基于ATO控车策略优化的地铁列车牵引节能技术研究与实践

　　摘要：为响应国家“双碳”战略及轨道交通行业节能降耗要求，南宁轨道交通运营有限公司针对地铁列车牵引能耗偏高的问题，通过对信号系统ATO控车策略进行创新性优化，在保证旅行速度、准点率和舒适度的前提下，显著提升列车惰行比例，实现了牵引能耗的大幅降低。本文详细阐述了该技术的优化原理、实施过程及应用成效。实践表明，4号线每公里牵引能耗下降10%，年节约电费216万元;5号线能耗下降17.6%，年节约电费360万元。该技术方案无需新增硬件设备，具有投资回报率高、可复制性强等特点，为轨道交通行业提供了一条高性价比的绿色发展路径。

　　关键词：轨道交通;ATO控车策略;牵引能耗;惰行控制;节能技术

　　Research and Practice on Traction Energy-Saving Technology for Subway Trains Based on ATO Control Strategy Optimization

　　Pang Junzhong¹, Song Zhe¹, Huang Zuning¹, Li Jingxian¹, Huang Junlin¹, Huang Rui¹, Liu Huan¹, Liang Caiguo², Yi Chaoze², Huang Zexin², Xie Shiheng²

　　(1. Nanning Rail Transit Operation Co., Ltd., Nanning 530022, China;

　　2. Shenzhen Traffic Control Technology Co., Ltd., Shenzhen 518033, China)

　　Abstract:In response to the national "dual carbon" strategy and the energy conservation and consumption reduction requirements of the rail transit industry, Nanning Rail Transit Operation Co., Ltd. has innovatively optimized the ATO control strategy of the signaling system to address the issue of high traction energy consumption of subway trains. Under the premise of ensuring travel speed, punctuality rate, and ride comfort, the proportion of train coasting has been significantly increased, achieving a substantial reduction in traction energy consumption. This paper elaborates on the optimization principles, implementation process, and application effectiveness of this technology. Practice shows that traction energy consumption per kilometer on Line 4 decreased by 10%, saving 2.16 million yuan in annual electricity costs; on Line 5, energy consumption decreased by 17.6%, saving 3.6 million yuan in annual electricity costs. This technical solution requires no additional hardware equipment and features high return on investment and strong replicability, providing a cost-effective green development path for the rail transit industry.

　　Keywords:rail transit; ATO control strategy; traction energy consumption; coasting control; energy-saving technology

　　随着我国城市化进程加快，城市轨道交通已成为大中城市公共交通的骨干力量。截至2026年3月，全国已有54个城市开通城市轨道交通，运营里程达11778.2公里。然而，轨道交通系统也是城市中的“用电大户”，其运营能耗尤其是列车牵引能耗居高不下，成为制约行业绿色可持续发展的关键问题。

　　在“双碳”战略背景下，交通运输领域对节能降耗提出了明确要求。如何在保障运营安全和效率的前提下，深挖节能潜力、降低运营成本，成为轨道交通运营企业的重要课题。南宁轨道交通运营有限公司通过优化既有信号系统的控车算法，在不增加硬件投入的情况下实现显著节能，为行业提供了有益借鉴。

　　1 问题分析与技术原理

　　1.1 传统ATO控车模式的能耗痛点

　　城市地铁列车普遍采用列车自动运行系统(ATO)实现自动驾驶。传统ATO控车策略以“安全、准点、舒适”为核心目标，要求列车紧贴目标速度运行，以最大限度保障旅行速度。这种控制模式存在以下能耗问题：

　　1)牵引频繁：列车需频繁进行牵引-惰行切换以跟随速度码，每次牵引均伴随较大电能消耗;

　　2)制动能量浪费：制动率设置较低，制动过程较长，既影响运行效率，又压缩了惰行时间和距离;

　　3)巡航阶段缺乏节能优化：恒速巡航时倾向于通过微小牵引维持速度，未能充分利用列车惯性进行长距离惰行。

　　1.2 节能优化的核心原理

　　本研究提出基于多目标优化的ATO控车策略改进方案，核心原理包括：

　　1)牵引阶段优化：在保证启动舒适度的前提下，适当加大启动牵引力，使列车一次性加速至目标速度，减少中间牵引次数;

　　2)巡航阶段惰行控制：设置区间运行最大速度作为巡航目标，引入惰行速度阈值，当列车速度未低于阈值时不施加牵引，最大化惰行比例;

　　3)制动阶段效率提升：将目标制动率由0.54m/s²提升至0.7m/s²，缩短进站制动过程，为区间惰行创造更多时间和空间，形成“高效率制动-长距离惰行”的良性循环。

　　2 实施方案与技术路径

　　2.1 关键技术参数调整

　　本研究在南宁轨道交通5号线率先实施，具体调整参数如下：

　　表1 优化前后参数对比

优化维度	优化前参数	优化后参数	优化效果
牵引触发阈值	紧贴速度码	低于目标速度1km/h	增加惰行区间
低等级运行目标速度	较高	设置7.5km/h惰行带宽	延长惰行时间
目标制动率	0.54m/s²	0.7m/s²	缩短制动过程

　　2.2 实施过程

　　信号专业技术人员基于4、5号线列车牵引能耗历史数据，运用数据挖掘技术分析能耗特征与行车策略的关联性，完成节能控车算法的理论研究和仿真验证。选择5号线作为国内首条试点线路，完成信号系统软件升级，通过为期两个月的正线测试验证节能效果与系统稳定性，并对运行参数进行精细调优。随后将成熟方案移植至4号线，配合新版运行图上线，实现节能策略与运营计划的深度融合。

　　2.3 协同机制

　　项目成功实施得益于多专业高效协同：信号专业主导算法研发与软件升级;车辆专业通过列车网络控制系统提供实时能耗数据，形成闭环验证;调度部门配合运行图调整，确保节能策略与日常运营无缝衔接。

　　3 实施成效分析

　　3.1 能耗指标对比

　　优化后4、5号线牵引能耗显著下降：

　　表24、5号线优化前后能耗及电费对比

线路	指标	优化前	优化后	降幅	年节约电费
4号线	每公里牵引能耗	12.83kW·h	11.515kW·h	10.0%	216万元
5号线	每公里牵引能耗	14.09kW·h	11.645kW·h	17.6%	360万元

　　5号线作为首条试点线路，节能效果较为显著;4号线在复制推广中同样取得良好成效，验证了技术的普适性。

　　3.2 综合效益评估

　　1)经济效益：项目以“零硬件投入”实现电客车年度总牵引能耗降低804万kW·h，降低率达14%，年节约电费约576万元，形成全生命周期持续性收益;

　　2)技术效益：成功培养了一支高水平技术团队，实现了从“运维执行”到“技术创新”的能力升级;4号线从改造到效果全面显现仅用时约2个月，证明了技术方案的高度可复制性;

　　3)环境效益：项目年减少碳排放约431万千克，相当于种植23.6万棵树木，显著提升了企业ESG表现，塑造了“绿色地铁”品牌形象。

　　4 创新性与理论贡献

　　4.1 技术创新

　　本研究在国内首次运用多目标(停车精度、准点率、舒适度、能耗)优化方法，为列车自动驾驶生成理想运行曲线。在此基础上，通过设计双自由度鲁棒控制器，实现了列车对理想曲线的高精度动态跟踪。高精度跟踪减少了不必要的牵引及制动调整，在保障运营指标的前提下最大化区间惰行距离，实现显著节能。

　　4.2 理论贡献

　　提出并验证“深度节能可作为信号系统第四大核心价值”的观点，拓展了传统信号系统以“安全、可靠、高效”为核心的功能边界;

　　建立了基于多目标优化的ATO控车参数调整方法，为行业提供可量化、可复制的节能技术路径;

　　通过惰行阈值、制动率等关键参数的精细化调优实践，丰富了列车运行曲线优化的理论体系。

　　5 推广价值与展望

　　5.1 推广空间

　　1)面向既有线的复制推广：可根据不同线路的平纵断面、车辆特性、客流特征进行参数适配，无需硬件投入即可实现节能优化;

　　2)面向新线的规划设计：将优化方案形成标准化技术规范，应用于新线设计初期，从源头实现节能高效运行;

　　3)面向行业的推广应用：以“零硬件成本、显著节能效果”为核心优势，在保证舒适度的前提下实现明显节能，具有广阔的行业推广前景。

　　5.2 未来研究方向

　　1)智能自适应控制：探索基于人工智能的智能自适应节能控制，研究列车如何根据不同客流、车型、天气条件自动调整控车策略;

　　2)多列车协同节能：在单车节能优化基础上，研究多列车运行协同优化策略，通过车-车通信和车-地通信优化全线列车运行图，减少再生制动能量浪费;

　　3)数据驱动的持续优化：建立列车运行能耗大数据平台，运用机器学习算法持续挖掘节能潜力，形成“监测-分析-优化-评估”的闭环迭代机制。

　　6 结语

　　南宁轨道交通基于ATO控车策略优化的牵引节能技术实践，以“零硬件投入”实现显著节能降耗成效，为轨道交通行业提供了一条高性价比、可快速复制的绿色发展路径。该案例证明，在既有技术条件下，通过深挖信号系统算法潜力同样可以实现显著节能目标。这不仅为运营企业创造了可观的经济效益，也为行业探索内涵式增长、推动绿色转型提供了有益借鉴。未来，随着人工智能、大数据等技术与轨道交通的深度融合，列车运行节能控制将向更智能、更精细的方向发展，为实现“双碳”目标贡献更大力量。

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　　作者简介：

　　第一作者简介：庞钧中(1996年)，男，工程师，本科，主要研究城市轨道交通信号，单位：南宁轨道交通运营有限公司

　　第二作者简介：宋哲(1987年)，男，高级工程师，本科，主要研究城市轨道交通信号，单位：南宁轨道交通运营有限公司，电话：15778090978;

　　第三作者简介：黄祖宁(1989年)，男，高级工程师，本科，主要研究城市轨道交通信号，单位：南宁轨道交通运营有限公司，电话：18077793880;

　　第四作者简介：黎婧娴：女，高级工程师，本科，主要研究方向城市轨道交通信号，单位：南宁轨道交通运营有限公司，电话：18077796288;

　　第五作者简介：黄俊霖：男，工程师，本科，主要研究方向城市轨道交通信号，单位：南宁轨道交通运营有限公司，电话：15277361501;

　　第六作者简介：黄芮：女，高级工程师，本科，主要研究方向城市轨道交通信号，单位：南宁轨道交通运营有限公司，电话：13807887751;

　　第七作者简介：刘桓：男，工程师，本科，主要研究方向城市轨道交通信号，单位：南宁轨道交通运营有限公司，电话：18810026067;

　　第八作者简介：梁材国(1985年)，男，工程师，本科，主要研究城市轨道交通信号，单位：深圳交控科技有限公司，电话：13827427327;

　　第九作者简介：易超泽(1992年)，男，工程师，本科，主要研究城市轨道交通信号，单位：深圳交控科技有限公司，电话：13824379346;

　　第十作者简介：黄泽鑫(1987年)，男，工程师，本科，主要研究城市轨道交通信号，单位：深圳交控科技有限公司，电话：19966770618;

　　第十一作者简介：谢世恒(1994年)，男，工程师，大专，主要研究城市轨道交通信号，单位：深圳交控科技有限公司，电话：18589919395。