傳感器融合技術(shù)在國內(nèi)高鐵ATO系統(tǒng)中的應(yīng)用
作為我國智能高鐵示范工程，目前，京張高鐵采用了已在京沈高鐵上順利完成測試并投入試運(yùn)營的列車自動駕駛系統(tǒng)（ATO），標(biāo)志著我國高鐵從人工駕駛向自動駕駛的重大飛躍。在該系統(tǒng)研發(fā)過程中，設(shè)計(jì)人員通過采用傳感器融合的方式，采用先進(jìn)算法，提高了列車速度計(jì)算精度，從而有效檢測出車輪是否發(fā)生空轉(zhuǎn)、滑行。
研究高速鐵路列車自動駕駛技術(shù)是我國高速鐵路技術(shù)發(fā)展所需，特別是我國高速鐵路的運(yùn)營里程長、環(huán)境復(fù)雜多變，司機(jī)的勞動強(qiáng)度非常大。我國高速列車駕駛主要依靠司機(jī)，這也造成安全、準(zhǔn)點(diǎn)、舒適等方面的要求依賴于司機(jī)的業(yè)務(wù)水平，司機(jī)需要根據(jù)行車調(diào)度命令、列控系統(tǒng)車載人機(jī)界面設(shè)備顯示、前方地面信號顯示等情況來駕駛列車運(yùn)行。
但在京沈高鐵上，在高鐵ATO系統(tǒng)的保障下，司機(jī)只需在確保乘客全部進(jìn)入車廂后，按下關(guān)門按鈕及啟動車輛按鈕即可，兩者之間的關(guān)系更像是系統(tǒng)工作，司機(jī)監(jiān)督。
據(jù)介紹，高鐵ATO系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)列車自動發(fā)車、區(qū)間自動運(yùn)行、到站自動停車、停車后自動打開車門、車門與站臺屏蔽門之間自動聯(lián)控等五大功能。
據(jù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)介紹，想要實(shí)現(xiàn)列車停準(zhǔn)停穩(wěn)，看似簡單，實(shí)際上設(shè)計(jì)工程非常龐大和嚴(yán)密，當(dāng)車輪發(fā)生空轉(zhuǎn)、滑行時(shí)，會有較大的計(jì)算誤差。
對此問題，國際上曾提出過很多解決方案，例如使用雷達(dá)速度傳感器、GPS系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等。但是，雷達(dá)速度傳感器對安裝和應(yīng)用環(huán)境要求較高，現(xiàn)場故障率較高。GPS系統(tǒng)受限于地理環(huán)境，難以解決地下和隧道環(huán)境的應(yīng)用問題。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)則成本太高，無法工程化。
重重困難下，該系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)借鑒國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，將輪軸速度傳感器和加速度傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，進(jìn)而提高了列車速度計(jì)算精度。該算法能夠有效檢測出車輪是否發(fā)生空轉(zhuǎn)、滑行，而且計(jì)算的列車速度平滑。
最終，高鐵ATO系統(tǒng)在進(jìn)行了9個(gè)月的實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場測試后，保證了列車實(shí)現(xiàn)鐵路要求的±50厘米之間的?？空`差，并且在列車停車時(shí)仍能保證較好的乘客舒適度。
據(jù)悉，這一高鐵ATO系統(tǒng)有助于節(jié)能降耗、緩解司機(jī)勞動強(qiáng)度、提高運(yùn)營效率、增強(qiáng)運(yùn)行的可靠性和安全性。當(dāng)然，高鐵ATO技術(shù)還將進(jìn)一步提高系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)能力，以應(yīng)對更加復(fù)雜的線路、天氣條件、運(yùn)營車輛種類等。此外，隨著高鐵自動駕駛技術(shù)的成熟，未來有望在全國高鐵線路實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。
