第9讲 列车自动控制系统(3)

1M列车自动控制系统ATC（3）2以西门子公司Trainguard®MTATO为例介绍ATO子系统功能ATO子系统原理和性能：轨旁设备、车载设备、列车和轨旁之间的信息交换、列车驾驶控制原理、车站停车精度控制原理ATO子系统软件司机操作装置主要内容3ATO子系统概述TRAINGUARD®MT系统中的列车自动驾驶ATO负责控制列车的运行，例如列车的自动启动，列车的速度调整，列车的目标制动以及车门、屏蔽门的开/关的启动控制。由于ATO始终在ATP的监督下运行，所以,就ATO设备而言并没有安全相关的要求。ATO的主要部件在列车上，以实现TRAINGUANDMT的自动驾驶模式。ATO的功能是非安全型的，ATO车载单元是单通道的计算机。轨旁ATO的功能通过ATS，轨旁ATP和SICAS实现。所以，ATO轨旁功能不需额外的物理设备。4ATO子系统功能自动驾驶模式列车启动后，ATO系统完全自动控制列车运行至下一车站。在ATO模式（自动驾驶模式）下，可以根据ATS的调整指令调整区间走行时间。区间实际走行时间与规定值的误差不大于5%。列车速度控制该功能控制和监督列车的速度，并且根据最大允许速度参数来保持列车的速度。列车目标制动列车目标制动功能使列车精确地停在计划规定的位置。在ATO模式（自动驾驶模式）下，列车在车站站台的停车精度应不大于±0.3m。5ATO子系统功能车门、屏蔽门的打开和关闭列车抵达车站并停稳后，ATO功能将会打开列车车门，经通信通道由报文触发打开站台屏蔽门。车门关闭将由司机或在停站时间到时触发。根据时刻表生成节能速度曲线如果列车从一个车站到下一车站有充分的旅行时间，可以通过选择该项功能来得到一个节能优化的速度曲线，比如巡航/惰行。具备实时连续的自诊断功能包括车载ATO设备的自动检测、故障报警记录并实时传送中央ATS的功能。6ATO驾驶模式驾驶模式功能人工驾驶模式RM此模式下允许司机以不超过系统预先设定的限速人工驾驶列车。ATP监督下的人工驾驶SM此模式下，ATP系统发挥作用，列车由司机按照ATP系统提供的速度和目标点距离信息人工驾驶。列车自动驾驶AM此模式下，ATP和ATO系统发挥作用，列车在ATO系统的控制下自动驾驶。旁路驾驶模式BY此模式用于车载ATP设备关闭或故障情况下。折返模式AR–ATO折返模式,列车进行无人/有人驾驶自动折返的专用驾驶模式–ATP监督人工折返模式–无ATP监督后备模式下的人工折返驾驶7自动驾驶模式---正线ATO功能ATO控制列车自动地从一个车站运行到另一车站。列车的出发可以由司机启动，且在所有的列车车门、屏蔽门关闭后（直到车门完全关闭以后）列车才会移动。ATP防止在任何一个车门仍打开情况下的列车移动。ATO自动驾驶列车出发，运行中进行列车速度调整，在下一个车站执行目标制动，直到车门打开。同时，ATP系统保证在自动运行中任何时刻的列车安全。列车速度曲线基于节能和下一站间运行时间。ATO完成在车站的精确定位停车和自动开/关车门，ATO可以单独处理每一列车在每一个站台的停车点。在ATO自检成功以及ATP设备允许自动操作的前提下可以使用ATO驾驶。8自动驾驶模式---车辆段、试车线、折返ATO功能在车辆段内不具备ATO功能。在列车进入正线运行之前，将在试车线上进行全部ATO正线功能测试。ATP防护下的无人折返：列车折返驾驶由ATO控制并由ATP监督，用于列车的无司机折返移动。ATP防护下的人工折返：列车的折返操作由司机来执行，ATP进行监督。在这种情况下无ATO。后备模式：该功能是折返的特殊情况，人工驾驶，而且系统处于联锁的后备模式下。司机人工驾驶列车，ATS系统自动设置进路。此情况下无ATP和ATO功能。9驾驶模式的转换---RM-SMRM模式是列车上电时的初始模式（通常在车辆段）。在RM模式，司机驾驶列车。在列车经过两个固定数据应答器后，确定了列车的位置，建立了列车与轨旁设备的连续式通信通道，RM模式将转换为SM模式。从ATP轨旁设备接收到移动授权后，列车变为AM模式。如果不能建立连续式通信通道，列车在RM模式下驾驶直到经过可变数据应答器（连接到信号机）。经过可变数据应答器时，ATP接收到信号机发出移动授权，列车驾驶变为SM模式。10驾驶模式的转换---SM-AMSM-AM：在下列所有前提条件满足后，允许SM模式转换为AM模式，通过点亮SM开始灯表示。所有门已关闭。驾驶/制动手柄在0位。钥匙开关在前进位置。当司机操作AM启动按钮时，ATP车载单元从SM模式转换为AM模式。该转换也可以在驾驶其间进行。AM-SM：如果司机将驾驶/制动手柄从零位移开，或将钥匙开关从前进的位置移开，ATP车载单元将从AM模式转换为SM模式。如果列车在站外停稳，司机按压门允许按钮打开车门，ATP车载单元将从AM模式转换为SM模式。11驾驶模式的转换---AM/SM-RM如果ATP车载单元启动紧急制动，ATP车载单元可以自动的从AM/SM模式切换到RM模式而无需司机的干预。如果司机想继续驾驶，他必须当列车停稳时启动RM按钮。如果列车在站外停稳，司机按压门允许按钮打开车门，ATP车载单元将从AM/SM模式转换为RM模式。ATO或司机控制列车停在车辆段轨道的前面的停车点，当列车停稳后，司机按压RM按钮，ATP车载单元从AM/SM模式转换为RM模式。12驾驶模式的转换---SM-ARSM-AR(automaticreversal自动折返)：ATP车载单元接收到来自ATP轨旁单元的自动折返命令。前面和后面的ATP车载单元之间的通信正常。ATP车载单元将从SM模式转换为AR模式。AR-SM：当监督列车的ATP车载单元（前-后）转换成功时。司机解锁驾驶室。ATP车载单元将从AR模式转换为SM模式。13驾驶模式的转换---AR-RM，RM-旁路AR-RM：如果ATP车载单元启动了紧急制动，则无须司机的任何额外操作，ATP车载单元将自动从AR模式转换为RM模式。如果司机想继续前进，必须在列车停稳后按压RM按钮。如果列车在停稳状态，司机按压了RM按钮，则ATP车载单元从AR模式转换为RM模式。RM-旁路：只有在ATP故障的情况下，才要求使用旁路。列车将自动停车，司机操作封闭的安全电路开关，转换至旁路。这个转换将被车载记数器记录。这个转换程序也适用于AM模式和SM模式至旁路的转换。旁路时，列车的驾驶由司机负全部责任。14开/关车门ATP和ATO均涉及该项功能。车门释放由ATP授权，接着ATO选择合适一侧的车门并提供开门命令。打开哪侧车门的信息包含在线路数据库里。车门关闭由司机或者停站时间的到时来触发。对于一些特殊列车（例如空车、观光列车或者特快列车），禁止打开车门，也就是说，如果某列车被标识为特殊列车，则其车门不能在某些车站或所有的车站打开。ATS使用一个特殊的车次号指定该类型的列车。输入信息：来自ATP的车门释放、来自线路数据库的开车门数据或人工车门功能模式的车辆接口。输出信息：输出车门开/关命令到负责车门的车辆系统，如果具有连续式通信，车门开/关信息会传送给ATP轨旁设备用于操作站台屏蔽门的开/关。15站台屏蔽门的开/关ATP轨旁和SICAS联锁涉及该功能。列车停稳后授权门释放，ATO车载设备通过通信通道发送一个报文去打开站台门。ATP轨旁通过SICASECC释放站台门，因为与站台门控制单元的技术接口是连接到SICAS联锁元件控制计算机的。站台门开/关功能的输入有：来自ATO车载的站台门的开/关命令，来自ATP的站台门释放命令，来自线路数据库的打开站台门的数据，站台门开/关功能的输出有：输出站台门开/关控制命令到站台门控制系统。16根据时刻表产生节能速度曲线ATC系统的一个主要目标是根据时刻表并结合ATS的列车自动调整功能ATR(AutomaticTrainRegulation)来控制列车，并确保获得最大的能源效率，这就是ATO巡航/惰行功能的任务。该功能只能在连续式通信的前提下实现。节能曲线的计算要考虑加速和制动，以及坡度和曲线的影响。因此，ATO需要线路纵断面的信息，整个系统的线路纵断面信息保存在线路数据库里。ATO同时从目的地码来预见列车预期的路径，目的地码是一列车旅程的唯一标识码。该信息允许ATO确定列车在它的旅程中的位置，并能够检测到与预期路径的偏离。17根据时刻表产生节能速度曲线应用最大加速度并结合巡航/惰行，ATO使用上述信息计算到下一个停车点的速度距离曲线。当在某速度曲线采用巡航时，对于限速区段和停车点来说，惰行具有优先权。如果该曲线会导致列车抵达下一个停车点的时间提前，那么惰行的启动点就会前移一段时间；同时，在列车到达下一停车点制动曲线之前增加低速巡航（典型为30km/h）的时间。通过连续通信通道，ATS向ATO发送至下一站站间运行时间和车站停车时间等信息。在未规定旅行时间的情况下，从ATS功能里就不能得到抵达下站运行时间的信息，此时采用线路数据库里各站间旅行时间的缺省值。18根据时刻表产生节能速度曲线将用于计算节能曲线的存储曲线同传送的ATP曲线相比较，如果曲线不同，则以传送的ATP曲线为基础，计算出列车由当前位置至下一停车点的速度曲线。假如报文数据迫使列车使用一个比从线路数据库中计算出的曲线速度更低的曲线时，则使用速度更低的曲线。节能曲线功能的输入信息：至下站停车为止的可用的列车运行时间和停站时间（它来自ATS），来自线路数据库的线路纵断面数据，来自ATP功能的ATP静态速度曲线（例如速度曲线）。节能曲线功能的输出信息：至ATO速度控制器的速度距离曲线。19ATO轨旁设备车站举例LACTRAZSINOMEMPPSDDTIPIISLCPVDBSICINOMPOMSOMLOWFEPTRCS&DBattery/UPSAPPrinterFDBEthernetSwitchCOMMServer2xTRAINGUARDMT(ATP)2of3TRAINGUARDMT(TTS)2of3SICASECC(elementcontrolunit)2of3ATSBus20ATO轨旁设备功能在连续式通信情况下，轨旁ATO提供以下功能：通过连续式通信通道接收列车数据（比如驾驶模式、车次号、目的地号或者司机号），并且将这些信息提交ATS。通过连续式通信通道，在司机和ATS之间传送文本消息。打开和关闭站台屏蔽门。ATO没有自身的物理设备，功能由ATS，ATP和SICAS共同完成。ATO和ATP采用相同的轨旁和车载设备之间的连续式通信系统。站台屏蔽门和安全门与SICASECC接口。SICASECC和ATP轨旁单元通过一个总线系统连接，ATP轨旁设备通过通信系统从ATO车载单元接收开门报文。从ATO车载单元至ATS的信息将通过ATS总线直接传输到ATS。21ATO车载设备ATO车载设备通过对列车牵引和制动系统的控制，负责列车在车站间的自动驾驶；当列车在一个运行停车点停稳后打开车门；当列车运行在ATO模式和AR模式下的无人折返运行期间封锁司机安全装置。列车离开车站前，ATO车载设备关闭车门。ATP和ATO设备可以安装在一个共用的机架里，但在物理上是分离的。这样配置允许分别的更换模块。正常情况下，前面的ATO和ATP控制和监督列车驾驶，后面的ATP/ATO作为备用。在驾驶室切换期间，后面ATP/ATO接管控制而前面的ATP/ATO成为备用。在这种冗余模式下，两头的ATO都收到来自两个驾驶室的诸如按钮、开关和接点的输入。在没有故障时，后面的ATO跟随前面ATO的输出。如果前面ATO故障时，后面ATO将控制列车的移动。为了实现ATO的热备冗余，两个ATO的输出都连接到车辆。22车载设备配置图车载计算机单元每个驾驶室一套OBCUHMI显示COM(无线)内部OBCU总线应答器天线列车控制雷达OPG驾驶室B串行链接PISOBCU单元OBCU_ITFHMI显示COM(无线)内部OBCU总线应答器天线雷达OPG串