卡斯柯车载信号系统(CC)

厦门一号线的信号系统
Urbalis888设备，主要由以下子系统组成： ➢ ATS 子系统； ➢ ATP/ATO 子系统；
➢ 计算机联锁（CBI ）子系统； ➢ 信号集中监测子系统； ➢ 数据通信（DCS ）子系统。

其整体结构如下：
CC
CC
图1.1.1 Urbailis888线路总体结构
车载的CBTC 网络是冗余的，分别用蓝色和红色画出。

它由两个车载控制器、两个司机显示单元、两个调制解调器（每端安装两个无线DCS 天线）、两套编码里程计和两个信标天线以及信号相关按钮和指示灯等组成。

DL
编码里程计 Ethernet Network
DL DCS
modem
desk
desk
CORE
CAB1
CAB2
VIOM VIOM Repeater
Switch Switch
Switch
Switch CORE
DCS modem Repeater
Repeater Repeater
编码里程计2 个DCS 天线
图1.1.2 车载结构
第一节车载信号设备功能介绍
车载ATP/ATO设备的具体功能介绍如下：
一、ATO的功能：
列车自动驾驶(ATO)子系统可以驾驶列车，根据OCC的调整命令并考虑所有最严格的速度限制，向车辆发送牵引和制动命令。

ATO子系统可以平稳的驾驶列车以确保乘客的舒适度。

(一)驾驶模式转换
驾驶模式间的转换符合安全、高效、操作简单的原则，人机界面友好、可操作性强，确保驾驶模式转换时列车运行的安全。

(二)自动驾驶功能
1自动驾驶
列车自动驾驶是ATO的主要功能，ATO生成速度控制命令并发送到列车的牵引和制动系统。

此功能可以确保：
➢与ATS和ATP子系统结合，高效经济地实现列车自动驾驶、自动折返。

➢在车站和折返线精确平稳停车；
➢在ATP的保护下，根据ATS的指令实现对列车的自动驾驶，自动完成对列车的站台精确停车、开启和关闭车门及屏蔽门、离站启动、牵引、惰行以及制动的合理控制，
并确保达到设计间隔及旅行速度。

➢ATO驾驶的列车在线路上（特别是上坡、下坡、变坡点）运行将避免不必要的牵引变换，使列车运行保持平稳，保证乘客的舒适度。

➢根据列车前方的安全约束点控制列车运行。

➢采用有效的技术措施实现列车在车站的定点精确停车。

ATO自动驾驶时的车站停车精度误差满足停车精度指标要求。

ATO子系统可使列车在折返线和存车线实现定位停车。

➢列车最高ATO推荐速度值与土建限速（任何情况下不允许超过的限速值）之差不大于8km/h。

2车门/屏蔽门（安全门）管理
该功能旨当列车完全停靠在站台区且满足停车精度要求的条件下，ATO系统给出对应车门和屏蔽门的开门信号。

当列车停站接近发车时间，ATO系统给出关门信号；一旦获得车门和屏蔽门关闭信号，在ATP的允许下，ATO系统人工启动列车运行。

ATO在车站进行车门管理。

其原理是，当ATP检测到列车已停稳且位置正确后，授权ATO 将站台侧的车门打开。

ATO随后将指令发送给车辆，然后打开站台侧的车门。

当列车以自动驾驶模式在车站停车时，如果门模式开关（DMS）没有在“人工”位置上，开门由ATO在ATP的监控下自动控制。

一旦检测到列车停靠正确，且满足所有其他安全条件，ATP子系统将向ATO子系统发出车门开门操作的授权。

根据“门模式开关”的位置，有以下3种开关门方式：
➢当门模式开关在“自动”位，ATO向车辆发送车门开门命令并在DMI上向司机显示“车
门开门”信息，停站时间结束后，ATO向车辆发送关门命令，并在DMI上向司机显示“车
门关门”信息。

当检测到车门关闭并锁定，则ATP授权列车可以发车（在授权任何列
车运行之前对车门状态的安全控制），司机按压“发车”按钮后发车；
➢当门模式开关在“半自动”位，ATO向车辆发送车门开门命令，停站时间结束后，ATO 通过DMI显示指示司机关闭车门。

司机则按压“车门关门”按钮，向车辆发送车门关门
命令。

当检测到车门关闭并锁定，则ATP授权列车可以发车（在授权任何列车运行之
前对车门状态的安全控制），司机按压“发车”按钮后发车；
➢当门模式开关在“手动”位，司机手动打开车门，停站时间结束后，ATO通过DMI显示指示司机关闭车门。

司机按压“关门”按钮，向车辆发送车门关门命令。

当检测到车门
关闭并锁定，则ATP授权列车可以发车（在授权任何列车运行之前对车门状态的安全
控制），司机按压“发车”按钮后发车。

开左门或开右门符合站台的位置和运行方向。

3调整功能
ATO子系统是自动控制列车运行的设备。

在ATP子系统的安全保护下，根据ATS子系统的指令，实现列车的自动驾驶和列车在区间运行的自动调整功能，确保达到要求的设计间隔及旅行速度，并实现列车的节能运行控制等。

(1)发车
停靠在车站的列车ATO子系统通过连续车地通信接收其发车时间。

对于列车的发车，由司机负责在ATP模式下启动列车；或在ATO模式下按压ATO启动按钮。

停站时间到后（或如果要求立即发车，并在收到发车时间后），ATO系统在DMI上显示“列车发车”信息以提示司机。

这在收到自ATP系统发送的所有车门关闭并锁闭的安全信息后才具备条件，即ATP授权发车。

若ATO子系统未收到发车调整时间命令，司机仍可在ATP模式下启动列车，或可在ATO 模式下按压ATO启动按钮，并在ATP的授权下在车站发车。

列车在站时，ATO模式下发车必须由司机按压ATO启动按钮至列车开始移动，防止列车在车站的自动启动。

当列车在站间，由于前方的防护点为限制状态，ATO控制列车停车，当前方防护点变为允许状态时，ATO模式下发车必须由司机按压ATO启动按钮至列车开始移动。

(2)区间运行时间
ATO自动驾驶列车功能充分考虑ATP安全限制（授权移动终点EOA，限制信号机，限速）、乘客舒适度及调整约束，以计算出一个满足上述所有要求的运行曲线。

在车站发车时，ATO也可以从多个运行曲线中选择一个完全匹配发车和到站时间要求的运行曲线。

这些运行曲线包括全速运行曲线，中间运行曲线，非全速运行曲线。

区间设置CKP，区间走行时分更精确。

在站间运行时，如果安全限制状态被更新，ATO将立刻调整以遵守ATP能量控制的限制。

对于请求的列车运行，如果ATO认为有足够的移动授权（在站间运行期间，站间的约束点
为开放状态），则ATO 应确保按要求的到达时间准时到站。

如果约束点的状态在列车站间运行期间发生变化，虽然ATO 将始终试图按照其速度曲线运行以求准点到站，但站间运行时间完全取决于这些约束点的变化。

如果列车在站间运行时，接收到更新的调整命令，则ATO 将确保此更新符合列车牵引/制动能力，乘客舒适度要求和目标距离，然后应用此新的调整命令。

如果由于前述原因或安全约束而不能被应用此命令，则ATO 将以全速运行曲线尽快运行至下一个运营停车点。

典型的调节策略如下图所示：
车站
CKP 1位置
速
度
图1.2.1 参考运行
上图中，目标运行时间处于全速运行曲线和非全速运行曲线之间。

ATO 子系统根据不同的条件选择运行工况，确保列车按照运行图规定的时分运行，在正常运行情况下区间走行时分误差不大于±2 %。

(3) 区间停车
在ATO 驾驶模式下，区间停车为智能控制，采用一次制动模式保证乘客的舒适性；列车在区间停车后，当ATP 允许列车运行时，需按压按钮启动列车。

(4) 提前发车
值班员随时可向列车发送一个提前发车指令，以命令列车只要ATP 授权列车安全发车（车门关闭并锁闭）就立即离站。

在此情况下，ATO 可立即发车。

(5) 扣车
CBTC 模式下，ATS 发出扣车命令时，ATP 子系统通过车地通信设备向列车发送相应的列车控制命令信息，ATO 子系统应能保证列车在本车站停车且保持制动，直至从ATS 收到发车命令为止。

在扣车期间，由于暂时不发车，故车门保持敞开。

扣车解除将自动触发关闭车门操作（由DMI 显示提醒司机人工关闭车门，或由ATO 控制自动关闭车门）。

(6) 跳停
跳停功能能够阻止ATO 在下一车站停车。

接收到ATS 的请求之后，系统在DMI 屏幕上显
示通知司机。

(7)其他功能
ATO子系统具有自诊断功能，发生故障时立即向司机报警，根据故障性质可实施常用制动和紧急制动。

同时记录和分析故障报警信息，并能将报警信息传至中央ATS子系统设备。

自车辆段进入正线运行的列车出库之前具备对车载ATO设备的静态测试功能，并能对检测的结果进行记录。

车载ATO故障后，列车可人工或自动转换为ATP监督下的人工驾驶模式。

自车辆段/停车场进入正线运行的列车出库之前对车载ATO设备的自检测试功能（包括车载软硬件、系统内部接口、车-地通信设备等），并对检测的结果进行记录和对异常情况报警。

在列车从车库出发准备投入运营前完成车载ATO 设备的自诊断，并在驾驶室车载显示单元上给出诊断结果的显示。

车载ATO设备记录和统计的内容包括事件的时间和日期，至少可以保存72小时，其主要内容包括但不限于：
➢ATO设备报警类别；
➢车-地通信报警类别；
➢牵引/制动指令及状态；
➢车载设备的计算速度曲线及实际运行速度曲线；
➢车载设备所接收到的地面信息；
➢车站通过（跳停）；
➢定点停车超精度范围显示及报警记录；
➢停车误差＜0.3m时记录，停车误差≥0.3m报警，并统计停车误差的分布概率；
➢运行时分及故障统计
(三)ATO设备地面故障
当某一区域的轨旁移动闭塞ATO设备故障或连续式车-地通信失效时，车载设备产生报警、并安全停车。

当列车运行至地面ATO设备正常或连续式车-地通信正常的区域时，车载设备接收到有效的ATO报文，车载设备提示司机，司机可在不停车的情况下转换至ATPM模式或AM模式下运行。

(四)向车载PIS提供旅客信息数据
ATO向列车广播设备及车箱信息显示牌提供有关旅客信息的数据，包括但不限于：
➢发车信息；
➢接近信息；
➢到站信息；
➢目的地信息；
➢左、右开门信息等。

二、ATP的功能：
涉及行车安全的设备一旦故障，将实施紧急制动，并发出报警。

车载信号设备自接收到地面信息至完成处理的时间为0.2秒。

当车载ATP设备故障或列车与地面失去通信时，系统能通过后备列车位置检测设备检知列车的位置，确保故障列车运行进路的安全和追踪列车运行的安全。

后备列车位置检测设备故障不影响ATP子系统的正常工作。

对由人工确保安全的操作命令，有相应的安全操作手段和操作记录。

(一)列车定位
通过编码里程计测量车轮的旋转和安装在轨旁精确位置的信标，连续、自动地对列车位置进行检测，并对车轮打滑及空转采取切实可行的补偿措施，保证列车的运行安全和确保系统性能指标。

因此信号系统管理列车的安全位置分为：
➢列车最大位置
➢列车最小位置
图1.2.2 列车最大最小位置
信标的精确位置均已存储在车载CC中。

当CC通过一个信标时，CC接收到信标识别并和信标的精确位置比较以确定其在线路上的位置，然后将该位置信息报告给ZC。

CC周期性地计算其安全位置。

在每次重新定位之间，CC根据测算经过上一个信标之后的位移计算其最大和最小可能位置。

这两个最大和最小可能位置之间的距离称为定位误差。

随着列车的移动，该误差将由于车轮的空转/打滑效应而增加。

CC每隔0.6s会把检测到的最大和最小位置发送至ZC用于计算自动防护（AP），车-地通信传输方式满足信号系统对数据传输实时性、安全性、可靠性的要求。

ZC在收到定位报告后给CC返回一个授权终点（EOA）。

该原理保证列车的实际位置总是在ATP最大定位报告和ATP 最小定位报告之间。

(二)列车位移和速度测量
列车速度检测符合故障安全原则，采用两套独立的速度测量系统，满足下列指标要求：➢测速范围：0～90km/h
➢车载设备的测速分辨率≤2km/h，测速误差≤2km/h
➢显示精度：±1.0km/h
➢线性精度：±0.5km/h
➢安全完整性水平达到SIL4级
编码里程计是故障安全的，特殊的内部结构可检测到所有电气故障。

编码引入一种可检测编码里程计故障的信息冗余。

车轮直径的精确度会影响位移测量误差。

当列车经过轮径校准信标（MTIB）时，为了补偿轮径变化，ATP会对编码里程计进行自动校准，修正范围为770-5mm~840+5mm。

此类信标由两个相隔一定距离的重定位信标组成。

这2个重定位信标间的预设距离用于校准编码里程计。

CC 系统将测量到的距离与预设距离进行比较。

当所有校准条件满足后，CC导出编码里程计的一个校准常数，该值将应用于后面所有的距离测量中。

否则，车载系统采用计算出的速度和距离的最大值作为缺省值。

与人工输入校准功能相比，自动校准功能避免了可能的人为错误。

(三)计算授权终点
ZC根据轨道的行进方向、道岔位置、线路上各列车连续的AP位置、防护区段的建立状态、计轴的占用情况，联锁设备提供的列车进路等为每列车计算授权终点。

授权终点作为CC位置报告的回复发送给列车。

在正常运营情况下当列车在车站停车时，只要条件具备，车载ATP就给出移动授权的指示。

在联锁没有建立和锁闭合适的进路前，移动授权不会伸入该进路区域内。

一旦建立了通过一个进路区的移动授权，则该进路将不能被解锁，其他冲突的进路不能被建立，除非列车通过且被证实已出清了该进路区，或是移动授权已经回撤到进路防护信号机外方，且确保列车能在该进路防护信号机外方制动停车。

在连续式ATP列车接近了已建立和锁闭的进路区（进路进入接近锁闭状态），若此时该进路被人工请求取消，ATP设备除立即回撤移动授权到进路防护信号机外方外，还将准确可靠地判定列车能否在进路防护信号机外方制动停车（或已经在进路防护信号机外方停车），并将判定的信息传送给联锁以确定能否尽快解锁进路。

当通过一个进路范围的移动授权已生效后，如果进路内的道岔失去表示，当列车未进入进路时，系统回撤移动授权至该进路范围的入口处；当列车进入进路，但未越过道岔区段时，系统回撤移动授权至故障区段入口处；如果此时列车与道岔之间的距离已在安全制动距离以内，系统将立即使列车产生紧急制动。

ZC按照列车的运行方向，从列车车头的最小位置开始，向前搜索该列车的EOA，并且有最大EOA搜索距离的限制。

EOA可能为以下类型：
➢最大的EOA搜索距离
➢AP端点
➢非受控道岔
➢轨道终点（车挡）
➢ATC系统的边界
➢ZC边界
➢防护区段的终点
➢联锁进路信息
(四)超速防护和防护点防护
ATP子系统利用无线数据传输通道，实现车-地间有关速度、距离、线路条件、信号设备状态等信息的双向交换，并连续、自动地对轨道占用/空闲状态及列车位置进行检测，对占用/空闲状态及列车位置的检测，提供列车间隔保护及超速防护，在列车超速时提供最大常用制动或紧急制动，保证列车运行安全。

此功能旨在监督列车速度，必须始终低于授权的速度限制。

在完全ATP防护的模式（ATO，ATPM模式）下速度限制是以下速度中的最低速度：
➢列车运行在线路的永久限速（PSR）区域。

这些限速是由于弯道、道岔及桥梁等产生的
➢列车通过车站时的速度限制
➢在线路的临时限速（TSR）区域（只适用于CBTC）
RMF模式下，列车速度将被限制25km/h（暂定）。

为确保列车不超过应用的速度限制，ATP计算紧急制动触发速度。

如果列车达到此速度，则触发紧急制动。

为了方便司机驾驶列车，ATP还将计算最大允许速度以辅助司机在ATP模式下驾驶列车，当列车运行速度接近ATP最大允许速度时，车载设备产生声光报警。

CC连续分析其前方线路情况，并判断出下一个约束点，约束点可以是低于当前速度的一个目标速度，或者由授权终点（AP端点，防护区段的终点等）、限制信号机、屏蔽门未锁闭的站台、激活的防护区域等引起的停车点。

对于每个限速或者停车点均与总能量（势能和动能的总和）相关，列车必须不得超过这个总能量。

对于每个限制性的目标点，在考虑列车的最小紧急制动减速度（γfu）率和线路资料后，可
当CC设备检测到列车速度超过最大的授权速度将立即实施紧急制动。

列车追踪间隔计算根据列车紧急制动触发曲线进行计算，如下图所示：
图1.2.5 追踪间隔计算示意图
列车运行过程中只要碰撞到紧急制动触发曲线，就会实施紧急制动。

上图是列车在最坏情况下的紧急制动曲线和紧急制动触发曲线，图中t1为牵引阶段Ttraction，t2是惰行运行阶段Tcoasting。

所谓最坏情况我们是指列车在制动之前处于最大牵引状态，而在制动过程中正好处于最大坡度的下坡路面，紧急制动率为最小值。

列车在运行过程中，制动过程中列车的能量守恒可以表示为：
Ek(X) + Wtraction(X→Xt1) = Ek(C) + Wq(X→C) + Wbraking(Xt2→C)
Ek(X)：列车在紧急制动触发点的动能；
Ek(C)：列车在速度限制点的动能，如果是停车点，那么此项为零；
Wtraction(X→Xt1)：列车在Ttraction阶段牵引力对列车所做的功；
Wq(X→C)：列车从紧急制动触发点到速度限制点的势能变化(上坡为正，下坡为负)；
Wbraking(Xt2→C)：在制动阶段制动力对列车所做的功。

根据上式可以计算列车的追踪速度曲线。

在这个曲线中考虑了在各种最不利的条件下，如线路坡道、载客列车、车辆可能出现的最小制动率（常用及紧急制动）、制动时轮轨滑动产生的测距误差等，计算安全间隔距离并考虑各个子系统的反应时间和信息延迟时间。

(五)临时限速管理
线路控制器LC管理线路的临时限速，并周期性地将临时限速信息发给CBTC下的车载CC。

在LC设备初始化时应用最受限制的临时限速作为缺省值（10km/h），直到从ATS接收到ATP/ATO管理范围内临时限速设置（或者未设临时限速）。

CC周期性地从LC收到TSR版本信息，如果CC在一定时限内未能从LC接收到TSR版本
信息，CBTC下的列车将执行最严格限制的临时限速（10km/h）。

ATP子系统具备多级临时限速功能。

车站值班员可利用现地控制工作站进行轨道和道岔区段的临时限速的设置。

临时限速暂按5km/h一级进行分级设置，设置范围从10km/h起，至60km/h 止。

系统设置的临时限速在设备重启后依然保持有效。

(六)运行方向和倒溜的监督
CC设备连续监督列车的运行方向。

一旦发生倒溜或非正常移动，则实施紧急制动。

列车倒溜防护判断依据为：列车倒溜距离为0.5m。

(七)退行监督
当处于自动驾驶模式或ATP监控下人工驾驶模式的列车进站停车越过了停车点而没能实现对位时，司机在车上进行必要的“ATP后退” 操作后即进入ATP倒车模式。

在这种模式下，列车在ATP的保护下按规定的速度（不大于5km/h）沿倒车方向运行。

如果列车倒车超过允许的5m的距离或规定的速度（不大于5km/h），列车将采取紧急制动。

(八)停稳监督
列车停车时通过编码里程计检查零速信息。

列车处于零速时速度值的判断依据为：列车速度值处于≤1km/h 的范围且持续时间不小于2s；
当且仅当当前编码里程计零检测到速度信息时，此零速度信息与另一端冗余的编码里程计及车辆提供的零速度信息进行比较。

若这2个信息有一个与当前信息一致，则ATP认为列车已停稳。

若都不一致，则认为出现机械故障（轮轴损坏或抱死）。

ATP 车载设备同时满足列车已处于零速、车辆保持制动已实施时，才判断列车停稳。

(九)停放制动
在线路最大坡道上及任何负载情况下，与列车牵引及制动系统协调完成列车的正常启动、制动，防止或防护列车后溜、空转、打滑。

（具体方案在车辆接口会上确定）
(十)车门监督及释放
列车停在站台区，并满足屏蔽门对停车精度要求的情况下，ATP系统才允许ATO向列车发送开车门和向屏蔽门控制系统发送开门命令。

车-地屏蔽门开关门信息的传输采用安全通道。

在车站当车门、屏蔽门均已关闭后，允许启动列车。

开左门或右门根据站台形式和运行方向而定。

ATP子系统对车站站台停车精度具有安全防护，ATP的站台停车精度为±0.5m。

停车误差超过停车精度范围±0.5m时，不允许打开车门及屏蔽门，在确保安全的前提下，允许列车前进或后退完成精确停车。

列车在区间运行过程中（不包括RM模式），车载设备实时监督列车车门的状态，当检测到车门为开门状态时，系统采取不切除牵引，也不实施制动，列车运行至下一座车站。

RM模式下，当列车运行过程中，检测到车门打开时，将施加紧急制动。

(十一)停车精度
ATP子系统对车站停车精度有安全防护，列车在车站停车误差超过 0.5m但小于5m，ATP 将实施保护，车门和屏蔽门不能打开，列车可按规定的速度前进或后退，后退时必须按规定的距
离（5m）调整，若停到位，则可通过人工开门按钮来开启车门和屏蔽门。

若列车在车站越过停车点的停车误差大于5m，则列车只能跳停至下一站停车。

若列车停站未到位，系统允许列车继续运行至该站运营停车点停车。

紧急制动激活
在包括但不限于下列情况时，ATP子系统将实施紧急制动：
➢列车位置丢失；
➢按压紧急停车按钮或收到紧急停车命令；
➢CBTC模式下，连续式车-地通信中断时间超过5s；
➢列车非正常移动；
➢常用制动率不足；
➢列车超过ATP的防护速度；
➢轨旁或车载ATP故障；
➢列车完整性丢失。

车载信号系统具有辨别瞬间干扰和系统故障的能力，保证列车运行的安全。

当车载信号设备识别到涉及行车安全的系统故障时，立即自动发出紧急制动命令，通常情况，延时为0.57秒。

(十二)扣车
当ATP地面设备接收到ATS子系统的扣车命令时，ATP子系统保证列车在车站停车后不向列车发送允许列车出站运行的移动授权。

(十三)站台屏蔽门/安全门
车载ATP设备监控车门及屏蔽门的开启和关闭状态，当到站列车在站台区停稳后，并满足停车精度要求时，ATP才允许打开车门及屏蔽门，车门及屏蔽门安全关闭后才允许列车自车站发车。

开门侧根据站台的位置和列车运行方向而定。

CBTC模式下，站台屏蔽门失去状态表示时封锁站台区轨道，ATP禁止列车驶入站台区域和自站台区域启动离站，已驶入站台区域尚未停车和已启动但尚未离开站台区域的列车立即紧急制动。

还未进站停稳的列车根据接收到的移动授权由司机采取常用制动或ATP子系统采取紧急制动，将列车停在站外。

当列车在车站停稳且满足停车精度要求时，站台屏蔽门正常开关操作不会引起列车的紧急制动。

系统的诊断监测设备在车站具备对开/关屏蔽门命令输入/输出、屏蔽门关闭且锁闭信息、屏蔽门互锁解除信息的在线监测功能。

(十四)防护区域
防护区域（ESA）与线路上需防护的区域（工作区或乘客上下车区等）相关联。

轨道设备如IBP盘或站台紧急停车按钮在车站设置和CBI子系统接口，CBI子系统将这些信息发送至ZC，由ZC计算后发送给其区域内的所有列车。

当列车运行在CBTC模式下，防护区域被激活时，ATP以下列方式进行监督：
当列车尚未进站时，地面ATP子系统设备监测到车站的紧急停车按钮按下或接收到ATC系。