軌道交通ATP ATO

1、輸出接口負(fù)責(zé)輸出信息指令以及與列車(chē)運(yùn)行相關(guān)的控制命令，從而使列車(chē)正常牽引、折返或者制動(dòng)，同時(shí)完成對(duì)列車(chē)門(mén)和顯示燈的操作。網(wǎng)絡(luò)接口主要完成與列車(chē)超速防護(hù)、列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控和列車(chē)總線(xiàn)的數(shù)據(jù)交換，保證通信的暢通和穩(wěn)定。通信單元通過(guò)發(fā)送/接收天線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)車(chē)載設(shè)備和軌旁設(shè)備的通信，完成車(chē)/地信息交換，同時(shí)診斷接口的工作是否出現(xiàn)異常。CPU是列車(chē)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的主要控制器，負(fù)責(zé)處理控制算法和相關(guān)指令，對(duì)列車(chē)運(yùn)行中產(chǎn)生的信息進(jìn)行運(yùn)算、并完成指令輸出等操作。例如CPU依據(jù)輸入單元輸入的變量、參數(shù)，重新生成列車(chē)運(yùn)行曲線(xiàn)，或者計(jì)算列車(chē)惰行或者制動(dòng)初始點(diǎn)，然后通過(guò)輸出接口發(fā)出指令控制相應(yīng)的系統(tǒng)動(dòng)作等等。存儲(chǔ)單元分析列車(chē)運(yùn)行

2、中檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，對(duì)經(jīng)判斷需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分類(lèi)、整理和存儲(chǔ)。2.2ATO系統(tǒng)功能總體來(lái)說(shuō)，ATO系統(tǒng)具有自動(dòng)駕駛模式、列車(chē)速度控制、列車(chē)目標(biāo)制動(dòng)、車(chē)門(mén)的控制以及根據(jù)時(shí)刻表生成節(jié)能速度曲線(xiàn)的功能。在自動(dòng)駕駛模式下，列車(chē)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)完全自動(dòng)、智能地控制列車(chē)從一站運(yùn)行到下一站。對(duì)于列車(chē)速度的控制，ATO系統(tǒng)控制和監(jiān)督列車(chē)的運(yùn)行速度，并根據(jù)最大允許速度參數(shù)來(lái)保持列車(chē)的速度。列車(chē)目標(biāo)制動(dòng)功能則通過(guò)提前計(jì)算列車(chē)制動(dòng)初始位置，使其能夠精確停在計(jì)劃規(guī)定的目標(biāo)位置點(diǎn)。列車(chē)的車(chē)門(mén)開(kāi)啟、關(guān)閉控制，是列車(chē)到達(dá)車(chē)站，并且能夠安全停穩(wěn)之后，ATO系統(tǒng)接收到允許的開(kāi)或者關(guān)門(mén)命令后，打開(kāi)車(chē)門(mén)，車(chē)門(mén)的關(guān)閉操作由司機(jī)或者停

3、車(chē)時(shí)間到的時(shí)候去觸發(fā)。根據(jù)時(shí)刻表生成節(jié)能速度曲線(xiàn)的功能也是可選擇的，如果在兩站之間運(yùn)行的列車(chē)有很充足的旅行時(shí)間，可以選擇這一項(xiàng)功能，使列車(chē)獲得一個(gè)較為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行速度來(lái)勻速運(yùn)行，從而節(jié)省能源。ATO系統(tǒng)的功能是非安全的，通過(guò)接收自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的命令，在超速防護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)督下，控制列車(chē)能夠安全地在線(xiàn)路上行駛。一旦列車(chē)超速，為確保行車(chē)安全，ATP控制列車(chē)采取相應(yīng)的制動(dòng)。運(yùn)行在連鎖區(qū)的列車(chē)必須被保證只在鎖閉的線(xiàn)路上行駛，如果出現(xiàn)幾列車(chē)同時(shí)使用同一區(qū)段的情況，ATP系統(tǒng)為避免事故發(fā)生，需確保同一時(shí)刻只有一輛列車(chē)運(yùn)行在此區(qū)段22。在有司機(jī)控制的情況下，ATO系統(tǒng)根據(jù)ATP系統(tǒng)的限速要求自動(dòng)調(diào)整列車(chē)運(yùn)行速度，保

4、證列車(chē)能夠準(zhǔn)確、平穩(wěn)地停在目標(biāo)位置點(diǎn)；自動(dòng)列車(chē)駕駛系統(tǒng)的使用,能夠減少列車(chē)區(qū)間運(yùn)行時(shí)間，增加運(yùn)行在同一線(xiàn)路上的列車(chē)班次，進(jìn)而提高線(xiàn)路的運(yùn)營(yíng)密度。但(p6)是，駕駛員的監(jiān)督在某些情況下不可缺少，這時(shí)，駕駛員需要在人工駕駛模式和自動(dòng)駕駛模式之間切換，確保列車(chē)安全運(yùn)行Ml。ATO系統(tǒng)主要功能是實(shí)現(xiàn)列車(chē)高質(zhì)量的自動(dòng)駕駛。根據(jù)線(xiàn)路環(huán)境情況、列車(chē)超速防護(hù)系統(tǒng)的限制速度、列車(chē)運(yùn)行時(shí)刻等信息，ATO系統(tǒng)生成一條優(yōu)化的速度參考曲線(xiàn)。速度控制器通過(guò)控制列車(chē)列車(chē)牽引系統(tǒng)和常用制動(dòng)系統(tǒng)，使列車(chē)跟隨目標(biāo)速度曲線(xiàn)安全、準(zhǔn)時(shí)地運(yùn)行，同時(shí)要提高運(yùn)行效率，考慮乘客舒適度和列車(chē)能耗，從而確保列車(chē)能夠在高速下平穩(wěn)地自動(dòng)運(yùn)行。總而言

5、之，ATO系統(tǒng)完成列車(chē)在站臺(tái)的啟動(dòng)、行駛過(guò)程中的加速、在區(qū)間的巡航運(yùn)行(包括牽引惰行巡航、勻速巡航和惰行制動(dòng)巡航)，以及進(jìn)站停車(chē)的過(guò)程。如果列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中遇到臨時(shí)限速、臨時(shí)停車(chē)等情況，列車(chē)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)計(jì)算制動(dòng)初始點(diǎn)，使列車(chē)在目標(biāo)位置能夠準(zhǔn)確減速到目標(biāo)值。下面從列車(chē)運(yùn)行過(guò)程來(lái)說(shuō)明ATO系統(tǒng)的主要功能24,25(1) 打開(kāi)/關(guān)閉車(chē)門(mén)ATO系統(tǒng)通過(guò)ATP子系統(tǒng)發(fā)送來(lái)的開(kāi)、關(guān)車(chē)門(mén)控制信息控制車(chē)門(mén)開(kāi)、關(guān)動(dòng)作。(2) 列車(chē)的啟動(dòng)加速列車(chē)由在車(chē)站的停止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始，通過(guò)ATO系統(tǒng)的主控制器控制列車(chē)加速到目標(biāo)速度。當(dāng)ATO的CPU接收到允許運(yùn)行的信號(hào)后，控制列車(chē)牽引系統(tǒng)使列車(chē)啟動(dòng)，如果沒(méi)有接收到允許信號(hào)，即便司機(jī)

6、按下啟動(dòng)按鈕，列車(chē)也不會(huì)啟動(dòng)。啟動(dòng)后，考慮到行車(chē)安全性和舒適度，ATO系統(tǒng)使用合適的牽引檔位控制列車(chē)加速達(dá)到預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)速度。(3) 區(qū)間自動(dòng)運(yùn)行列車(chē)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)控制列車(chē)達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)速度后，列車(chē)轉(zhuǎn)入巡航階段(即使列車(chē)的速度在某一范圍內(nèi)圍繞目標(biāo)速度上下波動(dòng)，從控制列車(chē)運(yùn)行的角度出發(fā)，表現(xiàn)為牽引惰行、或者惰行制動(dòng))運(yùn)行。根據(jù)列車(chē)超速防護(hù)系統(tǒng)的限制速度和列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的命令，ATO系統(tǒng)調(diào)整列車(chē)速度，使其保持在限速范圍內(nèi)。如果列車(chē)進(jìn)入不同的限速區(qū)，ATO系統(tǒng)確保列車(chē)在ATP限制速度內(nèi)的同時(shí)也必須及時(shí)調(diào)整車(chē)速，使列車(chē)在高限速區(qū)不會(huì)以過(guò)低速度運(yùn)行而造成能源浪費(fèi)。列車(chē)在運(yùn)行時(shí)，如果遇到前方有列車(chē)或

7、者前方軌道因某事故而被占用的情況，ATO系統(tǒng)會(huì)接收到前行車(chē)或事故的具體位置信息，從該位置開(kāi)始反向計(jì)算列車(chē)制動(dòng)起始位置點(diǎn)。列車(chē)在這種情況下的停車(chē)精度可以稍低于定點(diǎn)停車(chē)所要求的精度。直到列車(chē)再次接收到允許行車(chē)的命令，列車(chē)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)通過(guò)牽引系統(tǒng)的控制使列車(chē)重新啟動(dòng)。如果列車(chē)進(jìn)入臨時(shí)限速區(qū)域，在接收到限速信息后，ATO系統(tǒng)能夠根據(jù)具體情況，判斷出列車(chē)是否必須在剩余的行車(chē)區(qū)段重新生成參考曲線(xiàn)，進(jìn)而控制列車(chē)在規(guī)定的運(yùn)行(p7)時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)行到目的地。對(duì)于經(jīng)常限速的區(qū)段，列車(chē)可以在生成目標(biāo)曲線(xiàn)時(shí)提前將此限速信息考慮在內(nèi)，減少曲線(xiàn)生成的頻率。(4) 列車(chē)的進(jìn)站停車(chē)控制運(yùn)行到站臺(tái)的列車(chē)需要精確地停在規(guī)定位置。

8、以車(chē)站停車(chē)點(diǎn)作為目標(biāo)點(diǎn)，ATO系統(tǒng)根據(jù)列車(chē)實(shí)際運(yùn)行速度，計(jì)算列車(chē)制動(dòng)起始點(diǎn)，通過(guò)安裝在車(chē)站內(nèi)和預(yù)定位置處的列車(chē)定位系統(tǒng)，控制列車(chē)在該點(diǎn)制動(dòng)。如果列車(chē)實(shí)際制動(dòng)停車(chē)的初始位置點(diǎn)與目標(biāo)曲線(xiàn)中的制動(dòng)位置點(diǎn)誤差較大，這種情況下，ATO系統(tǒng)需要更新目標(biāo)曲線(xiàn)。列車(chē)跟隨新的曲線(xiàn)運(yùn)行，從而準(zhǔn)確、平穩(wěn)地停在規(guī)定的位置，并使停車(chē)誤差不超過(guò)50cm。同時(shí)，ATP系統(tǒng)允許列車(chē)超過(guò)停車(chē)位置點(diǎn)時(shí)受限制的退行。列車(chē)的折返通過(guò)無(wú)線(xiàn)報(bào)文請(qǐng)求經(jīng)駕駛室顯示設(shè)備傳達(dá)給司機(jī)，列車(chē)靜止時(shí)的折返是自動(dòng)啟動(dòng)的。通過(guò)與列車(chē)超速防護(hù)系統(tǒng)，列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，ATO系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)駕駛室的的自動(dòng)換向，并能夠與PIS(PanssengerIn

9、formationSystem，車(chē)載乘客信息系統(tǒng))進(jìn)行通信，使旅客能夠及時(shí)獲得需要的列車(chē)運(yùn)行信息。ATO系統(tǒng)還有利用定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車(chē)地通信、記錄、診斷等功能，圖2.2為ATO系統(tǒng)功能模塊表示圖26。圖2.2ATO系統(tǒng)功能模塊圖2.3ATO系統(tǒng)運(yùn)行控制分析ATO系統(tǒng)實(shí)際上就是通過(guò)控制機(jī)車(chē)牽引力和制動(dòng)力，使列車(chē)的運(yùn)行速度跟隨目標(biāo)曲線(xiàn)中當(dāng)前路段下的速度來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的，這也是ATO系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能。目標(biāo)曲線(xiàn)就是列車(chē)運(yùn)行的參考曲線(xiàn)。在生成列車(chē)參考曲線(xiàn)的過(guò)程中，要綜合考慮線(xiàn)路情況、ATP(p8)系統(tǒng)的限制速度及ATO系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)等，根據(jù)這些限制因素，再結(jié)合列車(chē)受力情況，最終得到列車(chē)運(yùn)行要參考的優(yōu)化

10、目標(biāo)曲線(xiàn)。下面將給出ATO系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)加以簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)一個(gè)粗略的列車(chē)運(yùn)行參考曲線(xiàn)進(jìn)行分析。2.3.1ATO系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)ATO系統(tǒng)主要有如下五項(xiàng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)：安全性、停車(chē)精度、準(zhǔn)時(shí)性、舒適性和節(jié)能27。因此，在自動(dòng)調(diào)整車(chē)速的過(guò)程中，盡可能同時(shí)實(shí)現(xiàn)上述各項(xiàng)指標(biāo)，并能夠進(jìn)行站內(nèi)定點(diǎn)精確停車(chē)是ATO系統(tǒng)的主要目標(biāo)。(1) 安全性ATP系統(tǒng)保證列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中任何時(shí)刻的行車(chē)安全。列車(chē)運(yùn)行時(shí)，ATO系統(tǒng)按照司機(jī)的臨時(shí)操作控制列車(chē)相應(yīng)的設(shè)備運(yùn)行來(lái)調(diào)節(jié)列車(chē)速度，或者按照ATS系統(tǒng)的輸入來(lái)控制列車(chē)速度。ATP系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)列車(chē)超速行駛，便立刻發(fā)出警告，使列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)控制列車(chē)減速，確保行車(chē)的安全。(2) 停車(chē)精度列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)能力是行車(chē)安全的重要保障。為了使列車(chē)停在預(yù)定目標(biāo)位置點(diǎn)，需借助列車(chē)定位功能。高列的停車(chē)誤差可以在土50cm以?xún)?nèi)。設(shè)S為列車(chē)實(shí)際制動(dòng)停車(chē)后的位置，S為要求的停車(chē)位置，S是停車(chē)誤差，10得到：當(dāng)S0.50m時(shí)，列車(chē)停在允許范圍外，在ATP允許下退行到合適位置打開(kāi)車(chē)門(mén)。(3) 行車(chē)時(shí)間評(píng)判模型設(shè)T為列車(chē)超速防護(hù)系統(tǒng)給定的在兩站間運(yùn)行所需時(shí)間，T.為列車(chē)在兩站min間以最大行駛速度運(yùn)行所需的時(shí)間。T與T.的