ATO系統(tǒng)介紹參考模板

1、2城際ATO系統(tǒng)需求分析 2.1.城際鐵路ATO功能需求分析 根據(jù)上文城市軌道交通ATO系統(tǒng)提及的功能，下文主要進行城際線ATO的功能需求分析。 (1)列車自動駕駛功能本文提及的城際線最高運行速度為200km/h，線路長度一般在100km左右。 和城市軌道交通類似，城際軌道交通也存在客流量巨大，站站停車的情況，這就要求列車頻繁地進行啟動、加速、制動、減速等操作，同時還需要滿足準點、舒適、節(jié)能運行，這些對駕駛要求極高，使司機承受很大的體力、精神壓力。因此完全有必要研發(fā)城際線列車自動駕駛系統(tǒng)，取代司機駕駛列車運行，一方面減輕司機工作壓力，同時也提升列車運營能力?？赏ㄟ^對增加ATO車載設備，同時在C

2、TC S-2列控系統(tǒng)地面應答器組內(nèi)增加相關(guān)線路數(shù)據(jù)報文，實現(xiàn)列車自動駕駛功能。(2)列車精確停車功能 城際鐵路站臺上也設有屏蔽門，因此，列車駕駛必須要實現(xiàn)精確停車。城際鐵路站間距離短，運量大，頻繁起停車，僅靠司機人工駕駛很難保證精確停車。因此，ATO系統(tǒng)的精確停車功能顯得極其重要 可以在車站股道內(nèi)適當距離進行應答器布置，提高ATP系統(tǒng)的測距精度，提升對停車點的控制精度，實現(xiàn)列車精確停車功能。 (3)列車車門管理功能 和地鐵類似，城際鐵路車運行控制系統(tǒng)具有車門監(jiān)控功能。通過ATP和ATO系統(tǒng)與車輛系統(tǒng)的聯(lián)動，對車門實現(xiàn)安全控制。列車車門管理功能應在ATP的監(jiān)控之下實現(xiàn)，通過ATO子系統(tǒng)請求指令控

3、制車門打開。2.2. ATO系統(tǒng)定義 列車自動駕駛子系統(tǒng)ATO ( Automatic Train Operation )是ATC系統(tǒng)的重要子系1 / 9統(tǒng)，它完成列車的自動調(diào)速包括牽引、巡航、惰性、制動、停車以及車門開關(guān)的控制功能，實現(xiàn)正線、折返線以及出入段(場)線運行的自動控制，實現(xiàn)區(qū)間運行時分的調(diào)整控制。ATO系統(tǒng)按照系統(tǒng)設定的運行曲線，根據(jù)ATS系統(tǒng)的指令選擇最佳運行工況，確保列車按運行圖運行，實現(xiàn)列車運行自動調(diào)整和節(jié)能控制。 ATO系統(tǒng)功能依靠ATO系統(tǒng)自身及信號各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)共同完成。ATO系統(tǒng)不屬于故障一安全系統(tǒng)，其運行控制速度始終低于ATP系統(tǒng)的防護速度，實現(xiàn)ATP安全。2.3城

4、際鐵路ATO系統(tǒng)功能原理2.3.1列車自動駕駛 在ATP的防護下，ATO系統(tǒng)根據(jù)時刻表、地面有源應答器碼位以及發(fā)車指示器信息，并且在運營間隔的要求下，按目標速度曲線自動駕駛列車。下面以一列列車為例進行說明: (1)列車啟動過程。列車首先在站臺內(nèi)停穩(wěn)，車站為其設定了發(fā)車時間以及區(qū)間運行時間，列車主動發(fā)送請求觸發(fā)聯(lián)鎖對列車進路進行設置;列車停站上下客時，ATS將對停站時間進行計算，達到停站時間上線時將想列車發(fā)送駕駛命令，從而啟動列車自動駕駛系統(tǒng)的發(fā)車程序，此時在ATP系統(tǒng)的監(jiān)控下關(guān)閉車門，ATP系統(tǒng)在確認所有車門關(guān)閉后，釋放制動。列車實現(xiàn)啟動加速運(2)列車行駛過程。通過速度計等設備車載ATP系統(tǒng)

5、實時更新列車相關(guān)位置信息，結(jié)合速度以及移動授權(quán)信息規(guī)劃列車制動曲線，通過速度曲線對列車運行速度進行監(jiān)控;借助線路、車輛、限速等信息，車載ATO系統(tǒng)實現(xiàn)列車自動駕駛，并實時將列車檔位、實際運行速度、目標速度等信息通過DMI向進行顯示;根據(jù)地面精確應答器獲取列車的精確位置信息，保證列車實現(xiàn)站內(nèi)精確停車; ATP系統(tǒng)根據(jù)列車位置、速度信息實時生成移動授權(quán)并發(fā)送給列車。 (3)列車接近、到達下一車站過程。一日接受到停穩(wěn)條件和停車位置信息， ATP立即切斷牽引力同時開啟制動，保證列車精確停車;ATP負責確認列車完全處于安全狀態(tài)后，允許ATO開啟車門。此時ATS開始計算停站時間，并計算出下一段運行區(qū)間發(fā)車

6、時間及到站時間。2.3.2車站精確定位停車在ATP系統(tǒng)的監(jiān)督下，ATO根據(jù)獲取的列車位置信息、線路信息等實現(xiàn)列車精確停車。為了提升停車精度，列車需要通過地面精確定位應答器接受到列車精確的位置信息，應答器的布置原則是:距離車站停車點越近，應答器布置的越密集。為了防止應答器信息丟失的情況，精確定位應答器的設置需要進行冗余。根據(jù)列車速度位置信息以及列車的性能實時生成制動曲線，通過相應的制動力使列車遵循制動曲線。 城際鐵路ATO系統(tǒng)還負責控制站臺屏蔽門的開關(guān)，因此需要在距離停車點一定距離的位置設置精確定位應答器。通過該應答器ATP獲得十分精確的安全停車位置并發(fā)送到ATO系統(tǒng)，用于生成制動曲線，列車停穩(wěn)

7、后授權(quán)開門。2.3.3車門與屏蔽門聯(lián)動 城際線列車將在沿線的各車站站臺區(qū)域安裝屏蔽門/安全門，在ATP的監(jiān)督下ATO系統(tǒng)負責車門的開關(guān)功能。當列車以自動駕駛模式進站時，將實現(xiàn)列車車門自動開關(guān)，如有突發(fā)情況可立即切換至人工開關(guān)門。當司機選擇自動開關(guān)門時，只有在ATP系統(tǒng)確認有關(guān)列車門開關(guān)授權(quán)條件完全滿足時，才能授權(quán)ATO系統(tǒng)控制列車門以及屏蔽門同時開啟。2.4 城際ATO系統(tǒng)構(gòu)成ATO系統(tǒng)設備主要由車載設備以及軌旁設備構(gòu)成，圖2-2為ATO系統(tǒng)設備構(gòu)成圖。它們各自的功能如下:1、車載設備:1)人機MMI: 接收車載ATP和ATO的信息，顯示當前列車的運行狀態(tài)參數(shù)，并把司機在MMI上的操作及其MM

8、I的工作狀態(tài)傳給車載ATP和車載ATO。 2)車載ATO: 接收其它信號設備給車載ATO的信息，根據(jù)相應的優(yōu)化控制算法計算出列車預期的運行狀態(tài)，給出相應的控車命令，實現(xiàn)列車的自動駕駛，并實時反饋ATO當前的工作狀態(tài)給其它相應的信號設備。 3)車載ATP: 用于對ATO自動駕駛進行防護，保證ATO的安全運行，具有超速防護和車門、屏蔽門的開關(guān)防護等功能。4)車載TWC:與地面TWC一起構(gòu)成車地雙向通訊系統(tǒng)，用于把列車的運行狀態(tài)和相應參數(shù)下傳給軌旁設備，同時接收軌旁設備的控制命令以及道路信息，實現(xiàn)地面和列車的通訊。2、軌旁設備: 1)精確定位系統(tǒng):軌旁的精確定位系統(tǒng)在站臺區(qū)域提供多個精確的位置點信息

9、，車載ATO根據(jù)這些準確的定位點信息控制列車的精確停車。2)軌旁ATP 用于控制站臺安全門/屏蔽門等安全設備，當列車進站停穩(wěn)后，軌旁ATP接收到軌旁TWC傳遞的列車停準停穩(wěn)信息，給出安全門/屏蔽門的開門允許。 3)軌旁ATS: 用于傳遞地面ATS控制中心給列車的運行控制命令。列車把運行的初始化請求命令、列車的運行信息等傳給軌旁ATS. ATS根據(jù)這些信息給出對列車的控制命令，例如:扣車、跳停、運行等級、自動折返命令等。 4)軌旁TWC:與車載TWC一起構(gòu)成車地雙向通訊系統(tǒng)，用于接收列車的運行狀態(tài)和相應參數(shù)給軌旁設備，同時把地面的控制命令和信息上傳給車載設備，實現(xiàn)地面和列車的通訊。 2.5 AT

10、O功能測試系統(tǒng)ATO系統(tǒng)功能測試系統(tǒng)主要是通過模擬城市軌道列車和其運行環(huán)境來測試ATO、自動駕駛、自動出發(fā)、速度調(diào)整、精確停車和目標制動、車地雙向通訊、車門/屏蔽門控制、人機交互等功能，所以構(gòu)建仿真測試的動車模型和環(huán)境模型是ATO系統(tǒng)仿真測試的基礎。圖2-3所示為動車組模型參數(shù)，動車組模型參數(shù)包括三個主要的部分:牽引制動特性、電流電壓特性、車輛固定數(shù)據(jù)，這些參數(shù)都是動車組牽引計算的必要條件。我們在設計該模型時可以考慮把這些參數(shù)設置成前面板可調(diào)參數(shù)，這樣可以通過改變參數(shù)的值來模擬不同種類型的動車組。 如圖2-4所示為環(huán)境模型參數(shù)，環(huán)境模型也包括兩個主要的模塊:線路數(shù)據(jù)和車站數(shù)據(jù)，由于線路上有坡度

11、和曲線，所以計算線路時又包括線路、曲線、坡度三個部分。坡度是反映線路縱斷面的一個重要的線路參數(shù)，由于坡道力的影響，會對列車運行產(chǎn)生一定的阻力，如圖所示，坡道數(shù)據(jù)必須包括坡道的長度、坡度、坡道方向等重要的計算數(shù)據(jù)列車在曲線上要受到曲線阻力，并且列車在曲線段的運行速度要受到曲線半徑大小的制約，即存在曲線限速。因此在曲線建模時，要反映曲線在線路上的位置、曲線長度、曲線半徑等計算數(shù)據(jù)。車站是線路數(shù)據(jù)上不可或缺的重要組成部分，根據(jù)車站的模型建立，以便ATO準確計算當前位置距車站的距離以及判斷是否進行停車制動的工況轉(zhuǎn)換，達到精確停車的要求。所以車站數(shù)據(jù)必須包括車站的起始位置和站名相關(guān)信息線路設置限速的目的

12、是為了保證列車的安全行駛，列車運行時必須低于當前列車所在區(qū)段的限速值，限速數(shù)據(jù)必須包括限速的起始位置、限速值，以便ATO能夠根據(jù)限速值推算出列車當前的控制速度和進入下一個區(qū)段的行駛速度、根據(jù)推算出的牽引制動點控制機車及時轉(zhuǎn)換工況模式。整個線路的參數(shù)也和機車參數(shù)一樣是可變參數(shù)，在設計測試模型時應該把該部分設置為可調(diào)整參數(shù)，這樣就可以通過改變環(huán)境參數(shù)的值來選擇不同的仿真測試環(huán)境。 ATO系統(tǒng)仿真測試系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖2-5所示，整個仿真測試系統(tǒng)由軟件測試平臺和硬件測試平臺以及ATO測試設備共同構(gòu)成，仿真測試系統(tǒng)的基礎是上述的動車組模型和環(huán)境模型，由軟件測試平臺來實現(xiàn)，通過硬件測試平臺的接口與測試設