列车自动驾驶系统 2分解

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5、列车自动驾驶系统基本原理
• 1．列车自动驾驶 • ATO系统存储了轨道布局和坡度信息，能够优化列车 控制命令，保证列车在ATP监督下按照最大允许速度运 行。 ATO通过地面ATP设备传来的编码确定前方空闲轨道 电路数目或前行列车位置，根据本次列车位置，列车在 综合考虑安全因素的前提下可尽量全速行驶至本次列车 的停车点。 ATO系统的自动驾驶功能是通过ATO车载 设备控制列车牵引和制动系统实现的。所需的ATP数据 包括：从ATP轨旁单元接收到的全部ATP运行命令、测 速单元提供的当前列车位置和实际速度信息、位置识别 和定位系统的信息、列车长度、ATS通过ATP轨旁单元 发送的出站命令和达到下一车站的计划时间。
2、列车自动驾驶系统设备组成
列车自动驾驶系统是非故障-安全系统，由车 载设备和地面设备组成。 1．列 车自动驾驶系统车载设备 • 列车自动驾驶系统车载设备包括车载ATO 模块、ATO车载天线、人机界面。
• (1)车载ATO模块 车载ATO模块是列车自动驾驶系统的核 心组成部分，它包含硬件和软件两部分。车载ATO模块从 车载ATP子系统获得必要的信息，如列车运行速度和列车 位置等，车载ATO模块软件对这些数据进行实时处理，计 算出列车当前所需的牵引力或制动力，向列车发出请求， 列车牵引或制动系统收到请求指令后，对列车施加牵引或 制动，对列车进行实时控制。 车载ATO模块与列车的牵引 和制动系统相互作用，实现列车在站台区精确对位停车。
2．车门控制和停站
• 车载ATO系统通过轨旁通信环线从轨旁ATC系统接收到传送 给车辆的开门指令，通过要求车载ATP系统开启车门来启动开 门程序。驾驶员按下开门按钮打开车门。 轨旁ATC系统累计停站时间。在正常情况下，停站时间结束 后轨旁ATC系统会传送一个关门命令。车载ATO系统接收到命 令后及时励磁关门列车线。驾驶员按下关门按钮关门。 当从本地或中心接收到指令时，轨旁ATC系统会向车辆传送 一个停放制动命令。在这种情况下，车载ATO系统通过从车地 通信子系统传来的命令控制车门开闭，但在相应的停放制动缓 解以及从轨旁接收到命令之前不允许列车从该站发车。 车载ATO系统通过车地通信子系统向轨旁传送车门状态。
ATP车载设备接口
ATO工作原理图
• (2)ATO车载天线 列车自动驾驶系统的车载模块与地 面设备之间的信息交换是通过ATO车载天线来完成， 以实现列车自动驾驶系统与列车自动监控系统(ATS)之 间的信息交换。 • ATO车载天线一般安装在列车第一列编组的车体下， 它接收来自列车自动监控系统的信息，同时向列车自 动监控系统发送有关的列车状态信息。这些信息一般 包括以下内容：
• ①从列车向地面发送的信息。列车自动驾驶系统车载模 块通过ATO车载天线向地面列车自动监控系统发送的信 息有列车识别号信息，该列车识别号信息包括了列车的 车组号、车次号、目的地编码等内容；列车向地面发送 的信息还有列车运行方向、列车车门状态、车轮磨损指 示、列车车轮打滑和空转、车载ATO模块状态和报警信 息等。 ②从地面向列车ATO车载设备发送的信息。从地 面向列车ATO车载设备发送的信息有列车开关门命令、 列车车次号确认、列车测试指令、门循环测试、主时钟 参考信号、跳停／扣车指令和列车运行等级等。
• 图9一l中列车在ATO模式下，其实际运行速度曲线在 ATP限制速度曲线以下，在一个较小的速度范围内波动， 使得列车以接近ATP限制速度运行，最有效提高列车运 行效率，降低列车能耗，减少列车在牵引、惰行和制动 状态之间的不断切换次数，有效提高乘客的舒适度。
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惰行可以有效降低地铁列车能耗,通过选择合适的惰行点 可以实现列车的节能运行。建立了定时约束条件下列车 节能运行惰行控制优化模型,将模型求解的遗传算法嵌入 到城市列车运行计算系统中,实现了给定线路条件下站间 最佳惰行点的自动计算。
1．车站发车
• 当准备在ATO模式下运行时，ATP通过通信天线接收到 关门命令，ATP点亮状态显示单元上的停站时间结束指 示灯。如果门是人工操作，驾驶员必须关好车门(否则， ATP将不允许发车)。门一旦关好，驾驶员必须按压并 释放发车按钮来让列车出发运行到下一车站。 • 在车站停车结束之后，驾驶员必须关好车门再按压并 释放发车按钮以继续运行到下一车站。一旦发车按钮被 按压，ATP发给ATO一个控制速度。
4、列车自动驾驶系统基本操作
• 在驾驶室内，列车的状态显示单元上，有“ATO模式指示灯”。 驾驶员将列车驾驶模式选择开关置于ATO挡位，系统正常运行 情况下，ATO模式指示灯会点亮。列车在车站完成停站，关好 车门后，根据系统的设置，驾驶员可以按“发车按钮”或直接 由系统自动发车，列车自动驾驶系统对列车进行控制，自动运 行到下一运营车站。 • 列车在自动驾驶模式下运行，列车驾驶员需要观察列车的运 行状态，如果出现列车控制系统故障情况，需及时采取措施， 如按压紧急停车按钮，使列车及时停止运行以排除故障，保证 运营安全。
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(3)人机界面 列车驾驶员通过人机界面可以将列车运 行的模式选择为“ATO”，起动列车在ATO模式下运行。
2．列车自动驾驶系统地面设备 •
列车自动驾驶系统地面设备由地面信息接收发送设备和 轨道环线组成。这些地面设备接收来自列车ATO车载天 线所发送的信息，并把ATS有关信息通过轨道环线发送 到线路上，
3．车站精确停车
• 车站精确停车是列车自动驾驶系统非常重要的功能，它实现列 车在车站站台区精确对位停靠，可以有效提高列车运营效率， 有利于引导乘客上下车。 列车实现车站精确停车，需要列车自动驾驶车载模块与列车的 牵引系统和制动系统共同参与，相互配合。在列车接近站台时， 列车自动驾驶车载模块实时对列车的速度进行采集和 比较，并及时向列车的牵引系统和制动系统发出控制指令，实 现对列车速度的实时控制，追踪实现列车精确停车。 列车实现车站精确停车，可以在站台区安装轨道环线，提高 停车的精度。列车在站台精确停车，有利于在车站站台设置屏 蔽门或安全门，保障乘客安全候车。
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3．折返
• 在运营终点车站，当驾驶员按下发车按钮，ATO将自动 地驱动列车进入折返轨并在折返点执行精确停车。驾驶 员必须关闭本端驾驶室的钥匙(司控器)，并启动离去端 的驾驶室，打开司控器开关，建立ATO模式。轨旁进路 开放后，驾驶员按下发车按钮，ATO将驱动列车进入第 一个运营车站并精确停车。
AR（自动折返Automatic return) SM(supervision management受监控的人工模式)
5．执行跳停和扣车功能
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(1)跳停 跳停作业是指在线路上运营的列车，在某一
指定车站不停车，而以规定的速度通过该车站。列车自 动驾驶系统收到来自列车自动监控系统ATS发出的跳停 指令后，完成跳停作业。
• 列车自动驾驶系统对列车进行控制，使得列车驾驶处于最佳的 运行状态，列车运行更加平稳，可以有效提高运营效率，降低 列车运行能耗。 • 列车自动驾驶系统在站台可以精确对位停车，为乘客上下 车提供便捷的条件，列车在站台精确停车为站台加装安全门或 屏蔽门提供了有利的条件。
轨道电路信 息 人接 机界面 应 （ D答 器 信 收 STM MI ） 息接 ATP 车 收 BT 载 M 设 备
• 列车自动驾驶系统车载设备根据列车运行计划，以及列车的运 行速度、当前线路限速和目标速度等信息，实时计算列车达到 目标速度值所需要的牵引力或制动力的大小，通过列车接口电 路，由列车的牵引系统或制动系统完成对列车进行加速或减速 作业。
• 列车自动驾驶系统实现列车自动驾驶，它需要列车自动防护系 统ATP和列车自动监控系统ATS提供支持。列车自动防护系统 向列车自动驾驶系统提供列车的运行速度、线路允许速度、限 速和目标速度，以及列车所处位置等基本信息；列车自动监控 系统向列车自动驾驶系统提供列车运行作业和计划。 • 列车自动驾驶系统取代驾驶员人工驾驶，实现列车自动驾驶， 有效地提高了列车的运营效率，降低了驾驶员的劳动强度，是 城市轨道交通运营作业自动化的重要体现。
4．跳停
• 车载ATO系统从轨旁ATC系统接收跳停指令。跳停指 令通常应在被跳停站的前一站或更早收到。车地通信子 系统还能够在完成计划停站之前告知列车中央ATC已经 发出了一个跳停该车站的命令。在被跳停车站，车载 ATO系统也能接收并响应轨旁产生的跳停指令。 如果在车站停车过程中收到跳停该车站的命令， ATO将会点亮状态显示单元上的跳停指示灯来告知驾驶 员列车不能在站台停车。在这种情况下，列车继续以 ATP控制速度进行速度调节。跳停命令可以在跳停的车 站之前的任何有轨旁通信环线的车站取消。但是，一旦 列车处于要跳停的车站的环线内时，跳停本站的命令就 不能取消。
1)与ATP有效的通信(即无连接故障)；在自动驾驶模式下，
必须具备下列条件，列车才能从车站出发： 2)有效的目的地ID；
• 3)有效的轨道电路ID(来自ATP)；
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4)有效的驾驶员ID：
5)非零速限制(来自ATP)； 6)有效的车辆方向——东／西(来自ATP)； 7)在出发测试期间没有检测到故障； 8)列车必须位于车站轨道电路、折返轨道电路、车辆段 转换轨电路或试车线。
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4．列车自动折返
• 列车在ATO运行模式下，可以实现在运营线路两端实现 列车自动折返作业，控制列车回到下一个运营作业的站 台区。
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在这种驾驶模式下无需驾驶员控制列车，而且列车上 的全部控制台被锁闭。接到自动折返运行许可后自动进 入AR模式，驾驶员通过驾驶室MMI的显示确认得到授 权。只有按下站台的AR按钮后，才实施列车自动折返运 行。ATC轨旁设备提供所需的数据以控制列车进入折返 轨，列车运行至出发站台后，ATC车载设备自动退出AR 模式。
2．列车区间运行速度控制
• 列车自动驾驶系统车载模块接收到从车载ATP发出的列 车速度控制指令后，它向列车的牵引系统或制动系统发 出请求，以施加牵引力将列车加速到控制速度，或施加 制动力使列车减速至规定值，保存列车的运行速度在一 个速度控制窗口内，如图9一l所示。
图9—1列车自动驾驶模式下的速度距离曲线
• 由列车ATO车载设备进行接收和处理。
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地面信息接收发送设备的谐调控制部分安装在信号设 备室内，轨道环线安装在线路上。
列车自动运（ATO） 地面系统
ATO数据环路接口柜
ATO车站环路接口柜
3、列车自动驾驶系统基本功能
• 列车自动驾驶系统基本功能包括列车车站发车控制、列 车区间运行控制、列车精确停站、列车自动折返、跳停 和扣车等。
理论内容：
• • • • • 列车自动驾驶系统概述 列车自动驾驶系统设备组成 列车自动驾驶系统基本功能 列车自动驾驶系统基本操作 列车自动驾驶系统基本原理
1、列车自动驾驶系统概述
• 人工驾驶列车运行时，列车驾驶员操纵列车驾驶手柄，控制 列车运行，实现列车加速、减速和停车。列车自动驾驶系统， 即ATO系统，主要实现“地对车控制”，实现正常情况下高 质量的自动驾驶，提高列车运行效率，提高列车运行舒适度， 节省能源。与ATP系统为列车运行提供安全保障相比，ATO 是提高城市轨道交通列车运行水平的技术措施。列车自动驾 驶系统车载设备根据列车运行计划，以及列车的运行速度、 当前线路限速和目标速度等信息，实时计算列车达到目标速 度值所需要的牵引力或制动力的大小，通过列车接口电路， 由列车的牵引系统或制动系统完成对列车进行加速或减速作 业。
• (2)扣车 扣车作业是指列车在某站台停靠，不允许列 车继续运行。列车自动驾驶系统收到来自列车自动wenku.baidu.com控 系统ATS发出的扣车指令后，完成扣车作业。
6．控制车门 •
由ATP系统监督开门条件，当ATP系统给出开门命令 时，可以按照事先设定由ATO系统自动打开车门，也可 由驾驶员手动打开正确一侧的车门。车门的关闭只能由 驾驶员完成。 车门打开功能的输入来自ATP功能的车门释放、运行 方向和打开车门数据，以及来自ATS的目的地号。当列 车空车运行时，从ATS接收到的指定目的地号阻止车门 的打开。
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1．车站发车控制功能
列车在ATO模式下运行时，列车驾驶员按压发车按钮 起动列车运行，ATO根据列车自动防护系统ATP发送的 控制速度和列车自动监控系统ATS发送的运行等级，自 动运行到下一车站。
ATO系统
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在ATO自动模式下，必须具备一定的条件，列车才能从 车站出发，这些条件包括：
• ①ATO模块与ATP模块通信正常； • ②列车运行目的地代码有效； • ③有效的驾驶员代码； • ④在出发测试期间没有检测到故障； • ⑤列车所处的轨道电路，能够建立ATO模式； • ⑥其他必要的信息。