2023學(xué)年完整公開(kāi)課版ATO

城市軌道交通專用通信設(shè)各維護(hù)課程ATO系統(tǒng)概述ATO為非故障一安全系統(tǒng)，其控制列車自動(dòng)運(yùn)行，主要目的是模擬最佳司機(jī)的駕駛，實(shí)現(xiàn)正常情況下高質(zhì)量的自動(dòng)駕駛，提高列車運(yùn)行效率，提高列車運(yùn)行的舒適度，節(jié)省能源。ATP系統(tǒng)是城市軌道交通列車運(yùn)行時(shí)必不可少的安全保障，ATO系統(tǒng)則是提高城市軌道交通列車運(yùn)行水平(準(zhǔn)點(diǎn)、平穩(wěn)、節(jié)能)的技術(shù)措施。ATO系統(tǒng)采用的基本功能模塊與ATP系統(tǒng)相同。和ATP系統(tǒng)一樣，ATO也載有有關(guān)軌道布置和坡度的所有資料，以便能優(yōu)化列車控制指令。ATO還裝有一個(gè)雙向的通信系統(tǒng)，使列車能夠直接與車站內(nèi)的ATS系統(tǒng)接口，保證實(shí)現(xiàn)最佳的運(yùn)行圖控制。當(dāng)列車處在自動(dòng)駕駛模式下，車載ATO運(yùn)用牽引和制動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)運(yùn)行。一、ATO系統(tǒng)概述雖然各公司的ATO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不盡相同，但ATO系統(tǒng)的基本組成是共同的。ATO系統(tǒng)都由軌旁設(shè)備和車載設(shè)備組成。ATO軌旁設(shè)備通常兼用ATP軌旁設(shè)備，接收與列車自動(dòng)運(yùn)行有關(guān)的信息。ATO車載設(shè)備由設(shè)在列車每一端司機(jī)室內(nèi)的ATO控制器(包括司機(jī)控制臺(tái))及安裝在列車每一端司機(jī)室車體下的兩個(gè)ATO接收天線和兩個(gè)ATO發(fā)送天線組成，還包括ATO附件，這些附件用于速度測(cè)量、定位和司機(jī)接口。ATO車載設(shè)備通常和ATP車載設(shè)備安裝在一個(gè)機(jī)架內(nèi)。ATO具有一個(gè)雙向通信系統(tǒng)，通過(guò)車載ATO天線和地面ATO環(huán)線允許列車直接與車站內(nèi)的ATS連接，可以實(shí)現(xiàn)最佳的運(yùn)營(yíng)控制，完成下列ATO功能：程序停車、運(yùn)行圖和時(shí)刻表調(diào)整、軌旁/列車數(shù)據(jù)交換、目的地和進(jìn)路控制功能。二、ATO系統(tǒng)組成1.ATO系統(tǒng)基本控制功能：2.ATO服務(wù)功能三、ATO系統(tǒng)的主要功能ATO系統(tǒng)基本控制功能：1.自動(dòng)駕駛功能

①自動(dòng)調(diào)整列車運(yùn)行速度ATO車載控制器通過(guò)比較實(shí)際列車運(yùn)行速度及ATP給出的最大允許速度及目標(biāo)速度，并根據(jù)線路的情況，自動(dòng)控制列車的牽引及制動(dòng)，使列車在區(qū)間內(nèi)的每個(gè)區(qū)段始終控制速度(ATP計(jì)算出來(lái)的限制速度減去5km/h)運(yùn)行，并盡可能減少牽引、惰行和制動(dòng)之間的轉(zhuǎn)換。三、ATO系統(tǒng)的主要功能ATO系統(tǒng)基本控制功能：②停車點(diǎn)的目標(biāo)制動(dòng)車站停車點(diǎn)作為目標(biāo)點(diǎn)，車站停車點(diǎn)由ATP軌旁單元和ATS系統(tǒng)控制。當(dāng)停車特征被啟動(dòng)后，ATO系統(tǒng)基于列車速度、預(yù)先決定的制動(dòng)率和距停止點(diǎn)的距離計(jì)算出個(gè)制動(dòng)曲線，采用最合適的減速度(制動(dòng)率)使列車準(zhǔn)確、平穩(wěn)地停在規(guī)定的停車點(diǎn)。列車定位系統(tǒng)相配合，可使停車位置的誤差達(dá)到0.5m以下。假如列車超過(guò)了停車點(diǎn)，ATP準(zhǔn)許后退一定距離。如果超過(guò)后退速度限制值，向列車司機(jī)發(fā)出聲音和視覺(jué)報(bào)警。三、ATO系統(tǒng)的主要功能ATO系統(tǒng)基本控制功能：③從車站自動(dòng)發(fā)車當(dāng)發(fā)車安全條件符合時(shí)(在ATO模式下，關(guān)閉了車門，這由ATP系統(tǒng)監(jiān)視)，ATO系統(tǒng)給出啟動(dòng)顯示，司機(jī)按下啟動(dòng)按鈕，ATO系統(tǒng)使列車從制動(dòng)停車狀態(tài)轉(zhuǎn)為驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。停車制動(dòng)將被緩解，然后列車加速。ATO通過(guò)預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)提供牽引控制，該引控制可使列車平穩(wěn)加速。停站時(shí)間由ATS控制，并傳送給ATP。另外，基于車站和方向的停車時(shí)間也儲(chǔ)存在ATP軌旁單元中，用作ATS故障下的后備程序。三、ATO系統(tǒng)的主要功能1.ATO系統(tǒng)基本控制功能：④區(qū)間內(nèi)臨時(shí)停車由ATP系統(tǒng)給出目標(biāo)點(diǎn)位置(例如前方有車)及制動(dòng)曲線，并將數(shù)據(jù)傳送給ATO系統(tǒng)車載單元，ATO系統(tǒng)得到目標(biāo)速度為“0”的速度信息后自動(dòng)啟動(dòng)列車制動(dòng)器，使列車停穩(wěn)在目標(biāo)點(diǎn)前方10m左右。此時(shí)車門還是由ATP系統(tǒng)鎖住的。一旦前方停車目標(biāo)點(diǎn)取消，速度信息改為進(jìn)行碼后，ATO系統(tǒng)使列車自動(dòng)啟動(dòng)。假如車門由緊急開(kāi)門打開(kāi)，或是司機(jī)手柄被移至非零位置，那么列車必須由司機(jī)重新啟動(dòng)SM模式或ATO模式(如果允許)。在危險(xiǎn)情況下，例如按下緊急停車按鈕，或是因常用制動(dòng)不充分而使列車超過(guò)緊急制動(dòng)曲線，ATP啟動(dòng)緊急制動(dòng)，由ATO向司機(jī)發(fā)出視覺(jué)和音響警報(bào)。以后音響警報(bào)自動(dòng)停止。三、ATO系統(tǒng)的主要功能1.ATO系統(tǒng)基本控制功能：⑤限速區(qū)間臨時(shí)性限速區(qū)間的數(shù)據(jù)出軌道電路報(bào)文傳輸給ATP車載設(shè)備，再由ATP車載設(shè)備將減速命令經(jīng)ATO系統(tǒng)傳達(dá)給動(dòng)車驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)控制設(shè)備。此時(shí)ATO車載設(shè)備的功能猶如ATP系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)控制設(shè)備之間的一個(gè)接口。對(duì)于長(zhǎng)期的限速區(qū)間，數(shù)據(jù)可事前輸入ATO系統(tǒng)，在執(zhí)行自動(dòng)駕駛時(shí)，ATO系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)考慮到該限速區(qū)間。三、ATO系統(tǒng)的主要功能1.ATO系統(tǒng)基本控制功能：2、無(wú)人自動(dòng)折返無(wú)人自動(dòng)折返是一種特殊情況下的駕駛模式，在這種駕駛模式下無(wú)需司機(jī)控制，而且列車上的全部控制臺(tái)將被鎖閉。從接收到無(wú)人駕駛折返運(yùn)行許可時(shí)，就自動(dòng)進(jìn)入AR模式。授權(quán)經(jīng)駕駛室MMI顯示給司機(jī)，司機(jī)必須確認(rèn)這個(gè)顯示，并得到授權(quán)，鎖閉控制臺(tái)。只有按下站臺(tái)的AR按鈕以后，才實(shí)施無(wú)人駕駛列車折返運(yùn)行。ATC軌旁設(shè)備提供所需的數(shù)據(jù)以駕駛列車進(jìn)入折返軌。列車將自動(dòng)回到出發(fā)站臺(tái)。列車一到出發(fā)站臺(tái)，ATC車載設(shè)備就會(huì)退出AR模式。無(wú)人自動(dòng)折返功能的輸入是來(lái)自車載速度/距離功能的列車當(dāng)前的速度和位置以及ATP速度曲線。無(wú)人自動(dòng)折返功能的輸出至列車制動(dòng)和牽引控制系統(tǒng)的命令。三、ATO系統(tǒng)的主要功能1.ATO系統(tǒng)基本控制功能：3、自動(dòng)控制車門開(kāi)閉由ATP系統(tǒng)監(jiān)督開(kāi)門條件，當(dāng)ATP系統(tǒng)給出開(kāi)門命令時(shí)，可以按事前的設(shè)定由ATO系統(tǒng)自動(dòng)地打開(kāi)車門，也可由司機(jī)手動(dòng)打開(kāi)正確一側(cè)的車門。車門的關(guān)閉只能由司機(jī)完成。當(dāng)列車空車運(yùn)行時(shí)，從ATS接收到的指定的目的地號(hào)阻止車門的打開(kāi)。車門打開(kāi)功能的輸人是來(lái)自ATP功能的車門釋放、運(yùn)行方向和打開(kāi)車門的數(shù)據(jù)，以及來(lái)自ATS功能的確定目的地號(hào)。車門打開(kāi)功能的輸出將車門打開(kāi)命令發(fā)給負(fù)責(zé)控制車門的列車系統(tǒng)。三、ATO系統(tǒng)的主要功能2.ATO系統(tǒng)服務(wù)功能ATO系統(tǒng)服務(wù)功能組成：列車位置允許速度巡航/惰行功能PTI支持功能三、ATO系統(tǒng)的主要功能ATO服務(wù)功能列車位置列車位置功能從ATP功能中接收到當(dāng)前列車的位置和速度等詳細(xì)信息。根據(jù)上一次計(jì)算后所運(yùn)行的距離來(lái)調(diào)整列車的實(shí)際位置。此調(diào)整也考慮到在ATP功能計(jì)算列車位置時(shí)傳送和接收的延遲時(shí)間，以及打滑和滑行。另外，ATO功能同測(cè)速單元的接口為控制提供更高的測(cè)量精確性。列車位置功能也接收到地面同步的詳細(xì)信息，由此確定列車的實(shí)際位置和計(jì)算列車位置的誤差。對(duì)列車位置調(diào)整，可在由ATO功能規(guī)定的直至接近實(shí)際停車點(diǎn)10-15m的任意位置開(kāi)始。由于這種調(diào)整，停車精度由ATO控制在希望的范圍內(nèi)。列車位置功能的輸人來(lái)自ATP功能的列車當(dāng)前速度和位置、軌道電路信息的變化，測(cè)速單元的讀入、軌道中同步標(biāo)記的檢測(cè)、SYNCH環(huán)線。列車位置功能的輸出用作校正列車位置信息。三、ATO系統(tǒng)的主要功能ATO服務(wù)功能允許速度允許速度功能為ATO速度控制器提供列車在軌道任意點(diǎn)的對(duì)應(yīng)速度值。這個(gè)速度沒(méi)有被優(yōu)化，只是低于當(dāng)前速度限制和制動(dòng)曲線給的限制。允許列車速度調(diào)整是為了能源優(yōu)化或由惰行/巡航功能完成的列車運(yùn)行。允許速度功能的輸入來(lái)自ATP功能的軌道當(dāng)前位置的速度限制，以及列車制動(dòng)曲線。允許速度功能的輸出至ATO速度控制器。三、ATO系統(tǒng)的主要功能ATO服務(wù)功能巡航/惰行功能巡航/惰行功能的任務(wù)是按照時(shí)刻表自動(dòng)實(shí)現(xiàn)列車區(qū)間運(yùn)行的惰行控制，同時(shí)節(jié)省能源，保證最大能量效率。ATO巡航/惰行功能協(xié)同ATS中的ATR功能，并通過(guò)確定列車運(yùn)行時(shí)間和能源優(yōu)化軌跡功能實(shí)現(xiàn)巡航/惰行功能。①確定列車運(yùn)行時(shí)間的功能由ATO和ATR功能確定的列車運(yùn)行時(shí)間，通過(guò)車站軌道電路占用完成同步。當(dāng)列車在ATO功能下，從報(bào)文給定的列車運(yùn)行時(shí)間中減去通過(guò)計(jì)時(shí)器測(cè)定的已運(yùn)行時(shí)間，以確定到下一站有效的可用時(shí)間。確定列車運(yùn)行時(shí)間功能的輸人來(lái)自ATC軌旁功能的軌道電路占用報(bào)文，以及通過(guò)ATC軌旁和ATP車載功能來(lái)自ATR功能的運(yùn)行時(shí)間命令。確定列車運(yùn)行時(shí)間功能的輸出至能源優(yōu)化軌跡功能的到下一站停車點(diǎn)的有效運(yùn)行時(shí)間。三、ATO系統(tǒng)的主要功能②能源優(yōu)化軌跡功能能源優(yōu)化軌跡的計(jì)算要考慮加速度、坡度制動(dòng)以及曲線制動(dòng)。因此，整套系統(tǒng)的軌道曲線信息都儲(chǔ)存在ATO存儲(chǔ)器中。借助此信息，并使用最大加速度，惰行/巡航功能計(jì)算出到下一停車點(diǎn)的速度距離軌跡。能源優(yōu)化軌跡功能的輸人來(lái)自確定列車運(yùn)行時(shí)間功能的至下站可用的列車運(yùn)行時(shí)間、ATO存儲(chǔ)器的軌道曲線、ATP功能的ATP靜態(tài)速度曲線(例如速度限制)。能源優(yōu)化軌跡功能的輸出至ATO速度控制器的速度距離軌跡。三、ATO系統(tǒng)的主要功能ATO服務(wù)功能PTI支持功能PTI支持功能是通過(guò)多種渠道傳輸和接收各種數(shù)據(jù)，在特定的位置(通常設(shè)在列車進(jìn)入正線的入口處)傳給ATS，向ATS報(bào)告列車的識(shí)別信息、目的號(hào)碼和乘務(wù)組號(hào)，以及列車位置數(shù)據(jù)(例如當(dāng)前軌道電路的識(shí)別和速度表的讀數(shù))，以優(yōu)化列車運(yùn)行。PTI功能是由車載設(shè)備和軌旁設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。由ATC車載設(shè)備提供的數(shù)據(jù)，通過(guò)ATO功能，傳輸?shù)絇TI的軌旁設(shè)備，進(jìn)而傳給ATS。在將信息傳輸至軌旁設(shè)備之前，ATO/PTI功能收集數(shù)據(jù)，完成合理檢查。編輯信息必需的數(shù)據(jù)從ATS、ATC軌旁功能、司機(jī)MMI功能發(fā)送至ATO。PTI是一個(gè)非安全功能。三、ATO系統(tǒng)的主要功能1.根據(jù)線路條件、道岔狀態(tài)、前方列車位置等，實(shí)現(xiàn)列車速度自動(dòng)控制。列車在區(qū)間停車應(yīng)盡量接近前方目的地。區(qū)間停車后，在允許信號(hào)的條件下列車自動(dòng)啟動(dòng)，車站發(fā)車時(shí)，列車啟動(dòng)由司機(jī)控制。2.ATO應(yīng)能提供多種區(qū)間運(yùn)行模式，滿足不同行車間隔的運(yùn)行要求，適應(yīng)列車運(yùn)行調(diào)整的需要；司機(jī)手動(dòng)駕駛及由ATO系統(tǒng)駕駛之間可在任何時(shí)候轉(zhuǎn)換；手動(dòng)駕時(shí)由ATP系統(tǒng)負(fù)責(zé)安全速度監(jiān)督，自動(dòng)駕駛時(shí)由ATO系統(tǒng)給出對(duì)驅(qū)動(dòng)、控制設(shè)備的命令，ATP系統(tǒng)仍然負(fù)責(zé)速度監(jiān)督。四、ATO系統(tǒng)的基本要求3.ATO定點(diǎn)停車精度應(yīng)根據(jù)站臺(tái)計(jì)算長(zhǎng)度、列車性能和屏蔽門的設(shè)置等因素選定。站臺(tái)定點(diǎn)停車精度宜在±0.25-±0.50m范圍內(nèi)選擇。4.ATO控制過(guò)程應(yīng)滿足舒適度和快捷性的要求。舒適度的要求主要是牽引、惰行和制動(dòng)控制以及各種工況之間的轉(zhuǎn)換控制過(guò)程的加、減速度的變化率?？旖菪灾饕侵缚刂七^(guò)程的時(shí)間宜短，以減少對(duì)站間運(yùn)行時(shí)分的影響和提高運(yùn)量。ATO應(yīng)能控制列車實(shí)現(xiàn)車站通過(guò)作業(yè)。5.自動(dòng)記錄運(yùn)行狀態(tài)、自診斷及故障報(bào)警。四、ATO系統(tǒng)的基本要求在“距離碼ATP系統(tǒng)”的基礎(chǔ)上安裝了ATO系統(tǒng)，列車就可以采用手動(dòng)方式或自動(dòng)方式進(jìn)行駕駛。在選擇自動(dòng)駕駛方式時(shí)，ATO系統(tǒng)代表代替司機(jī)操縱，諸如列車啟動(dòng)加速、勻速滑行、制動(dòng)等基本駕駛功能均能自動(dòng)進(jìn)行。然而，不論是由司機(jī)手動(dòng)駕駛還是由ATO系統(tǒng)自動(dòng)駕駛，ATP系統(tǒng)始終是執(zhí)行其速度監(jiān)督和超速防護(hù)功能。五、ATO與ATP的關(guān)系可以這樣認(rèn)為：手動(dòng)駕駛=司機(jī)人工駕駛+ATP系統(tǒng)自動(dòng)駕駛=ATO系統(tǒng)自動(dòng)+ATP系統(tǒng)列車自動(dòng)運(yùn)行駕駛模式（ATO）列車自動(dòng)駕駛模式，是正線上列車運(yùn)行的正常模式，即用于正線上列車的正常運(yùn)行。在這種模式下，列車在車站之間的運(yùn)行是自動(dòng)的，不需司機(jī)駕駛，司機(jī)只負(fù)責(zé)監(jiān)視ATO顯示，監(jiān)督車站發(fā)車和車門關(guān)閉，以及列車運(yùn)行所要通過(guò)的軌道、道岔和信號(hào)的狀態(tài)，并在必要時(shí)人工介入。五、ATO與ATP的關(guān)系

司機(jī)給出列車關(guān)門指令關(guān)閉車門后，通過(guò)按壓?jiǎn)?dòng)按鈕給出出發(fā)指令。車載A