ATO子系統(tǒng)基本原理

ATO子系統(tǒng)基本原理ATO子系統(tǒng)（下列稱為ATO系統(tǒng)）重要用實現(xiàn)“地對車控制”，即用地面信息實現(xiàn)對列車驅(qū)動、制動的控制，涉及列車自動折返，根據(jù)控制中心指令自動完畢對列車的啟動、牽引、惰行和制動，送出車門和屏蔽門同時開關(guān)信號，使列車按最佳工況正點、安全、平穩(wěn)地運行。一、ATO系統(tǒng)基本概念A(yù)TO為非故障一安全系統(tǒng)，其控制列車自動運行，重要目的是模擬最佳司機的駕駛，實現(xiàn)正常狀況下高質(zhì)量的自動駕駛，提高列車運行效率，提高列車運行的舒適度，節(jié)省能源。ATP系統(tǒng)是都市軌道交通列車運行時必不可少的安全保障，ATO系統(tǒng)則是提高都市軌道交通列車運行水平（準(zhǔn)點、平穩(wěn)、節(jié)能）的技術(shù)方法。ATO系統(tǒng)采用的基本功效模塊與ATP系統(tǒng)相似。和ATP系統(tǒng)同樣，ATO也載有有關(guān)軌道布置和坡度的全部資料，方便能優(yōu)化列車控制指冷。ATO還裝有一種雙向的通信系統(tǒng)，使列車能夠直接與車站內(nèi)的人TS系統(tǒng)接口，確保明現(xiàn)最佳的運行圖控制。當(dāng)列車處在自動駕駛模式下，車載ATO運用牽引和制動控制，實現(xiàn)列車自動運行。二、ATO系統(tǒng)的構(gòu)成即使各公司的ATO系統(tǒng)構(gòu)造不盡相似，但ATO系統(tǒng)的基本構(gòu)成是共同的。ATO系統(tǒng)都由軌旁設(shè)備和車載設(shè)備構(gòu)成。ATO軌旁設(shè)備普通兼用ATP軌旁設(shè)備，接受與列車自動運行有關(guān)的信息。ATO車載設(shè)備由設(shè)在列車每一端司機室內(nèi)的ATO控制器（涉及司機控制臺）及安裝在列車每一端司機室車體下的兩個ATO接受天線和兩個ATO發(fā)送天線構(gòu)成，還涉及ATO附件，這些附件用于速度測量、定位和司機接口。ATO車載設(shè)備普通和ATP車載設(shè)備安裝在一種機架內(nèi)。ATO含有一種雙向通信系統(tǒng)，通過車載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，能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的運行控制，完畢下列ATO功效：程序停車、運行圖和時刻表調(diào)節(jié)、軌旁／列車數(shù)據(jù)交換、目的地和進路控制功效。ATO還含有定位停車系統(tǒng)，為列車提供精確的位置信息。涉及車底部的標(biāo)志線圈和對位天線，以及每個車站ATC設(shè)備室內(nèi)的車站停車模塊和沿每個站臺設(shè)立的一組地面標(biāo)志線圈。ATO的功效不考慮故障一安全，因此，ATO車載單元是非故障一安全的一取一配備。ATC顯示單元不規(guī)定是故障一安全的，因而ATC顯示單元采用基于商用計算機硬件。ATO向列車廣播設(shè)備及車廂信息顯示牌提供報站信息。三、ATO系統(tǒng)的重要功效ATO系統(tǒng)的功效分為基本控制功效和服務(wù)功效?；究刂乒π亲詣玉{駛、自動折返、車門打開。這三個控制功效互相之間獨立地運行。服務(wù)功效涉及：列車位置、允許速度、巡航／惰行、PTI支持功效等。1．ATO系統(tǒng)基本控制功效（1）自動駕駛①自動調(diào)節(jié)列車運行速度ATO車載控制器通過比較實際列車運行速度及ATP給出的最大允許速度及目的速度，并根據(jù)線路的狀況，自動控制列車的牽引及制動，使列車在區(qū)間內(nèi)的每個區(qū)段始終控制速度（ATP計算出來的限制速度減去5km/h)運行，并盡量減少牽引、惰行和制動之間的轉(zhuǎn)換。②停車點的目的制動車站停車點作為目的點，車站停車點由ATP軌旁單元和ATS系統(tǒng)控制。當(dāng)停車特性被啟動后，ATO系統(tǒng)基于列車速度、預(yù)先決定的制動率和距停止點的距離計算出一種制動曲線，采用最適宜的減速度（制動率）使列車精確、平穩(wěn)地停在規(guī)定的停車點。與列車定位系統(tǒng)相配合，可使停車位置的誤差達成0.5m下列。如果列車超出了停車點，ATP準(zhǔn)許后退一定距離。如果超出后退速度限制值，向列車司機發(fā)出聲音和視覺報警。③從車站自動發(fā)車當(dāng)發(fā)車安全條件符合時（在ATO模式下，關(guān)閉了車門，這由ATP系統(tǒng)監(jiān)視），ATO系統(tǒng)給出啟動顯示，司機按下啟動按鈕，ATO系統(tǒng)使列車從制動停車狀態(tài)轉(zhuǎn)為驅(qū)動狀態(tài)。停車制動將被緩和，然后列車加速。ATO通過預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)提供牽引控制，該牽引控制可使列車平穩(wěn)加速。停站時間由ATS控制，并傳送給ATP。另外，基于車站和方向的停車時間也儲存在ATP軌旁單元中，用作ATS故障下的后備程序。④區(qū)間內(nèi)臨時停車由ATP系統(tǒng)給出目的點位置（例如前方有車）及制動曲線，并將數(shù)據(jù)傳送給ATO系統(tǒng)車載單元，ATO系統(tǒng)得到目的速度為1409,的速度信息后自動啟動列車制動器，使列車停穩(wěn)在目的點前方10m左右。此時車門還是由ATP系統(tǒng)鎖住的。一旦前方停車目地地，速度信息改為進行碼后，ATO系統(tǒng)使列車自動啟動。如果車門由緊急開門打開，或是司機手柄被移至非零位置，那么列車必須由司機重新啟動SM模式或ATO模式（如果允許）。在危險狀況下，例如按下緊急停車按鈕，或是因慣用制動不充足而使列車超出緊急制動曲線，由ATP啟動緊急制動，ATO向司機發(fā)出視覺和音響警報。5s后來音響警報自動停止。⑤限速區(qū)間臨時性限速區(qū)間的數(shù)據(jù)由軌道電路報文傳輸給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)傳達給動車驅(qū)動、制動控制設(shè)備。此時ATO車載設(shè)備的功效猶如ATP系統(tǒng)與驅(qū)動、制動控制設(shè)備之間的一種接口。對于長久的限速區(qū)間，數(shù)據(jù)可事前輸人ATO系統(tǒng)，在執(zhí)行自動駕駛時，ATO系統(tǒng)會自動考慮到該限速區(qū)間。(2）無人自動折返無人自動折返是一種特殊狀況下的駕駛模式，在這種駕駛模式下無需司機控制，并且列車上的全部控制臺將被鎖閉。從接受到無人駕駛折返運行許可時，就自動進人AR模式。授權(quán)經(jīng)駕駛室MMI顯示給司機，司機必須確認(rèn)這個顯示，并得到授權(quán)，鎖閉控制臺。只有按下站臺的AR按鈕后來，才實施無人駕駛列車折返運行。ATC軌旁設(shè)備提供所需的數(shù)據(jù)以駕駛列車進人折返軌。列車將自動回到出發(fā)站臺。列車一到出發(fā)站臺，ATC車載設(shè)備就會退出AR模式。無人自動折返功效的輸人是來自車載速度／距離功效的列車現(xiàn)在的速度和位置以及ATP速度曲線。無人自動折返功效的輸出至列車制動和牽引控制系統(tǒng)的命令。(3）自動控制車門開閉由ATP系統(tǒng)監(jiān)督開門條件，當(dāng)ATP系統(tǒng)給出開門命令時，能夠按事前的設(shè)定由ATO系統(tǒng)自動地打開車門，也可由司機手動打開對的一側(cè)的車門。車門的關(guān)閉只能由司機完畢。當(dāng)列車空車運行時，從ATS接受到的指定的目的地號制止車門的打開。車門打開功效的輸人是來自ATP功效的車門釋放、運行方向和打開車門的數(shù)據(jù)，以及來自ATS功效的擬定目的地號。車門打開功效的輸出將車門打開命令發(fā)給負(fù)責(zé)控制車門的列車系統(tǒng)。2．ATO系統(tǒng)服務(wù)功效（1）列車位置列車位置功效從ATP功效中接受到現(xiàn)在列車的位置和速度等具體信息。根據(jù)上一次計算后所運行的距離來調(diào)節(jié)列車的實際位置。此調(diào)節(jié)也考慮到在ATP功效計算列車位置時傳送和接受的延遲時間，以及打滑和滑行。另外，ATO功效同測速單元的接口為控制提供更高的測量精確性。列車位置功效也接受到地面同時的具體信息，由此擬定列車的實際位置和計算列車位置的誤差。對列車位置調(diào)節(jié)，可在由ATO功效規(guī)定的直至靠近實際停車點10—15m的任意位置開始。由于這種調(diào)節(jié)，停車精度由ATO控制在但愿的范疇內(nèi)。列車位置功效的輸人來自ATP功效的列車現(xiàn)在速度和位置、軌道電路信息的變化，測速單元的讀人、軌道中同時標(biāo)記的檢測、SYNCH環(huán)線。列車位置功效的輸出用作校正列車位置信息。（2）允許速度允許速度功效為ATO速度控制器提供列車在軌道任意點的對應(yīng)速度值。這個速度沒有被優(yōu)化，只是低于現(xiàn)在速度限制和制動曲線給的限制。允許列車速度調(diào)節(jié)是為了能源優(yōu)化或由惰行／巡航功效完畢的列車運行。允許速度功效的輸人來自ATP功效的軌道現(xiàn)在位置的速度限制，以及列車制動曲線。允許速度功效的輸出至ATO速度控制器。（3)巡航／惰行功效巡航／惰行功效的任務(wù)是按照時刻表自動實現(xiàn)列車區(qū)間運行的惰行控制，同時節(jié)省能源，確保最大能量效率。ATO巡航／惰行功效協(xié)同ATS中的ATR功效，并通過擬定列車運行時間和能源優(yōu)化軌跡功效實現(xiàn)巡航／惰行功效。①擬定列車運行時間的功效由ATO和ATR功效擬定的列車運行時間，通過車站軌道電路占用完畢同時。當(dāng)列車在ATO功效下，從報文給定的列車運行時間中減去通過計時器測定的已運行時間，以擬定到下一站有效的可用時間。擬定列車運行時間功效的輸人來自ATC軌旁功效的軌道電路占用報文，以及通過ATC軌旁和ATP車載功效來自ATR功效的運行時間命令。擬定列車運行時間功效的輸出至能源優(yōu)化軌跡功效的到下一站停車點的有效運行時間。②能源優(yōu)化軌跡功效能源優(yōu)化軌跡的計算要考慮加速度、坡度制動以及曲線制動。因此，整套系統(tǒng)的軌道曲線信息都儲存在ATO存儲器中。借助此信息，并使用最大加速度，惰行／巡航功效計算出到下一停車點的速度距離軌跡。能源優(yōu)化軌跡功效的輸人來自擬定列車運行時間功效的至下站可用的列車運行時間、ATO存儲器的軌道曲線、ATP功效的ATP靜態(tài)速度曲線（例如速度限制）。能源優(yōu)化軌跡功效的輸出至ATO速度控制器的速度距離軌跡。(4)PTI支持功效PTI支持功效是通過多個渠道傳輸和接受多個數(shù)據(jù)，在特定的位置（普通設(shè)在列車進人正線的人口處）傳給ATS，向ATS報告列車的識別信息、目的號碼和乘務(wù)組號，以及列車位置數(shù)據(jù)（例如現(xiàn)在軌道電路的識別和速度表的讀數(shù)），以優(yōu)化列車運行。PTI功效是由車載設(shè)備和軌旁設(shè)備實現(xiàn)的。由ATC車載設(shè)備提供的數(shù)據(jù)，通過ATO功效，傳輸?shù)絇TI的軌旁設(shè)備，進而傳給ATS。在將信息傳輸至軌旁設(shè)備之前，ATO/PTI功效收集數(shù)據(jù)，完畢合理檢查。編輯信息必需的數(shù)據(jù)從ATS，ATC軌旁功效、司機MMI功效發(fā)送至ATO。PTI是一種非安全功效。四、ATO系統(tǒng)的基本規(guī)定1.根據(jù)線路條件、道岔狀態(tài)、前方列車位置等，實現(xiàn)列車速度自動控制。列車在區(qū)間停車應(yīng)盡量靠近前方目的地。區(qū)間停車后，在允許信號的條件下列車自動啟動。車站發(fā)車時，列車啟動由司機控制。2.ATO應(yīng)能提供多個區(qū)間運行模式，滿足不同行車間隔的運行規(guī)定，適應(yīng)列車運行調(diào)節(jié)的需要；司機手動駕駛及由ATO系統(tǒng)駕駛之間可在任何時候轉(zhuǎn)換；手動駕駛時由ATP系統(tǒng)負(fù)責(zé)安全速度監(jiān)督，自動駕駛時由ATO系統(tǒng)給出對驅(qū)動、控制設(shè)備的命令，ATP系統(tǒng)仍然負(fù)責(zé)速度監(jiān)督。3.ATO定點停車精度應(yīng)根據(jù)站臺計算長度、列車性能和屏蔽門的設(shè)立等因素選定。站臺定點停車精度宜在土0.25—土0.50m范疇內(nèi)選擇。4.ATO控制過程應(yīng)滿足舒適度和快捷性的規(guī)定。舒適度的規(guī)定重要是指牽引、惰行和制動控制以及多個工況之間的轉(zhuǎn)換控制過程的加、減速度的變化率?？旖菪灾匾侵缚刂七^程的時間宜短，以減少對站間運行時分的影響和提高運行質(zhì)量。ATO應(yīng)能控制列車實現(xiàn)車站通過作業(yè)。5.自動統(tǒng)計運行狀態(tài)、自診療及故障報警。五、ATO系統(tǒng)基本工作原理1.列車自動駕駛和ATP系統(tǒng)同樣，ATO也存儲了軌道布局和坡度信息，能夠優(yōu)化列車控制命令。ATO中有一套最大安全速度數(shù)據(jù)，與ATP的最大安全速度數(shù)據(jù)互相獨立。這樣，為了確保乘坐的舒適性，ATO可按照最大速度行駛，但是這一速度要不大于ATP的最大安全速度。ATO的最大速度能夠任意設(shè)立，梯進精度為1km/h.ATO運用通過地面ATP設(shè)備傳來的編碼得知前方未被占用的軌道電路數(shù)目或者前行列車的位置，懂得現(xiàn)在本次列車的位置，列車就能夠在達成安全停車點之前，綜合雷考慮安全因素，盡量以全速行駛。ATO系統(tǒng)的自動駕駛功效是通過ATO車載設(shè)備控制列車牽引和制動系統(tǒng)而實現(xiàn)的。為此，ATO需要ATP的數(shù)據(jù)：從ATP軌旁單元接受到的全部ATP運行命令、測速單元提供的現(xiàn)在列車位置和實際速度信息、位置識別和定位系統(tǒng)的信息、列車長度、ATS通過向ATP軌旁單元發(fā)送的出站命令和到下一站的計劃時間。如果ATO自檢測成功完畢，且ATP設(shè)備釋放了自動駕駛，信號顯示“ATO啟動”，能夠?qū)嵤〢TO駕駛。由ATO系統(tǒng)執(zhí)行的自動駕駛過程是一種閉環(huán)反饋控制過程，其基本關(guān)系框圖如圖5一27所示。測速單元通過ATP向ATO發(fā)送列車的實際位置信息。反饋環(huán)路的基準(zhǔn)輸人是從ATP數(shù)據(jù)和運行控制數(shù)據(jù)中得出的。ATO向牽引和制動控制設(shè)備提供數(shù)據(jù)輸出。ATO模式在下列條件下被激活：ATP在SM模式中；已過了車站停車時間；聯(lián)鎖系統(tǒng)排列了進路；車門關(guān)閉；駕駛手柄處在零位。于是，司機通過按壓啟動按鈕開始ATO模式，列車加速達成計算的速度曲線。如果其中一項條件不能滿足，啟動無效，ATP關(guān)閉ATO至牽引的控制信號。在達成計算速度時，系統(tǒng)根據(jù)這個速度曲線控制列車的運行。當(dāng)靠近制動啟動點時，ATO設(shè)備將自動控制慣用制動使列車運行跟隨制動曲線。2．車站程序停車線路上的車站都有預(yù)先擬定的停站時間間隔?？刂浦行腁TS監(jiān)督列車時刻表，計算需要的停站時間以確保列車正點達成下一種車站。由集中站ATS通過ATO環(huán)線傳送給ATO車載設(shè)備?？刂浦行哪芡ㄟ^集中站ATS縮短或延長車站停站時間。如果控制中心離線，集中站ATS預(yù)置一種缺省的停站時間，該時間是可編程的。在控制中心規(guī)定下，列車可跳過某車站。這一跳停命令由控制中心通過集中站ATS傳給列車。3．車站定位停車車站精確停車通過在車站區(qū)域的軌道電路標(biāo)記、分界過渡和ATO環(huán)線變換來進行。軌道電路標(biāo)記被用來擬定停車特性的適宜起始點。軌道電路分界過渡和軌旁ATO環(huán)線變換提供了距離分界。該距離分界用于達成所規(guī)定的位置精度。當(dāng)停車特性啟動后，ATO基于列車速度、預(yù)先擬定的制動率和距停止點的距離計算制動特性。ATO將通過根據(jù)規(guī)定變化牽引和制動需求來遵照此特性。制動率調(diào)節(jié)值通過ATO環(huán)線軌旁ATO獲得。此調(diào)節(jié)是動態(tài)的，是根據(jù)異常線路狀況作出的，并且能夠從OCC或SCR（車站控制室）中進行選擇。一旦列車停車，ATO會保持制動，以避免列車運動。ATO能夠與站臺屏障門（PSD）的控制系統(tǒng)全方面接口，確保列車的精確和可靠地到站停車。4.車門控制ATO只有在自動模式下才執(zhí)行車門啟動。在手動模式，由司機進行車門操作（ATP仍會提供一種安全的車門使能功效）。當(dāng)列車駛抵定位停車點，列車的定位天線（它接至車輛定位發(fā)送器和接受器）位于站臺定位環(huán)線上方，環(huán)線置于線路中央，它連向站臺定位發(fā)送器和接受器；只有當(dāng)列車停于定位停車的允許精度范疇內(nèi)，車輛定位接受器收到站臺定位發(fā)送器送來的列車停站信號，ATO系統(tǒng)確認(rèn)列車已達成擬定的定位區(qū)域，這時ATO系統(tǒng)發(fā)出“列車停站”信號給ATP系統(tǒng)，以確保列車制動；ATP系統(tǒng)檢測到零速度，通過列車定位發(fā)送器發(fā)送ATP列車停車信號給地面站臺定位接受器，站臺接受器檢測到此信號，將其譯碼，使地面“列車停站”繼電器工作；此時車站軌道電路ATP發(fā)送器發(fā)送允許打開左車門（或右門）的調(diào)制頻率信號；車輛收到允許打開車門信號，使對應(yīng)的門控繼電器工作，并提供對應(yīng)的廣播和允許開門的信號顯示，這時司機按壓與此信號顯示相一致的門控按鈕，才能夠打開規(guī)定的車門。有了車門打開信號后來，使車輛定位發(fā)送器改發(fā)打開屏蔽門信號，當(dāng)站臺定位接受器收到此信號，使打開屏蔽門繼電器吸起，以使與列車車門相對的屏蔽門打開（涉及屏蔽門的數(shù)量及位置）。列車停站時間結(jié)束（或人工終止），地面停站控制單元啟動車站ATP模塊，軌道電路停發(fā)開門信號，車輛收不到開門信號，使門控繼電器落下。司機按壓關(guān)門按鈕，關(guān)閉車門；與此同時，車輛停發(fā)打開屏蔽門信號，車站打開屏蔽門繼電器落下；車站在檢查了屏蔽門已關(guān)閉及鎖閉好后來，才允許ATP系統(tǒng)向軌道電路發(fā)送運行速度命令信息，車輛收到速度命令同時，檢查了車門已關(guān)閉和鎖閉、ATO發(fā)車表達燈點亮，列車可按車載ATP收到的速度命令進行出發(fā)控制。如果車門控制系統(tǒng)碰到在發(fā)出車門關(guān)閉請求后車門關(guān)閉被制止的妨礙時，車門將會循環(huán)關(guān)閉。如果車輛在“x”秒后還探測不到車門的關(guān)閉，告知車輛報告系統(tǒng)（VAS），同時產(chǎn)生一條有關(guān)關(guān)閉車門被制止的報告。然后，車門在y秒的延遲后被請求關(guān)閉。在z秒后，如果車門還是被檢出沒關(guān)，車門將會打開，一條關(guān)門受阻的報警就送到軌旁設(shè)備?！皒”，“y”、“z”的時間從1s到15s可變化。5.軌旁／列車數(shù)據(jù)交換列車與軌旁的通信是非安全的。任何狀況下控制中心需要與列車通信時，軌旁設(shè)爵備都作為數(shù)據(jù)交換的接口。列車發(fā)到軌旁的數(shù)據(jù)：分派列車號；目的地；車門狀態(tài)；車輪磨損表達（從ATP到控制中心）；在靠近車站時制動所產(chǎn)生的過量車輪滑動；緊急狀況或異常狀況（例如不對的的開門）。軌旁發(fā)到列車的數(shù)據(jù)：車輛車門啟動命令；列車號確實認(rèn)；列車長度；性能修改數(shù)據(jù)；出發(fā)測試指令；車門循環(huán)測試；主時鐘參考信號；跳停指令；擱置命令；申請車載系統(tǒng)和報警狀態(tài)。6．性能等級性能等級是列車標(biāo)記的一部分，能夠被中央ATC修改。列車從軌旁接受到由中央ATC所擬定的性能等級。性能等級由速度限制、命令的加速、預(yù)定的減速構(gòu)成。為了減少數(shù)據(jù)的傳輸量，一張六個性能等級的表寄存在列車上。為了修改現(xiàn)在性能等級，中央ATC發(fā)送單數(shù)字命令。7．滑行模式滑行模式是一種額外的性能等級，其規(guī)定是級別1到5處在有效狀態(tài)，并且當(dāng)申請滑行時，目的速度不不大于40km/h?；心Ｊ綍沽熊囋谏想姷拈g隙進行滑行，并且允許列