高铁列车的速度是如何控制的?

关于这个问题,直接上结论,再慢慢理:

高铁列车的速度完全由司机控制。

但是,正如另一个匿名答主所说:

列车运行监控记录装置(LKJ)和列控系统(各级CTCS)等等,负责的是顶棚速度设定及超速防护。

换言之,在理论上,列车司机是可以想开多快就开多快的,因为有上述这些保障列车行车安全的系统存在。但实际上,为了完成行车计划和安排,以及不浪费资源,让你开到250Km/h,你不可能只开到100Km/h,即使这样的速度看起来很"安全"。

言归正传,题主问到高铁列车的速度如何控制这个问题,在我看来,更多的是在问"高铁列车是如何进行速度防护来保证安全的"。下面细细道来。

首先简要介绍一下闭塞的概念。

我们知道,轨道列车,特别是跑高速铁路的列车,第一速度快,第二惯性大,第三制动距离长。这就决定了我们必须想一个安全的办法,来保证列车与列车之间不会发生冲突与追尾等事故。办法很简单,就是让列车之间在运行的时候,保持一定的安全距离就行。

因此,让列车行车遵循一定规定,使用信号或者凭证,使列车之间按照空间间隔来运行的技术方法,我们叫做闭塞行车法,简称闭塞。简单来说,就是这段路我占了,与外界隔离开,其他车不准再进来。闭塞又分很多种,效率高低一般来说以"固定闭塞→准移动闭塞→虚拟闭塞→移动闭塞"的顺序递增。这篇回答主要内容不是这个,就不多展开了^_^。

在传统的铁路行车闭塞控制中,司机通过辨识闭塞分区入口的信号机或者机车信号,来判断前方状况——是否有车,是否需要减速等等。而一旦司机辨别/操作有误,就可能使得列车超速或冒进前方信号,造成事故。因之,就必须采用速度监督(Speed Supervison)技术,实时监控列车速度,并在列车超速时自动制动,保证行车安全。

说到这里,有控制原理一类知识储备的知友已经反应过来了。这不就是一个负反馈系统嘛。事实上的确如此,如下图。

从这一原理图出发,这个速度监督技术在目前可分为两大类:分级速度控制目标-距离式速度控制。这两大类又可以细分,详细如下:


(一)超前式分级速度控制

超前式分级速度控制方式又称为出口速度控制方式。顾名思义,即给定列车的出口速度值,控制列车速度不超过该值司机在驾驶列车驶出每一个闭塞分区入口前,须将速度降至速度控制线以下,否则就会引发紧急制动。日本最早使用的ATC系统就采取了该种方式。如图3,实线为速度控制线,虚线为列车实际运行的速度-距离曲线。


(二)滞后式分级速度控制

与(一)类似,滞后式分级速度控制方式又称入口速度控制方式。即控制列车在本闭塞分区的速度不超过下一闭塞分区的入口速度值。司机若驾驶列车超过了该给定值,碰撞了滞后式速度控制线(这就是所谓的撞墙),就会引发紧急制动。该种控制方式的实例有法国TVM300列控系统。如图4,实线为速度控制线,虚线为列车实际运行的速度-距离曲线。


(三)曲线式分级速度控制

曲线式分级速度控制方式,与前两种略有不同。该种控制方式并不是在闭塞分区出口或入口设定速度限制,而是在整个闭塞分区给出速度控制曲线。同理,司机在驾驶列车时,不可以越过速度控制曲线。需要指出,在有些文献和资料里,这种控制方式与后面即将介绍的目标-距离式速度控制方式被归为了一类,而没有划分在分级速度控制方式中。请感兴趣的知友注意区分。


(四)目标-距离式速度控制

在目标-距离式控制方式下,列车采取的制动模式为连续式一次制动速度控制,是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能来决定列车制动曲线的一种控制方式。在该种模式下,不设定每个闭塞分区速度等级(与前面几种控制的最大区别)。若列车是以前方列车占用的闭塞分区入口为追踪目标点,则为准移动闭塞;若列车是以前方列车的尾部为追踪点,则为移动闭塞。值得一提的是,我国高速铁路通用的中国列车控制系统(CTCS)均采用的是这一控制方式。


(五)比较与总结

首先,我们要意识到,无论是上述哪一种控制方式,其目的都在于保证列车安全运行,不至于因为司机的失误而导致事故发生。这是将来可能出现的更高级的控制方式也必然会具有的特点。

其次,我们来细细比较一下分级速度控制目标-距离式速度控制这两大类控制方式的异同。

应该说,分级速度控制,是按照制动性能最差的列车安全制动距离为要求,以一定的速度等级划分若干固定区段的。因之列车最小追踪距离仅仅与运行速度、区段划分有关。制动性能较好的列车将不能物尽其用;

至于目标-距离式速度控制,则依据列控地面设备向车载设备传送前方目标、线路参数、限速信息,由车载设备计算当前最大允许速度,并与列车实时速度比较以达到监控的目的。这是一种按照列车本身性能实时计算控制模式曲线的方式。

下面给一个能说得更清楚的表格。

最后需要强调,无论哪一种模式曲线,都由三个部分组成:

  • 顶棚速度监督区(CSM):在此区域行车时不需要考虑前方目标点,只要列车速度不超过最限制速度曲线(MRSP)就好。
  • 目标速度监督区(TSM):该区域指限制速度下降到较低的限制速度值或限制速度为0Km/h的目标点的区域。
  • 安全距离区:考虑到列车制动模型参数、速度及位置测量等存在误差,列车行车许可的终点与实际的危险点之间要添加一段安全距离。


讲到这里,题主的疑问是否已经解决了呢?

关于"为什么能停的这么精确,哪个车门对应站台号"的疑问,我建议可以参看

地铁是如何做到精确停靠的?

高铁,地铁怎么做到每次停的精确的?

这些问题下的一些答案。


欢迎指正



参考:

唐涛 《列车运行控制系统》 中国铁道出版社

李凯 《高速铁路列车运行控制技术》系列 中国铁道出版社

曾小清等 《轨道交通运行控制与管理》 人民交通出版社



来源:知乎 www.zhihu.com
作者:知乎用户(登录查看详情)

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