地铁列车自动驾驶系统分析与设计

文章编号:100021506(2002)0320036204

地铁列车自动驾驶系统分析与设计

黄良骥,唐　涛

(北方交通大学电子信息工程学院,北京100044)

摘　要:对地铁列车自动驾驶系统进行分析,并对列车自动驾驶系统的车载设备进行设计.

关键词:列车自动控制系统;列车自动驾驶系统;自动控制

中图分类号:U284.48 文献标识码:B

System Analysis and Design of Autom atic T rain

Operation on Metro

HUA N G L iang-ji ,TA N G Tao

(College of Electronics and Information Engineering ,Northern Jiaotong University ,Beijing 100044,China )

Abstract :In this paper ,the existing metro Automatic Train Operation (A TO )systems have been

analyzed in China and the design of an onboard A TO system is proposed.

K ey w ords :Automatic Train Control (A TC );Automatic Train Operation (A TO );Automatic Con 2

trol

对于城市轨道交通系统高效率高密度的要求来说,列车自动控制系统(A TC )是必不可少的.A TC 系统包括:列车超速防护子系统(A TP :Automatic Train Protection )、列车自动驾驶子系统(A TO :Automatic Train Operation )、列车自动监控子系统(A TS :Automatic Train Supervision ).

A TS 子系统可以实现对列车运行的监督和控制,辅助行车调度人员对全线列车运行进行管理.A TP 子系统则根据地面传递的信息计算出列车运行的允许安全速度,保证列车间隔,实现超速防护.A TO 子系统根据A TS 提供的信息,在A TP 正常工作的基础上,实现最优驾驶,提高舒适度、降低能耗、减少磨损.

国外已研制了适用于高密度城市轨道交通的列车自动驾驶系统,并在城市轨道交通系统中广泛应用.我国在此项技术上研究较少,20世纪80年代以来,北京地铁、上海地铁、广州地铁均以巨额代价引进了国外的设备,近年来,为缓解市内交通紧张、减少空气污染发挥巨大作用.地铁的发展建设受到国家及各大中城市的普遍重视,许多城市的地铁正在设计建设,为降低地铁投资,迫切需要国内研究具有自主产权的适于城市轨道交通的列车自动驾驶设备.

1　ATO 系统分析

1.1　AT O 工作原理[1,2]

A TO 子系统能保证运行时间与定点停车,还能提高运行效率,提高舒适度,减少能耗.但作为A TC 的一个子系统,它的功能是要依靠A TC 各子系统协调工作共同完成的,缺少A TP 与A TS 子系统,A TO 将无法正常工作.

从运行中所起作用来说,A TO 主要实现驾驶列车的功能,能进行车速的正常调整,给旅客传送信息,进行车门的开关作业,但这只是执行操作命令,不能确保安全,这就需要A TP 来进行防护.A TP 起监督功

收稿日期:2001209218作者简介:黄良骥(1978—

),男,广东普宁人,硕士生.em ail :hliangji @ 第26卷第3期2002年6月 北　方　交　通　大　学　学　报JOURNAL OF NORTHERN J IAO TON G UN IV ERSIT Y Vol.26No.3J un.2002

图1　三种制动曲线

能,对不符合安全的情况给予防护,保证列车不超速,车门不误动.由

此可见A TP 系统是列车运行时必不可少的安全保障,A TO 系统则

是提高城市轨道交通列车运行水平(准点、平稳、节能)的技术措施.

在任何时候,只要A TP 系统正常的话,就应让其执行防护工作,以确

保行车安全.

如图1,从A TP 与A TO 两子系统的三条制动曲线,也可明显地

看出:A TP 主要负责“超速防护”,起保障安全的作用,A TO 主要负责正常情况下的列车高质量地运行.其中,曲线1表示列车的紧急制动曲线,由A TP 系统计算及监督.曲线2表示由A TP 系统计算,在驾驶室显示出来的最大允许速度,它略低于紧急制动曲线.当列车速度达到曲线2,应给出告警.曲线3是由A TO 系统动态计算的制动曲线,也即正常运行情况下的停车制动曲线.

由于地铁列车的运行密度越来越大,安全性要求越来越高,所以要求有A TS 系统,以使列车按照设计好的时刻表准确有序地运行,并监视列车运行状态实现智能调度.

A TS 设在地铁线路中较大的车站,控制中心与各站连锁设备间的联系由遥控系统来完成.A TO 从A TS 处得到列车运行任务命令,信息是与地面线路信息一起组成报文,通过轨道电路传送,由车载A TP 统一接收.A TP 将处理过后的对A TO 有用的信息传给A TO ,并显示相关信息,且不断地监视A TO 的工作.A TO 获得有用信息后,并根据实际运行速度和A TP 的最大允许速度,计算运行速度,得出控制量并执行控制命令.巡航/惰行模块由独立的控制器来辅助完成.定点停车采用站内交叉环线实现.到站后A TO 通过列车位置识别系统(PTI )的天线向地面发送列车信息,并传到A TS ,以便识别列车的位置.A TS 根据此列车信息确定列车的新任务后再次通过轨道电路传送给A TO.在区间运行时,每进入新的轨道区段,A TO 便接收新的地面信息,以便进行速度调整.在运行过程符合A TO 条件时,允许灵活地切换到A TO 模式.A TO 的工作原理图如图

2.

图2　AT O 工作原理图

1.2　AT O 车载设备功能模块

A TO 功能模块图如图3,其车载设备能完成的功能有:

(1)从驾驶室中接收司机输入信息.列车到站定点停稳后,司机输入司机号、列车号、目标站号并传给A TO ,以便与地面通信.

(2)从A TP 处获得信息.这信息包括轨道电路传来的经A TP 处理过的DA T-A TO 信息和一些实时检测到的过程数据.DA T-A TO 包括车门控制(右门、左门、左右门)、到达下一站的运行时间、车站号、车次号、目标站号、轨道电路号.过程数据包括列车走过的距离、列车速度和区间调整的信息.

(3)给出操纵变量.经A TO 计算出的操纵变量(牵引、制动力值,运行/制动命令)传送到车辆接口,进行速度控制.

(4)车门控制.在车站停车后,经A TP 检查开门条件后,A TO 给出开门信息(左门、右门、左右门).(5)向地面发送信息.列车停稳的同时,A TO 还向车载PTI 传送PTI 数据,以便与地面进行通信.(6)A TO 能提供乘客信息.A TO 在到站前和出发前均可给出乘客信息,包括目的地、运行方向等信

7

3第3期 黄良骥等:地铁列车自动驾驶系统分析与设计