的辦法,來保證列車與列車之間不會發生衝突與追尾等事故。辦法很簡單,就是讓列車之間在運行的時候,保持一定的安全距離就行。

因此,讓列車行車遵循一定規定,使用信號或者憑證,使列車之間按照空間間隔來運行的技術方法,我們叫做閉塞行車法,簡稱閉塞。簡單來說,就是這段路我佔了,與外界隔離開,其他車不准再進來。

閉塞又分很多種,效率高低一般來說以“ 固定閉塞→準移動閉塞→虛擬閉塞→移動閉塞 ”的順序遞增。這篇回答主要內容不是這個,就不多展開了。

在傳統的鐵路行車閉塞控制中,司機通過辨識閉塞分區入口的信號機或者機車信號,來判斷前方狀況——是否有車,是否需要減速等等。而一旦司機辨別/操作有誤,就可能使得列車超速或冒進前方信號,造成事故。因之,就必須採用速度監督(Speed Supervison)技術,實時監控列車速度,並在列車超速時自動制動,保證行車安全。

說到這裡,有控制原理一類知識儲備的知友已經反應過來了。這不就是一個負反饋系統嘛。事實上的確如此,如下圖。

image

▲ 列車速度監督基本原理框圖

從這一原理圖出發,這個速度監督技術在目前可分為兩大類:分級速度控制目標-距離式速度控制。這兩大類又可以細分,詳細如下:

image

(一)超前式分級速度控制

超前式分級速度控制方式又稱為出口速度控制方式。顧名思義,即給定列車的出口速度值,控制列車速度不超過該值司機在駕駛列車駛出每一個閉塞分區入口前,須將速度降至速度控制線以下,否則就會引發緊急制動。日本最早使用的 ATC 系統就採取了該種方式。如下圖,實線為速度控制線,虛線為列車實際運行的速度-距離曲線。

image▲ 超前式分級速度控制

(二)滯後式分級速度控制

與(一)類似,滯後式分級速度控制方式又稱入口速度控制方式。即控制列車在本閉塞分區的速度不超過下一閉塞分區的入口速度值。司機若駕駛列車超過了該給定值,碰撞了滯後式速度控制線(這就是所謂的撞牆),就會引發緊急制動。該種控制方式的實例有法國 TVM300 列控系統。如下圖,實線為速度控制線,虛線為列車實際運行的速度-距離曲線。

image▲ 滯後式分級速度控制

(三)曲線式分級速度控制

曲線式分級速度控制方式,與前兩種略有不同。該種控制方式並不是在閉塞分區出口或入口設定速度限制,而是在整個閉塞分區給出速度控製曲線。同理,司機在駕駛列車時,不可以越過速度控製曲線。需要指出,在有些文獻和資料裡,這種控制方式與後面即將介紹的目標-距離式速度控制方式被歸為了一類,而沒有劃分在分級速度控制方式中。請感興趣的知友注意區分。

image

(四)目標-距離式速度控制

在目標-距離式控制方式下,列車採取的制動模式為連續式一次製動速度控制,是根據目標距離、目標速度及列車本身的性能來決定列車製動曲線的一種控制方式。在該種模式下,不設定每個閉塞分區速度等級(與前面幾種控制的最大區別)。若列車是以前方列車佔用的閉塞分區入口為追踪目標點,則為準移動閉塞;若列車是以前方列車的尾部為追踪點,則為移動閉塞。值得一提的是,我國高速鐵路通用的中國列車控制系統(CTCS)均採用的是這一控制方式。

image

比較與總結

首先,我們要意識到,無論是上述哪一種控制方式,其目的都在於保證列車安全運行,不至於因為司機的失誤而導致事故發生。這是將來可能出現的更高級的控制方式也必然會具有的特點。

其次,我們來細細比較一下分級速度控制目標-距離式速度控制這兩大類控制方式的異同。

應該說,分級速度控制,是按照制動性能最差的列車安全制動距離為要求,以一定的速度等級劃分若干固定區段的。因之列車最小追踪距離僅僅與運行速度、區段劃分有關。制動性能較好的列車將不能物盡其用;

至於目標-距離式速度控制,則依據列控地面設備向車載設備傳送前方目標、線路參數、限速信息,由車載設備計算當前最大允許速度,並與列車實時速度比較以達到監控的目的。這是一種按照列車本身性能實時計算控制模式曲線的方式。

下面給一個能說得更清楚的表格。

image

最後需要強調,無論哪一種模式曲線,都由三個部分組成:

  • 頂棚速度監督區(CSM):在此區域行車時不需要考慮前方目標點,只要列車速度不超過最限制速度曲線(MRSP)就好。
  • 目標速度監督區(TSM):該區域指限制速度下降到較低的限制速度值或限制速度為0Km/h的目標點的區域。
  • 安全距離區:考慮到列車製動模型參數、速度及位置測量等存在誤差,列車行車許可的終點與實際的危險點之間要添加一段安全距離。

image

本文獲《知乎》網友 舟編 授權翻譯轉載,未經同意請勿轉載。

參考資訊

  • 唐濤《列車運行控制系統》 中國鐵道出版社
  • 李凱《高速鐵路列車運行控制技術》系列中國鐵道出版社
  • 曾小清等《軌道交通運行控制與管理》 人民交通出版社
關於

硬是要學共同創辦人兼職打雜編輯。每天最重要的工作就是不斷地蒐集國內外各種新資訊和吃飯趕攤,堅持提供硬是要學的朋友最有興趣和最快速的報導。熱愛網路、熱愛 3C!腦袋是個不定時炸彈,隨時會炸出新玩意兒!

連絡信箱:besthand@soft4fun.net

Besthand 好手開講 粉絲團

Facebook 網友留言

站內留言

[X]
取得更多 3C 新玩意和優惠資訊,立刻加入粉絲團!
關閉

Close