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来源：RT轨道交通收集编辑：
近年来，虚拟编组技术（VC, Virtual Coupling，2000年BOCK等人提出，也被翻译为“虚拟耦合”、“虚拟重联”或“虚拟联挂”等）受到了业内关注。本文将从城轨应用的角度进行探讨。既有信号系统均采用绝对制动距离（ABD）原则进行安全防护，而虚拟编组的核心理念是采用相对制动距离（RBD）原则，二者的区别在于后车追踪前车时是否考虑前车的运动状态。ABD原则，认为前车车尾是零速限制点，即后车ATP根据自身的紧急制动保障率减速停车后，确保不会越过该点；而RBD原则认为，如果前车处于运动状态，是不会立即变为静止的，因此，可以对前车按照其最大制动减速度估算其运行轨迹，对后车按照自身的紧急制动保障率估算轨迹，两条轨迹在同一时间点没有相交，就不会发生碰撞，从而保证安全。所以，只要前车处于运动状态，那么采用相对制动距离原则后，列车会比绝对制动距离原则追踪的更紧密。
图1 追踪原理描述
采用虚拟编组方式让列车动起来并非难事，但前提是需要确保任何情况下前车制动不超过给定的“最大制动减速度”，同时后车制动不低于“紧急制动保障率”。这也是20多年来一直困扰虚拟编组技术商业运用的关键因素。在采用绝对制动距离原则时，为保证安全，ATP应过估列车的速度和位置，低估列车的减速度，因此，会按照最小紧急制动保障率计算制动曲线。而采用相对制动距离原则后，ATP计算前车轨迹时应低估其速度和位置，并过估其减速能力。这样，才能确保最不利情况下不会追尾。由于这种考虑安全的过估存在，将使得采用相对制动距离原则后，虚拟编组并不能如机械连挂般实现“零间隔”追踪。采用相对制动距离原则后，前后车间隔缩小，对于异常情况的处理需要谨慎分析。例如雨雪天气引起后车打滑，列车将很难维持足够的减速能力。类似恶劣天气下汽车在高速上的连环追尾，当虚拟编组间隔较短时，追尾的概率必将增大。此外，按照相对制动距离原则，前车不会超过设计的最大减速度，但万一前车发生碰撞、脱轨等事故时，减速度可能会超过设计范畴，后车可能会因为没有足够制动距离产生连环冲撞，加重了损失。另外，除了相对制动距离计算，还需考虑虚拟编组在建立、稳态运行、摘解全过程的安全性。根据虚拟编组列控系统的实现架构，需考虑各子系统之间信息传输延迟，错误指令等带来的危害。如果整个虚拟编组的列车不能在同站台同时服务，后车还需等前车乘降作业完成并发车后才能进站，就会使得相对制动距离原则缩小的车头时距没有意义。所以，我们在此仅探讨虚拟编组列车能在同站台停车的场景。由于虚拟编组列车无法做到“零间隔”，在停车时，需要考虑车门与站台门的对齐问题。国内地铁A型列车两个车门中心的间距为4.56米，通常车门和站台门按照等间隔均匀分布。那么普通长编组列车在站台停车如图2中a）所示，而如果是两短编组列车组成的虚拟编组在站台停车，则如b）所示。为了满足虚拟编组的停车要求，中间至少要空出一扇站台门。此外，还得考虑前后车各自客室门与车端面占用的距离，扣除这段距离后，再看是否满足虚拟编组停车的最小安全间隔，若不满足要求，还得空出更多的站台门无法服务。显然，延长站台会大幅增加线路建设成本。
图2 长编组列车与虚拟编组列车站台停车示意图
如前所述，考虑前后车各自的减速度及测速定位的安全侧差异后，很可能出现前车先停，后车再接近停车的情况。此时，由于前车已静止，ATP计算的相对制动距离原则将“退化”成绝对制动距离原则。根据当前项目采用的列车最小紧急制动保障率，在绝对制动距离原则下，是做不到4~5米间隔停车的。后车只能采用“可碰撞”的方式，将移动授权延伸进入前车，即认为前车尾部能够承受以低于车钩吸能的速度“碰撞”，从而“抬高”移动授权限速值，使得后车能够达到停车点。由于存在这种碰撞的风险，且理论分析和测试表明这种碰撞会导致列车移动几十厘米到一米。那么对于前车，在确认后车已确保停车之前，应禁止开门，避免万一发生碰撞对上下客的乘客造成伤害。所以，前车即便先在站台停准停稳，也不能先开门，只有等后车也停稳不动后，才能同时开门作业，如图3中的c）所示。
图3 虚拟编组列车进站过程
为了考虑安全，这种前车等待后车停稳才允许开门的作业方式，对于运营效率必然有影响。此外，如果前车没停准过标了，需要反向跳跃对标，同样存在碰撞的风险。此时，将变为后车不能开门，得等待前车完成反向对标停稳后再开门。虚拟编组的一个预期应用场景，是在分支段单独运行，在主干线编组运行。经分析，在如图4所示的场景下，存在一个问题很难解决。当前车通过道岔后，后车得等道岔转动并锁闭到位后才能通过。那么此阶段前车应当如何处理？是在区间慢速运行等待后车呢，还是先停车服务？若是先停车，就又存在后车进站时的“可碰撞”问题，不能先开门，或者得先开门再关门，等后车停稳后再开门。所以，前车只能在区间慢速运行，等后车跟上后组成编组再进站，这肯定会影响干线的运营效率。反之，在从干线到分支段运行的场景中，需在岔前解编，前车通过道岔驶向一个分支后，道岔动作。在此期间，后车同样得以道岔作为限制点，以绝对制动距离进行防护，待道岔锁闭到位后才能驶向另一个分支。这同样会导致整个运营延误，具体的延误数值需要根据特定站台和道岔位置进行计算。可想而知，在主干线路已经高密度运行时，以上延误将很难被接受。
图4 虚拟编组列车
因为在其他条件相同时，车长越短，列车到达停车点的距离就越短，整个折返所需的时间也就越短，因此效率越高。对于长编组列车，或者机械连挂列车，编组之间可以认为是“零距离”。而虚拟编组，由于前后车安全间隔的存在，当编组内列车总节数与机械连挂相等时，虚拟编组总长度必然大于机械连挂列车长度。因此，虚拟编组列车的折返效率肯定低于普通长编组列车或者机械连挂列车。采用相对制动距离原则进行间隔防护后，虚拟编组技术的确能缩短列车追踪间隔。然而，影响城市轨道交通效率的关键是站台服务和折返时间，虚拟编组对于这方面帮助不大，还会引入新的问题，甚至对线路土建带来影响。这些问题，需要相关技术进一步发展才能解决。
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