2023學年完整公開課版ATO

城市軌道交通專用通信設(shè)各維護課程ATO系統(tǒng)概述ATO為非故障一安全系統(tǒng)，其控制列車自動運行，主要目的是模擬最佳司機的駕駛，實現(xiàn)正常情況下高質(zhì)量的自動駕駛，提高列車運行效率，提高列車運行的舒適度，節(jié)省能源。ATP系統(tǒng)是城市軌道交通列車運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行水平(準點、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。和ATP系統(tǒng)一樣，ATO也載有有關(guān)軌道布置和坡度的所有資料，以便能優(yōu)化列車控制指令。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)最佳的運行圖控制。當列車處在自動駕駛模式下，車載ATO運用牽引和制動控制，實現(xiàn)列車自動運行。一、ATO系統(tǒng)概述雖然各公司的ATO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不盡相同，但ATO系統(tǒng)的基本組成是共同的。ATO系統(tǒng)都由軌旁設(shè)備和車載設(shè)備組成。ATO軌旁設(shè)備通常兼用ATP軌旁設(shè)備，接收與列車自動運行有關(guān)的信息。ATO車載設(shè)備由設(shè)在列車每一端司機室內(nèi)的ATO控制器(包括司機控制臺)及安裝在列車每一端司機室車體下的兩個ATO接收天線和兩個ATO發(fā)送天線組成，還包括ATO附件，這些附件用于速度測量、定位和司機接口。ATO車載設(shè)備通常和ATP車載設(shè)備安裝在一個機架內(nèi)。ATO具有一個雙向通信系統(tǒng)，通過車載ATO天線和地面ATO環(huán)線允許列車直接與車站內(nèi)的ATS連接，可以實現(xiàn)最佳的運營控制，完成下列ATO功能：程序停車、運行圖和時刻表調(diào)整、軌旁/列車數(shù)據(jù)交換、目的地和進路控制功能。二、ATO系統(tǒng)組成1.ATO系統(tǒng)基本控制功能：2.ATO服務功能三、ATO系統(tǒng)的主要功能ATO系統(tǒng)基本控制功能：1.自動駕駛功能

①自動調(diào)整列車運行速度ATO車載控制器通過比較實際列車運行速度及ATP給出的最大允許速度及目標速度，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(ATP計算出來的限制速度減去5km/h)運行，并盡可能減少牽引、惰行和制動之間的轉(zhuǎn)換。三、ATO系統(tǒng)的主要功能ATO系統(tǒng)基本控制功能：②停車點的目標制動車站停車點作為目標點，車站停車點由ATP軌旁單元和ATS系統(tǒng)控制。當停車特征被啟動后，ATO系統(tǒng)基于列車速度、預先決定的制動率和距停止點的距離計算出個制動曲線，采用最合適的減速度(制動率)使列車準確、平穩(wěn)地停在規(guī)定的停車點。列車定位系統(tǒng)相配合，可使停車位置的誤差達到0.5m以下。假如列車超過了停車點，ATP準許后退一定距離。如果超過后退速度限制值，向列車司機發(fā)出聲音和視覺報警。三、ATO系統(tǒng)的主要功能ATO系統(tǒng)基本控制功能：③從車站自動發(fā)車當發(fā)車安全條件符合時(在ATO模式下，關(guān)閉了車門，這由ATP系統(tǒng)監(jiān)視)，ATO系統(tǒng)給出啟動顯示，司機按下啟動按鈕，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通過預設(shè)的數(shù)據(jù)提供牽引控制，該引控制可使列車平穩(wěn)加速。停站時間由ATS控制，并傳送給ATP。另外，基于車站和方向的停車時間也儲存在ATP軌旁單元中，用作ATS故障下的后備程序。三、ATO系統(tǒng)的主要功能1.ATO系統(tǒng)基本控制功能：④區(qū)間內(nèi)臨時停車由ATP系統(tǒng)給出目標點位置(例如前方有車)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)得到目標速度為“0”的速度信息后自動啟動列車制動器，使列車停穩(wěn)在目標點前方10m左右。此時車門還是由ATP系統(tǒng)鎖住的。一旦前方停車目標點取消，速度信息改為進行碼后，ATO系統(tǒng)使列車自動啟動。假如車門由緊急開門打開，或是司機手柄被移至非零位置，那么列車必須由司機重新啟動SM模式或ATO模式(如果允許)。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，ATP啟動緊急制動，由ATO向司機發(fā)出視覺和音響警報。以后音響警報自動停止。三、ATO系統(tǒng)的主要功能1.ATO系統(tǒng)基本控制功能：⑤限速區(qū)間臨時性限速區(qū)間的數(shù)據(jù)出軌道電路報文傳輸給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)可事前輸入ATO系統(tǒng)，在執(zhí)行自動駕駛時，ATO系統(tǒng)會自動考慮到該限速區(qū)間。三、ATO系統(tǒng)的主要功能1.ATO系統(tǒng)基本控制功能：2、無人自動折返無人自動折返是一種特殊情況下的駕駛模式，在這種駕駛模式下無需司機控制，而且列車上的全部控制臺將被鎖閉。從接收到無人駕駛折返運行許可時，就自動進入AR模式。授權(quán)經(jīng)駕駛室MMI顯示給司機，司機必須確認這個顯示，并得到授權(quán)，鎖閉控制臺。只有按下站臺的AR按鈕以后，才實施無人駕駛列車折返運行。ATC軌旁設(shè)備提供所需的數(shù)據(jù)以駕駛列車進入折返軌。列車將自動回到出發(fā)站臺。列車一到出發(fā)站臺，ATC車載設(shè)備就會退出AR模式。無人自動折返功能的輸入是來自車載速度/距離功能的列車當前的速度和位置以及ATP速度曲線。無人自動折返功能的輸出至列車制動和牽引控制系統(tǒng)的命令。三、ATO系統(tǒng)的主要功能1.ATO系統(tǒng)基本控制功能：3、自動控制車門開閉由ATP系統(tǒng)監(jiān)督開門條件，當ATP系統(tǒng)給出開門命令時，可以按事前的設(shè)定由ATO系統(tǒng)自動地打開車門，也可由司機手動打開正確一側(cè)的車門。車門的關(guān)閉只能由司機完成。當列車空車運行時，從ATS接收到的指定的目的地號阻止車門的打開。車門打開功能的輸人是來自ATP功能的車門釋放、運行方向和打開車門的數(shù)據(jù)，以及來自ATS功能的確定目的地號。車門打開功能的輸出將車門打開命令發(fā)給負責控制車門的列車系統(tǒng)。三、ATO系統(tǒng)的主要功能2.ATO系統(tǒng)服務功能ATO系統(tǒng)服務功能組成：列車位置允許速度巡航/惰行功能PTI支持功能三、ATO系統(tǒng)的主要功能ATO服務功能列車位置列車位置功能從ATP功能中接收到當前列車的位置和速度等詳細信息。根據(jù)上一次計算后所運行的距離來調(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傳送和接收的延遲時間，以及打滑和滑行。另外，ATO功能同測速單元的接口為控制提供更高的測量精確性。列車位置功能也接收到地面同步的詳細信息，由此確定列車的實際位置和計算列車位置的誤差。對列車位置調(diào)整，可在由ATO功能規(guī)定的直至接近實際停車點10-15m的任意位置開始。由于這種調(diào)整，停車精度由ATO控制在希望的范圍內(nèi)。列車位置功能的輸人來自ATP功能的列車當前速度和位置、軌道電路信息的變化，測速單元的讀入、軌道中同步標記的檢測、SYNCH環(huán)線。列車位置功能的輸出用作校正列車位置信息。三、ATO系統(tǒng)的主要功能ATO服務功能允許速度允許速度功能為ATO速度控制器提供列車在軌道任意點的對應速度值。這個速度沒有被優(yōu)化，只是低于當前速度限制和制動曲線給的限制。允許列車速度調(diào)整是為了能源優(yōu)化或由惰行/巡航功能完成的列車運行。允許速度功能的輸入來自ATP功能的軌道當前位置的速度限制，以及列車制動曲線。允許速度功能的輸出至ATO速度控制器。三、ATO系統(tǒng)的主要功能ATO服務功能巡航/惰行功能巡航/惰行功能的任務是按照時刻表自動實現(xiàn)列車區(qū)間運行的惰行控制，同時節(jié)省能源，保證最大能量效率。ATO巡航/惰行功能協(xié)同ATS中的ATR功能，并通過確定列車運行時間和能源優(yōu)化軌跡功能實現(xiàn)巡航/惰行功能。①確定列車運行時間的功能由ATO和ATR功能確定的列車運行時間，通過車站軌道電路占用完成同步。當列車在ATO功能下，從報文給定的列車運行時間中減去通過計時器測定的已運行時間，以確定到下一站有效的可用時間。確定列車運行時間功能的輸人來自ATC軌旁功能的軌道電路占用報文，以及通過ATC軌旁和ATP車載功能來自ATR功能的運行時間命令。確定列車運行時間功能的輸出至能源優(yōu)化軌跡功能的到下一站停車點的有效運行時間。三、ATO系統(tǒng)的主要功能②能源優(yōu)化軌跡功能能源優(yōu)化軌跡的計算要考慮加速度、坡度制動以及曲線制動。因此，整套系統(tǒng)的軌道曲線信息都儲存在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的速度距離軌跡。能源優(yōu)化軌跡功能的輸人來自確定列車運行時間功能的至下站可用的列車運行時間、ATO存儲器的軌道曲線、ATP功能的ATP靜態(tài)速度曲線(例如速度限制)。能源優(yōu)化軌跡功能的輸出至ATO速度控制器的速度距離軌跡。三、ATO系統(tǒng)的主要功能ATO服務功能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)在列車進入正線的入口處)傳給ATS，向ATS報告列車的識別信息、目的號碼和乘務組號，以及列車位置數(shù)據(jù)(例如當前軌道電路的識別和速度表的讀數(shù))，以優(yōu)化列車運行。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功能，傳輸?shù)絇TI的軌旁設(shè)備，進而傳給ATS。在將信息傳輸至軌旁設(shè)備之前，ATO/PTI功能收集數(shù)據(jù)，完成合理檢查。編輯信息必需的數(shù)據(jù)從ATS、ATC軌旁功能、司機MMI功能發(fā)送至ATO。PTI是一個非安全功能。三、ATO系統(tǒng)的主要功能1.根據(jù)線路條件、道岔狀態(tài)、前方列車位置等，實現(xiàn)列車速度自動控制。列車在區(qū)間停車應盡量接近前方目的地。區(qū)間停車后，在允許信號的條件下列車自動啟動，車站發(fā)車時，列車啟動由司機控制。2.ATO應能提供多種區(qū)間運行模式，滿足不同行車間隔的運行要求，適應列車運行調(diào)整的需要；司機手動駕駛及由ATO系統(tǒng)駕駛之間可在任何時候轉(zhuǎn)換；手動駕時由ATP系統(tǒng)負責安全速度監(jiān)督，自動駕駛時由ATO系統(tǒng)給出對驅(qū)動、控制設(shè)備的命令，ATP系統(tǒng)仍然負責速度監(jiān)督。四、ATO系統(tǒng)的基本要求3.ATO定點停車精度應根據(jù)站臺計算長度、列車性能和屏蔽門的設(shè)置等因素選定。站臺定點停車精度宜在±0.25-±0.50m范圍內(nèi)選擇。4.ATO控制過程應滿足舒適度和快捷性的要求。舒適度的要求主要是牽引、惰行和制動控制以及各種工況之間的轉(zhuǎn)換控制過程的加、減速度的變化率?？旖菪灾饕侵缚刂七^程的時間宜短，以減少對站間運行時分的影響和提高運量。ATO應能控制列車實現(xiàn)車站通過作業(yè)。5.自動記錄運行狀態(tài)、自診斷及故障報警。四、ATO系統(tǒng)的基本要求在“距離碼ATP系統(tǒng)”的基礎(chǔ)上安裝了ATO系統(tǒng)，列車就可以采用手動方式或自動方式進行駕駛。在選擇自動駕駛方式時，ATO系統(tǒng)代表代替司機操縱，諸如列車啟動加速、勻速滑行、制動等基本駕駛功能均能自動進行。然而，不論是由司機手動駕駛還是由ATO系統(tǒng)自動駕駛，ATP系統(tǒng)始終是執(zhí)行其速度監(jiān)督和超速防護功能。五、ATO與ATP的關(guān)系可以這樣認為：手動駕駛=司機人工駕駛+ATP系統(tǒng)自動駕駛=ATO系統(tǒng)自動+ATP系統(tǒng)列車自動運行駕駛模式（ATO）列車自動駕駛模式，是正線上列車運行的正常模式，即用于正線上列車的正常運行。在這種模式下，列車在車站之間的運行是自動的，不需司機駕駛，司機只負責監(jiān)視ATO顯示，監(jiān)督車站發(fā)車和車門關(guān)閉，以及列車運行所要通過的軌道、道岔和信號的狀態(tài)，并在必要時人工介入。五、ATO與ATP的關(guān)系

司機給出列車關(guān)門指令關(guān)閉車門后，通過按壓啟動按鈕給出出發(fā)指令。車載A