地铁通信与信号-列车自动驾驶系统

2020/4/251项目九列车自动驾驶系统[知识要点]1．了解列车自动驾驶系统设备组成。2．掌握列车自动驾驶系统基本功能及人机界面信息。3．了解列车自动驾驶系统站台精确停车功能。2020/4/252一、列车自动驾驶系统概述[理论内容]人工驾驶列车运行时，列车驾驶员操纵列车驾驶手柄，控制列车运行，实现列车加速、减速和停车。2020/4/253列车自动驾驶系统，即ATO系统，主要实现“地对车控制”，实现正常情况下高质量的自动驾驶，提高列车运行效率，提高列车运行舒适度，节省能源。与ATP系统为列车运行提供安全保障相比，ATO是提高城市轨道交通列车运行水平的技术措施。2020/4/254列车自动驾驶系统车载设备根据列车运行计划，以及列车的运行速度、当前线路限速和目标速度等信息，实时计算列车达到目标速度值所需要的牵引力或制动力的大小，通过列车接口电路，由列车的牵引系统或制动系统完成对列车进行加速或减速作业。轨道电路信息接收STM应答器信息接收BTMATP车载设备人机界面（DMI）2020/4/255列车自动驾驶系统实现列车自动驾驶，它需要列车自动防护系统ATP和列车自动监控系统ATS提供支持。列车自动防护系统向列车自动驾驶系统提供列车的运行速度、线路允许速度、限速和目标速度，以及列车所处位置等基本信息；列车自动监控系统向列车自动驾驶系统提供列车运行作业和计划。列车自动驾驶系统取代驾驶员人工驾驶，实现列车自动驾驶，有效地提高了列车的运营效率，降低了驾驶员的劳动强度，是城市轨道交通运营作业自动化的重要体现。2020/4/256列车自动驾驶系统对列车进行控制，使得列车驾驶处于最佳的运行状态，列车运行更加平稳，可以有效提高运营效率，降低列车运行能耗。列车自动驾驶系统在站台可以精确对位停车，为乘客上下车提供便捷的条件，列车在站台精确停车为站台加装安全门或屏蔽门提供了有利的条件。屏蔽门2020/4/257二、列车自动驾驶系统设备组成列车自动驾驶系统是非故障-安全系统，由车载设备和地面设备组成。1．列车自动驾驶系统车载设备列车自动驾驶系统车载设备包括车载ATO模块、ATO车载天线、人机界面。车载ATO模块轨旁辅助定位系统2020/4/258(1)车载ATO模块车载ATO模块是列车自动驾驶系统的核心组成部分，它包含硬件和软件两部分。车载ATO模块从车载ATP子系统获得必要的信息，如列车运行速度和列车位置等，车载ATO模块软件对这些数据进行实时处理，计算出列车当前所需的牵引力或制动力，向列车发出请求，列车牵引或制动系统收到请求指令后，对列车施加牵引或制动，对列车进行实时控制。ATO工作原理图ATP车载设备接口2020/4/259车载ATO模块与列车的牵引和制动系统相互作用，实现列车在站台区精确对位停车。2020/4/2510(2)ATO车载天线列车自动驾驶系统的车载模块与地面设备之间的信息交换是通过ATO车载天线来完成，以实现列车自动驾驶系统与列车自动监控系统(ATS)之间的信息交换。ATO车载天线一般安装在列车第一列编组的车体下，它接收来自列车自动监控系统的信息，同时向列车自动监控系统发送有关的列车状态信息。这些信息一般包括以下内容：①从列车向地面发送的信息。列车自动驾驶系统车载模块通过ATO车载天线向地面列车自动监控系统发送的信息有列车识别号信息，该列车识别号信息包括了列车的车组号、车次号、目的地编码等内容；列车向地面发送的信息还有列车运行方向、列车车门状态、车轮磨损指示、列车车轮打滑和空转、车载ATO模块状态和报警信息等。2020/4/2511②从地面向列车ATO车载设备发送的信息。从地面向列车ATO车载设备发送的信息有列车开关门命令、列车车次号确认、列车测试指令、门循环测试、主时钟参考信号、跳停／扣车指令和列车运行等级等。(3)人机界面列车驾驶员通过人机界面可以将列车运行的模式选择为“ATO”，起动列车在ATO模式下运行。ATO系统2020/4/25122．列车自动驾驶系统地面设备列车自动驾驶系统地面设备由地面信息接收发送设备和轨道环线组成。这些地面设备接收来自列车ATO车载天线所发送的信息，并把ATS有关信息通过轨道环线发送到线路上，由列车ATO车载设备进行接收和处理。地面信息接收发送设备的谐调控制部分安装在信号设备室内，轨道环线安装在线路上。ATO车站环路接口柜ATO数据环路接口柜列车自动运行（ATO）地面系统2020/4/2513三、列车自动驾驶系统基本功能列车自动驾驶系统基本功能包括列车车站发车控制、列车区间运行控制、列车精确停站、列车自动折返、跳停和扣车等。1．车站发车控制功能列车在ATO模式下运行时，列车驾驶员按压发车按钮起动列车运行，ATO根据列车自动防护系统ATP发送的控制速度和列车自动监控系统ATS发送的运行等级，自动运行到下一车站。2020/4/2514在ATO自动模式下，必须具备一定的条件，列车才能从车站出发，这些条件包括：①ATO模块与ATP模块通信正常；②列车运行目的地代码有效；③有效的驾驶员代码；④在出发测试期间没有检测到故障；⑤列车所处的轨道电路，能够建立ATO模式；⑥其他必要的信息。2020/4/25152．列车区间运行速度控制列车自动驾驶系统车载模块接收到从车载ATP发出的列车速度控制指令后，它向列车的牵引系统或制动系统发出请求，以施加牵引力将列车加速到控制速度，或施加制动力使列车减速至规定值，保存列车的运行速度在一个速度控制窗口内，如图9一l所示。图9—1列车自动驾驶模式下的速度距离曲线2020/4/2516图9一l中列车在ATO模式下，其实际运行速度曲线在ATP限制速度曲线以下，在一个较小的速度范围内波动，使得列车以接近ATP限制速度运行，最有效提高列车运行效率，降低列车能耗，减少列车在牵引、惰行和制动状态之间的不断切换次数，有效提高乘客的舒适度。惰行可以有效降低地铁列车能耗,通过选择合适的惰行点可以实现列车的节能运行。建立了定时约束条件下列车节能运行惰行控制优化模型,将模型求解的遗传算法嵌入到城市列车运行计算系统中,实现了给定线路条件下站间最佳惰行点的自动计算。2020/4/25173．车站精确停车车站精确停车是列车自动驾驶系统非常重要的功能，它实现列车在车站站台区精确对位停靠，可以有效提高列车运营效率，有利于引导乘客上下车。列车实现对位停车2020/4/2518列车实现车站精确停车，需要列车自动驾驶车载模块与列车的牵引系统和制动系统共同参与，相互配合。在列车接近站台时，列车自动驾驶车载模块实时对列车的速度进行采集和比较，并及时向列车的牵引系统和制动系统发出控制指令，实现对列车速度的实时控制，追踪实现列车精确停车。列车实现车站精确停车，可以在站台区安装轨道环线，提高停车的精度。列车在站台精确停车，有利于在车站站台设置屏蔽门或安全门，保障乘客安全候车。2020/4/25194．列车自动折返列车在ATO运行模式下，可以实现在运营线路两端实现列车自动折返作业，控制列车回到下一个运营作业的站台区。在这种驾驶模式下无需驾驶员控制列车，而且列车上的全部控制台被锁闭。接到自动折返运行许可后自动进入AR模式，驾驶员通过驾驶室MMI的显示确认得到授权。只有按下站台的AR按钮后，才实施列车自动折返运行。ATC轨旁设备提供所需的数据以控制列车进入折返轨，列车运行至出发站台后，ATC车载设备自动退出AR模式。AR（自动折返Automaticreturn)SM(supervisionmanagement受监控的人工模式)2020/4/25205．执行跳停和扣车功能(1)跳停跳停作业是指在线路上运营的列车，在某一指定车站不停车，而以规定的速度通过该车站。列车自动驾驶系统收到来自列车自动监控系统ATS发出的跳停指令后，完成跳停作业。(2)扣车扣车作业是指列车在某站台停靠，不允许列车继续运行。列车自动驾驶系统收到来自列车自动监控系统ATS发出的扣车指令后，完成扣车作业。2020/4/25216．控制车门由ATP系统监督开门条件，当ATP系统给出开门命令时，可以按照事先设定由ATO系统自动打开车门，也可由驾驶员手动打开正确一侧的车门。车门的关闭只能由驾驶员完成。车门打开功能的输入来自ATP功能的车门释放、运行方向和打开车门数据，以及来自ATS的目的地号。当列车空车运行时，从ATS接收到的指定目的地号阻止车门的打开。2020/4/2522四、列车自动驾驶系统基本操作在驾驶室内，列车的状态显示单元上，有“ATO模式指示灯”。驾驶员将列车驾驶模式选择开关置于ATO挡位，系统正常运行情况下，ATO模式指示灯会点亮。列车在车站完成停站，关好车门后，根据系统的设置，驾驶员可以按“发车按钮”或直接由系统自动发车，列车自动驾驶系统对列车进行控制，自动运行到下一运营车站。列车在自动驾驶模式下运行，列车驾驶员需要观察列车的运行状态，如果出现列车控制系统故障情况，需及时采取措施，如按压紧急停车按钮，使列车及时停止运行以排除故障，保证运营安全。地铁2号线提速列车实现自动驾驶2020/4/25232020/4/25241．车站发车当准备在ATO模式下运行时，ATP通过通信天线接收到关门命令，ATP点亮状态显示单元上的停站时间结束指示灯。如果门是人工操作，驾驶员必须关好车门(否则，ATP将不允许发车)。门一旦关好，驾驶员必须按压并释放发车按钮来让列车出发运行到下一车站。在车站停车结束之后，驾驶员必须关好车门再按压并释放发车按钮以继续运行到下一车站。一旦发车按钮被按压，ATP发给ATO一个控制速度。广州无人驾驶列车.flv2020/4/2525在自动驾驶模式下，必须具备下列条件，列车才能从车站出发：1)与ATP有效的通信(即无连接故障)；2)有效的目的地ID；3)有效的轨道电路ID(来自ATP)；4)有效的驾驶员ID：5)非零速限制(来自ATP)；6)有效的车辆方向——东／西(来自ATP)；7)在出发测试期间没有检测到故障；8)列车必须位于车站轨道电路、折返轨道电路、车辆段转换轨电路或试车线。2020/4/25262．车门控制和停站车载ATO系统通过轨旁通信环线从轨旁ATC系统接收到传送给车辆的开门指令，通过要求车载ATP系统开启车门来启动开门程序。驾驶员按下开门按钮打开车门。轨旁ATC系统累计停站时间。在正常情况下，停站时间结束后轨旁ATC系统会传送一个关门命令。车载ATO系统接收到命令后及时励磁关门列车线。驾驶员按下关门按钮关门。当从本地或中心接收到指令时，轨旁ATC系统会向车辆传送一个停放制动命令。在这种情况下，车载ATO系统通过从车地通信子系统传来的命令控制车门开闭，但在相应的停放制动缓解以及从轨旁接收到命令之前不允许列车从该站发车。车载ATO系统通过车地通信子系统向轨旁传送车门状态。2020/4/25273．折返在运营终点车站，当驾驶员按下发车按钮，ATO将自动地驱动列车进入折返轨并在折返点执行精确停车。驾驶员必须关闭本端驾驶室的钥匙(司控器)，并启动离去端的驾驶室，打开司控器开关，建立ATO模式。轨旁进路开放后，驾驶员按下发车按钮，ATO将驱动列车进入第一个运营车站并精确停车。2020/4/25284．跳停车载ATO系统从轨旁ATC系统接收跳停指令。跳停指令通常应在被跳停站的前一站或更早收到。车地通信子系统还能够在完成计划停站之前告知列车中央ATC已经发出了一个跳停该车站的命令。在被跳停车站，车载ATO系统也能接收并响应轨旁产生的跳停指令。如果在车站停车过程中收到跳停该车站的命令，ATO将会点亮状态显示单元上的跳停指示灯来告知驾驶员列车不能在站台停车。在这种情况下，列车继续以ATP控制速度进行速度调节。跳停命令可以在跳停的车站之前的任何有轨旁通信环线的车站取消。但是，一旦列车处于要跳停的车站的环线内时，跳停本站的命令就不能取消。2020/4/2529五、列车自动驾驶系统基本原理1．列车自动驾驶ATO系统存储了轨道布局和坡度信息，能够优化列车控制命令，保证列车在ATP监督下按照最大允许速度运行。ATO通过地面ATP设备传来的编码确定前方空闲轨