第06章列車自動駕駛(ATO)系統(tǒng)方案

第6

章列

車

自

動

駕

駛

(

ATO)系

統(tǒng)號

與有用價言

化

第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)ATO

系統(tǒng)是

ATC

系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，主要實現(xiàn)“地對車控制”,即用地面信

息實現(xiàn)對列車驅(qū)動、制動控制，以及列車自動折返。根據(jù)控制中心指令自動完成

對列車的啟動、牽引、惰行和制動，并送出車門和屏蔽門同步開關(guān)信號，使列車

按最佳工況正點(diǎn)、安全、平穩(wěn)地運(yùn)行。知

識

點(diǎn)1.ATO

系統(tǒng)的作用；2.ATO

系統(tǒng)設(shè)備的基本組成；3.ATO列車控制過程的基本原理。技能目標(biāo)1.掌握列車自動駕駛的控制過程；2.掌握

ATO和

ATP

對車門控制的區(qū)別；3.掌握

ATO和

ATP在制動方面的區(qū)別；4.掌握

ATO

系統(tǒng)的主要服務(wù)功能。第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)后料號與有用價后不

化6.1

ATO系

統(tǒng)

的

基

本

概

念A(yù)TO

系統(tǒng)為非故障一安全系統(tǒng)。系統(tǒng)主要目的是

模擬最佳的司機(jī)駕駛，

實現(xiàn)高質(zhì)量的自動駕駛，控制

列車自動運(yùn)行，

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。ATO

系統(tǒng)接收前車信息、目標(biāo)距離、軌道信息、坡度信息以及控制中心指令等所有信息，車載計算機(jī)對信息進(jìn)行處理，

以優(yōu)化列車的控制。

ATO還裝有一個雙

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，保證實現(xiàn)最佳的運(yùn)行圖控制。當(dāng)列車處于自動駕駛模式時，車載ATO

運(yùn)用牽引

和制動控制，實現(xiàn)列車的自動運(yùn)行。信

號

與

用

信

論

第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)6.2

ATO系

統(tǒng)

的

設(shè)

備

組

成ATO

系

統(tǒng)

主

要

由

軌

旁

設(shè)

備

和

車

載

設(shè)

備

兩

部

分

組

成

。ATO系

統(tǒng)

軌

旁

設(shè)

備

通

常

兼

用ATP

軌

旁

設(shè)

備

，接收

與

列

車自

動

運(yùn)

行

有

關(guān)的

信息。ATO

系統(tǒng)車

載設(shè)

備由設(shè)

在

列

車

每

一

駕

駛

室內(nèi)的ATO控

制

器(包

括司

機(jī)

控

制臺

)

及

安

裝

在

駕

駛

室

車

體

下的

兩

個ATO接收天線和兩個ATO發(fā)

送天線

組

成

，還包括一些其他ATO附件，這些附件用于速度

測

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

機(jī)

柜內(nèi)，車

載

單

元

采

用

非

故

障

一

安

全

的

一

取

一

配

置

方

式

。信料號與村用信

化

第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)ATO

系

統(tǒng)

具

有

一

個

地

車

雙

向

通

信

系

統(tǒng)

，

通

過

車

載ATO天

線

和

地

面ATO

環(huán)

線

，

使列

車

經(jīng)

控

制中心

與

車

站的ATS

系

統(tǒng)

連

接，

接受

控

制

命

令(如

列

車的

運(yùn)

行

調(diào)

整、

目的

地

的

變

更

命

令

等

)

,

實

現(xiàn)

列

車

的

最

佳

運(yùn)

營

控

制

，

完

成

程

序

停

車

、

運(yùn)

行

圖

和

時

刻

表

調(diào)

整

、

軌

旁

/

列

車

數(shù)

據(jù)

交

換

、

目

的

地

和

進(jìn)

路

控

制

等ATO

功

能

。ATO車

載

通

信

系

統(tǒng)

在

所

有

駕

駛

模

式中處

于

活

動

狀

態(tài)

，

向

軌

旁

設(shè)

備

傳

輸

信息。信

料

號

與

用

信

第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)ATO

系

統(tǒng)

個

系

統(tǒng)

為

列

車

列

車

實

現(xiàn)

精

確

包

括

車

底

部

的

及

沿

每

個

車

站

線

圈

。ATO系

統(tǒng)的

地

及

其

線

路

屏

提

供

車

站

信包

括

列

車

廣

播

設(shè)

備

，

以

及

提

態(tài)

信

息

的ATO三

與

能

第

6精

確

定

位

精

確

的

位

。

精

確

定

線

圈

和

對

設(shè)

置

的

一實

現(xiàn)

自

動廣

播，

并

所

以ATO設(shè)

備

、

車

站

標(biāo)

識

和

報

告

系

統(tǒng)車

自

動

駕

駛向

列

車

內(nèi)

作

目向

車內(nèi)顯

示

系統(tǒng)設(shè)備

還廂

信

息

顯

示

車

站

停

車

狀

設(shè)

備

等

。系

統(tǒng)具

有

提

供

停

車

標(biāo)

志

站

臺需

要信

息

息

。系

統(tǒng)

供

車

車

輛章

列停

車

置

信

位

停

位

天

組

地統(tǒng)

，

,

使

系

統(tǒng)

,

以

標(biāo)

志系息車線面這ATO系

統(tǒng)

的

功

能

分

為

基

本

控

制

功

能

和

服

務(wù)

功

能

。

基

本

控

制

功

能

包

括

：

列

車

自動

駕

駛

、

自

動

折

返

和

車

門

控

制

三

個

功

能。

惰輔

、功

別：(列P

)

、等TI車6.3

ATO系

統(tǒng)的

功

能

及

其

工

作

原

理化

第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)信*號

與有用價言6.3.1

基本控制功能及原理1.

列

車

自

動

駕

駛

控

制列車自動駕駛控制功能，就是實現(xiàn)列車自動駕

駛模式下的列車啟動、加速、制動，車站發(fā)車、定

位停車，區(qū)間限速、

臨時停車和車門、屏蔽門開啟

的自動控制。1)自動調(diào)整列車運(yùn)行速度在列車自動駕駛模式下，

ATO

車載控制器通過

比較實際列車運(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

運(yùn)

行

，

并

盡

可

能

減

少

牽

引

、

惰

行

和

制

動

之

間

的

轉(zhuǎn)

換

。信

號

與

用

信

論

第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)2)定位停車點(diǎn)的目標(biāo)制動在

列

車

自

動

駕

駛

模

式

下

，

以

車

站

停

車

點(diǎn)

作

為

目

標(biāo)

點(diǎn)

，

當(dāng)

停

車

特

征

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(diǎn)

的

距

離

計

算

出

一

個

制

動

曲

線

，

并

采

用

最

合

適

的

減

速

度

(

制

動

率

)使

列

車

準(zhǔn)

確、

平

穩(wěn)

地

停

在

規(guī)

定的

停

車

點(diǎn)

。

與列

車

定

位

系

統(tǒng)

相

配

合，

可

使停

軍

位

置

的

誤

差

降

到

0

.

5m

以

下

。信料號與村用信

化

第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)車

站

定

點(diǎn)

停

車

是

靠

一

組

地

面

標(biāo)

志

線

圈

(

或

稱

標(biāo)

志器

)

提

供

至

停

車

點(diǎn)

的

距

離

信

息

，

標(biāo)

志

線

圈

(

也

是

應(yīng)

答動

曲

線

停

車

，

列

車

離

定

位

停

車

點(diǎn)

較

遠(yuǎn)

；

當(dāng)

列

車

駛

抵

中間

標(biāo)

志

器

時

，

產(chǎn)

生

第

二

制

動

模

式

曲

線

，

并

對

第

一

階

段收

到

內(nèi)

方

標(biāo)

志

器

傳

來

的

停

車

信

息

時

，

產(chǎn)

生

第

三

制

動

模點(diǎn)

的

距

離

更

近

；

當(dāng)

列

車

收

到

站

臺

標(biāo)

志

器

送

來

的

校

正

信車

再

次

緩

解

制

動

控

制

。

經(jīng)

多

次

制

動

、

緩

解

控

制

，

確

保動

，

將

車

停

住

。后料號與有用價后不

化

第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)

器)設(shè)置的多少可視定位停車精度而異，

一般為3～4個，圖6-3為地面停車標(biāo)志器布置示意圖。當(dāng)列車正向運(yùn)行經(jīng)過第

一個標(biāo)志線圈時，列車接收停車標(biāo)志信息，啟動定點(diǎn)停車程序，產(chǎn)生第

一制動模式曲線，按此制息時，

即轉(zhuǎn)入停車模式，產(chǎn)生第四制動模式曲線，列式曲線，列車再次進(jìn)行緩解控制，使列車離定位停車制動進(jìn)行緩解控制，以使列車離停車點(diǎn)更近；當(dāng)列車列車定位停車的精度控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)，當(dāng)車載定位天線與地面定位天線對齊時，立即實施全常用制2

2O

○外方標(biāo)志器對

中間標(biāo)志器對

內(nèi)方標(biāo)志器

站臺標(biāo)志器(無源)

(無源)

(無源)

對位天線(有源)圖6-3地面停車標(biāo)志器布置示意圖m150

m-25

m+8

m→第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)后料號與有用價后不

化3503)車站自動發(fā)車在列車自動駕駛模式下，當(dāng)發(fā)車安全條件符

合

時

(

如

關(guān)

閉

了

車

門

等

)

,

ATO

系

統(tǒng)

給

出

啟

動

顯

示，

司

機(jī)

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)。停車制動將被緩解，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

。第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)己

與對能后淋

化4)區(qū)間臨時停車如區(qū)間內(nèi)列車運(yùn)行前方有事故或車，

由ATP系統(tǒng)給出目標(biāo)點(diǎn)位置及制動曲線，

并將數(shù)據(jù)傳送給

ATO系統(tǒng)車載單元，

ATO系統(tǒng)得到目標(biāo)速度為“0”

的速度信息后自動啟動列車制動器，

使列車臨時停

在目標(biāo)點(diǎn)前方10m

左右。此時車門還是由ATP

系統(tǒng)

鎖住的。

一旦運(yùn)行前方停車目標(biāo)點(diǎn)取消，速度信息改為進(jìn)行碼后，ATO

系統(tǒng)使列車自動啟動。在危險情況下，例如按下緊急停車按鈕，或是因常用制動不充分而使列車超過緊急制動曲線，

所規(guī)定的制動距離由ATP啟動緊急制動，ATO向司機(jī)發(fā)出視覺和

音響警報，5S

以后音響警報自動停止。信

料

號

與

用

信

化

第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)5)限速區(qū)間控制臨

時

性

限

速

區(qū)

間

的

數(shù)

據(jù)

由

軌

旁

設(shè)

備

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(dá)

給

動

車

驅(qū)

動

、

制

動

控

制

設(shè)

備

。

此

時ATO車

載

設(shè)

備

的

功

能

猶

如ATP

系統(tǒng)

與

驅(qū)

動

、

制

動

控

制

設(shè)

備

之

間

的

一

個

接

口

。

對

于

長

期

的

限

速

區(qū)

間

，

數(shù)

據(jù)

可

事

先

輸

入ATO

系統(tǒng)，在執(zhí)行自動駕駛模式時，

ATO

系統(tǒng)會自動

考慮該限速區(qū)間的控制。信料號與村用信

論

第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)驅(qū)動、制動ATS

ATO

控制設(shè)備定位系統(tǒng)ATP

列車數(shù)據(jù)圖6-4

列車自動駕駛原理與有網(wǎng)

視

第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)感器速傳測電ATO

系統(tǒng)執(zhí)行的自動駕駛過程是一個閉環(huán)反

饋

控

制

過

程

，

其

基

本

原

理

如

圖

6

-

4

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

入

是

從ATP數(shù)據(jù)和運(yùn)營控制數(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

。2.

列車自動折返控制自動折返是一種特殊情況下的駕駛模式，在折返站

使

用

，

這

種

駕

駛

模

式

下

無

需

司

機(jī)

控

制

，

而

且

列

車

上進(jìn)

入

自

動

折

返

模

式

。

授

權(quán)

經(jīng)

駕

駛

室

人

機(jī)

接

口(MMI)

顯示

給

司

機(jī)

，

司

機(jī)

必

須

確

認(rèn)

這

個

顯

示

，

并

得

到

授

權(quán)

，

鎖閉

控

制

臺。若采用ATO

自動運(yùn)行折返模式，在司機(jī)按壓ATO啟動按鈕后，列車自動駛?cè)胝鄯弟墸⒏淖冘囶^和軌道

電路

發(fā)

送

方

向；

在

折返軌至

發(fā)

車

站

臺

的

進(jìn)

路

排

列

完成后

，再

次

按

壓ATO啟動按鈕

，

列

車

自

動

駛

入

發(fā)

車

站臺，并

精

確

地

停

在

發(fā)

車

站

臺

，

此

時，ATO車

載

設(shè)

備

即若

采

用ATO

無人

自動折返模

式

，

只有

在

司

機(jī)

下

車折返

輸，線，輸

出使列

車

制

動

和

牽

引

的

控

制

命

令

。

的全部控制臺將被鎖閉。列車收到折返許可后，自動人距離功能的列車當(dāng)前的速度和位置以及ATP

速度曲后

號

與

用

作

后

論

第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)

退出自動折返模式。3.

列

車

車

門

自

動

控

制ATO

是車門控制命令的發(fā)出者，

ATO

只在自

動模式下執(zhí)行車門開啟。當(dāng)列車到達(dá)定位停車點(diǎn)，

ATP

檢測車速為零，

發(fā)送列車停站信號給站臺定位

接

收

器

，

此

時ATP發(fā)

送

允

許

車

門

打

開

信

號

，

車

輛

收

到ATP發(fā)送的允許車門打開信息，

發(fā)送相應(yīng)的軍門

打開信號給門控單元，打開規(guī)定的車門；

同時車輛發(fā)送信息給地面，打開相應(yīng)屏蔽門。列車停站結(jié)束后，司機(jī)按下關(guān)門按鈕，發(fā)出關(guān)

門信號，同時發(fā)送信號給站臺關(guān)閉屏蔽門，車站檢

查

屏

蔽

門

關(guān)

閉

鎖

好

后

，

允

許ATP

發(fā)

送

運(yùn)

行

速

度

命

令

信息，車輛檢查車門關(guān)閉鎖好，隨即列車啟動。信

料

號

與

用

信

論

第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)6.3.2

其

他

輔

助

功

能

及

原

理1.列

車

定

位

修

正

功

能ATO列車定位修正功能是從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)上一次計算后所運(yùn)行的距離來調(diào)整列車的實際位置。此調(diào)整也考慮到在ATP

功能計算列車位置時信息傳送和接

收的延遲時間，

以及打滑和滑行等因素。ATO

列車

位置調(diào)整功能也接收到地面定位修正信息，

由此確

定列車的實際位置和計算列車位置的誤差。對列車

定位修正可在由ATO功能規(guī)定的至接近實際停車點(diǎn)

10～15

m的任意位置開始，并且可使停車精度由

ATO

控制在希望的范圍內(nèi)。信

料

號

與

用

信

論

第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)2.

巡

航

/

惰

行

功

能巡航/惰行功能的任務(wù)是按照時刻表自動實現(xiàn)列

車區(qū)間運(yùn)行的惰行控制，同時節(jié)省能源，保證最大能

(功

功O現(xiàn)能巡巡，

并//

惰過

確

定

列。協(xié)車同運(yùn)AT行S

間的和列能車源自優(yōu)動化列車運(yùn)行時間是指由ATO

和ATR

功能確定的列車

運(yùn)行時間。當(dāng)列車在ATO

功能下，從報文給定的列車

運(yùn)行時間中減去通過計時器測定的已運(yùn)行時間，

以確定到下一站有效的可用時間。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。

一般系統(tǒng)所需

要的軌遒曲線信息都儲存在ATO存儲器中。借助此信

息，并使用最大加速度，惰行/巡航功能計算出到下

一停車點(diǎn)的速度距離軌跡。能TR。A信

料

號

與

用

信

化

第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)3.

列車識別(PTI)

支持功能PTI

支

持

功

能

是

通

過

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

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

當(dāng)

前

軌

道

電

路

的

識

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)備實現(xiàn)

的

。

由

ATC車

載

設(shè)

備

提

供

的

數(shù)

據(jù)

，通

過ATO

傳

輸

到PTI

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

收

集

數(shù)

據(jù)，

完

成

合

理

檢

查

。信

號

與

用

信

論

第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)6.4

ATO與

ATP

系

統(tǒng)

的

關(guān)

系在“距離碼ATP系統(tǒng)”的基礎(chǔ)上安裝ATO系統(tǒng)

，列車就可采用自動方式進(jìn)行駕駛。在選擇自動

駕駛模式時，

ATO系統(tǒng)代替司機(jī)操縱，諸如列車啟動

加

速、勻

速

惰

行、

制

動

等

基

本

駕

駛

功

能

均

能自

動進(jìn)行。然

而

，

不

論

是由

司

機(jī)

手

動

駕

駛

還

是由ATO系統(tǒng)自動駕駛，

ATP系統(tǒng)始終執(zhí)行其速度監(jiān)督和超速

防護(hù)功能。所以，ATP是ATO的基礎(chǔ)，

ATO不能脫

離ATP工作，

ATO必須從ATP系統(tǒng)獲得基礎(chǔ)信息，

只

有

在ATP的

基

礎(chǔ)

上

才

能

實

現(xiàn)ATO功

能

，

列

車

安

全

才

有

保

證

?？?/p>

以

這

祥

認(rèn)

為

：自

動

駕

駛

=

ATO

系

統(tǒng)

自

動

駕

駛

+ATP

系

統(tǒng)

。信料號與村用信

化

第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)ATP系統(tǒng)主要是運(yùn)用自動實施常用制動和緊急制動

的手段，

當(dāng)列車超過其允許的最大速度時降低列車速

度，以保證列車的安全行駛。而ATO系統(tǒng)主要是合理

運(yùn)用牽引和制動，保持列車準(zhǔn)點(diǎn)、高效、平穩(wěn)運(yùn)行。駕

駛

室控制臺常用制動

緊急制動圖

6

-

5

ATO

和

ATP第

6

章

列

車

自

動

駕

駛

系

統(tǒng)信*號

與

有

能

言化ATP

ATOATS曲

線

①

表

示

列

車

的

緊

急

制

動

曲

線

，

由

ATP

系

統(tǒng)

計

算

及監(jiān)督。列車速度一旦觸及