ATO与ATS系统介绍

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1、,城市轨道交通信号与通信系统-ATO与ATS系统,内容提要,1.掌握ATO、ATS系统基本概念 2.熟悉ATO、ATS系统的组成 3.了解ATO、ATS系统的主要功能 4.掌握ATO、ATS系统基本工作原理 5.了解ATO与ATP的关系,第一节、ATO系统基本原理,一、ATO系统基本概念ATO系统主要以实现“地对车”的控制，即用地面信息实现对列车驱动、制动的控制，包括列车自动折返，根据控制中心的指令自动完成对列车的启动、牵引、惰行和制动，送出车门和屏蔽门同步开关信号，使得列车按最佳工况正点、安全、平稳的运行。,ATO为非故障-安全系统，主要目的是模拟最佳司机的驾驶，实现正常情况下高质量的自动驾

2、驶，提高列车运行效率，提高列车运行的舒适度，节省能源。,二、ATO系统的组成,各公司的ATO系统结构不尽相同，但ATO系统的基本组成相同。都由轨旁设备和车载设备组成；ATO车载设备由设在列车每一端司机室内的ATO控制器(包括司机控制台)及安装在列车每一端司机室车体下的两个ATO接收天线和两个ATO发送天线组成，还包括ATO附件，这些附件用于速度测量、定位和司机接口。ATO车载设备通常和ATP车载设备安装在一个机架内。,2018/9/2,6,ATO是提高城市轨道交通列车运行水平(准点、舒适、节能)的重要技术，但它的功能是要依靠ATC各子系统协调工作共同完成的。ATO并不是故障安全系统，它的运行速

3、度始终低于ATP的防护速度，且它的运行任务是由ATS根据需求实时给出的，缺少ATP和ATS子系统，ATO将无法正常工作。ATO的系统结构图如图所示。,2018/9/2,7,ATO子系统基本原理,ATO也载有有关轨道布置和坡度的所有资料，以便优化列车控制指令。ATO还装有一个双向的通信系统，使列车能够直接与车站内的ATS系统接口，保证实现最佳的运行图控制。当列车处在自动驾驶模式下，车载ATO运用牵引和制动控制，实现列车自动运行。,ATO具有一个双向通信系统，通过车载ATO天线和地面ATO环线允许列车直接与车站内的ATS连接，可以实现最佳的运营控制，完成下列ATO功能：程序停车、运行图和时刻表调整

4、、轨旁列车数据交换、目的地和进路控制功能。 ATO还具有定位停车系统， ATO车载单元是非故障-安全的一取一配置。,ATO向列车广播设备及车厢信息显示牌提供报站信息(即目的地号、下一车站号)。 ATO车载通信系统在所有模式中处于活动状态，向轨旁设备传输信息。点式ATC系统。 ATO车辆报告系统在自动模式中处于活动状态，提供车站标识和车站停车状态信息连续式ATC系统。,三、ATO系统的主要功能,ATO系统的功能主要包括基本控制功能和服务功能。,1、ATO系统基本控制功能 1）自动驾驶 自动调整列车运行速度 ATO 车载控制器通过比较实际列车运行速度及 ATP 给出的最大允许速度及目标速度， 并根

5、据线路的情况， 自动控制列车的牵引及制动， 使列车在区间内的每个区段始终控制速度 (ATP 计算出来的限制速度减去 5km/h)运行，并尽可能减少牵引、惰行和制动之间的转换。, 停车点的目标制动 车站停车点作为目标点，车站停车点由 ATP 轨旁单元和 ATS 系统控制。当停车特征被 启动后， ATO 系统基于列车速度、 预先决定的制动率和距停止点的距离计算出个制动曲线， 采用最合适的减速度(制动率)使列车准确、 平稳地停在规定的停车点。 列车定位系统相配合， 可使停车位置的误差达到 0.5m 以下。假如列车超过了停车点，ATP 准许后退一定距离。如果超过后退速度限制值，向列车 司机发出声音和视

6、觉报警。, 从车站自动发车当发车安全条件符合时(在 ATO 模式下，关闭了车门，这由 ATP 系统监视)，ATO 系统 给出启动显示，司机按下启动按钮，ATO 系统使列车从制动停车状态转为驱动状态。停车 制动将被缓解，然后列车加速。ATO 通过预设的数据提供牵引控制，该引控制可使列车平稳加速。 停站时间由 ATS 控制， 并传送给 ATP。另外， 基于车站和方向的停车时间也储存在 ATP 轨旁单元中，用作 ATS 故障下的后备程序。, 区间内临时停车由 ATP 系统给出目标点位置(例如前方有车)及制动曲线，并将数据传送给 ATO 系统车 载单元，ATO 系统得到目标速度为“0”的速度信息后自动

7、启动列车制动器，使列车停稳在目 标点前方 10m 左右。此时车门还是由 ATP 系统锁住的。一旦前方停车目标点取消，速度信 息改为进行码后，ATO 系统使列车自动启动。假如车门由紧急开门打开，或是司机手柄被 移至非零位置，那么列车必须由司机重新启动 SM 模式或 ATO 模式(如果允许)。, 限速区间临时性限速区间的数据出轨道电路报文传输给 ATP 车载设备， 再由 ATP 车载设备将减速命令经 ATO 系统传达给动车驱动、制动控制设备。此时 ATO 车载设备的功能犹如 ATP 系统与驱动、制动控制设备之间的一个接口。对于长期的限速区间，数据可事前输入 ATO 系统，在执行自动驾驶时，ATO

8、系统会自动考虑到该限速区间。,2）无人自动折返无人自动折返是一种特殊情况下的驾驶模式， 在这种驾驶模式下无需司机控制， 而且列 车上的全部控制台将被锁闭。 从接收到无人驾驶折返运行许可时，就自动进入 AR 模式。授权经驾驶室 MMI 显示给 司机，司机必须确认这个显示，并得到授权，锁闭控制台。,只有按下站台的 AR 按钮以后，才实施无人驾驶列车折返运行。ATC 轨旁设备提供所 需的数据以驾驶列车进入折返轨。列车将自动回到出发站台。列车一到出发站台，ATC 车 载设备就会退出 AR 模式。 无人自动折返功能的输入是来自车载速度/距离功能的列车当前的速度和位置以及 ATP 速度曲线。 无人自动折返

9、功能的输出至列车制动和牵引控制系统的命令,3）自动控制车门开闭由 ATP 系统监督开门条件，当 ATP 系统给出开门命令时，可以按事前的设定由 ATO 系统自动地打开车门，也可由司机手动打开正确一侧的车门。车门的关闭只能由司机完成。 当列车空车运行时，从 ATS 接收到的指定的目的地号阻止车门的打开。 车门打开功能的输人是来自 ATP 功能的车门释放、运行方向和打开车门的数据，以及 来自 ATS 功能的确定目的地号。 车门打开功能的输出将车门打开命令发给负责控制车门的列车系统。,2、ATO系统服务功能 1）列车位置列车位置功能从 ATP 功能中接收到当前列车的位置和速度等详细信息。根据上一次计

10、 算后所运行的距离来调整列车的实际位置。此调整也考虑到在 ATP 功能计算列车位置时传 送和接收的延迟时间，以及打滑和滑行。,2）允许速度允许速度功能为 ATO 速度控制器提供列车在轨道任意点的对应速度值。这个速度没有 被优化， 只是低于当前速度限制和制动曲线给的限制。 允许列车速度调整是为了能源优化或 由惰行/巡航功能完成的列车运行。 允许速度功能的输入来自 ATP 功能的轨道当前位置的速度限制，以及列车制动曲线。 允许速度功能的输出至 ATO 速度控制器。,3）巡航/惰行功能巡航/惰行功能的任务是按照时刻表自动实现列车区间运行的惰行控制， 同时节省能源， 保证最大能量效率。 ATO 巡航/

11、惰行功能协同 ATS 中的 ATR 功能，并通过确定列车运行时间和能源优化轨 迹功能实现巡航/惰行功能。 确定列车运行时间的功能 能源优化轨迹功能,4）PTI支持功能PTI 支持功能是通过多种渠道传输和接收各种数据，在特定的位置(通常设在列车进入 正线的入口处)传给ATS，向 ATS 报告列车的识别信息、目的号码和乘务组号，以及列车位 置数据(例如当前轨道电路的识别和速度表的读数)，以优化列车运行。 PTI 功能是由车载设备和轨旁设备实现的。由 ATC车载设备提供的数据，通过 ATO 功 能，传输到 PTI 的轨旁设备，进而传给ATS。,四、ATO子系统基本要求,根据线路条件、道岔状态、前方列

12、车位置等，实现列车速度自动控制。列车在区间停车应尽量接近前方目的地。 ATO应能提供多种区间运行模式，满足不同行车间隔的运行要求，适应列车运行调整的需要ATO定点停车精度应根据站台计算长度、列车性能和屏蔽门的设置等因素选定。 ATO控制过程应满足舒适度和快捷性的要求。 自动记录运行状态、自诊断及故障报警。,五、ATO子系统基本原理,1、列车自动驾驶ATO存储了轨道布局和坡度信息，能够优化列车控制命令。ATO利用通过地面ATP设备传来的编码得知前方未被占用的轨道电路数目或者前行列车的位置，知道当前本次列车的位置，列车就可以在到达安全停车点之前，综合考虑安全因素，尽量以全速行驶。,ATO系统的自动

13、驾驶功能通过ATO车载设备控制列车牵引和制动系统而实现。 ATO系统执行的自动驾驶过程是一个闭环反馈控制过程，其基本关系框图如图所示。,ATO模式被激活的条件 ATP在SM模式中；已过了车站停车时间；联锁系统排列了进路；车门关闭；驾驶手柄处于零位。 司机通过按压启动按钮开始ATO模式，列车加速达到计算的速度曲线。,2、车站程序停车 线路上的车站都有预先确定的停站时间间隔。 控制中心ATS监督列车时刻表，计算需要的停站时间以保证列车正点到达下一个车站。 控制中心通过集中站ATS缩短或延长车站停站时间。 在控制中心要求下，列车可跳过某车站。这一跳停命令由控制中心通过集中站ATS传给列车。,3、车站

14、定位停车 车站精确停车通过车站区域的轨道电路标识、分界过渡和ATO环线变换进行。当停车特征启动后，ATO基于列车速度、预先确定的制动率和距停止点的距离计算制动特征。,30,为了保证列车能在车站定位停车，一般应在车站内设有地面标志器（如图3-5所示），当列车接近车站时，它首先检出离停车点350m的最外方的标志(110kHz，140kHz)，从而启动车站制动曲线并点亮司机操作台上的程序停车表示灯，列车通过离停车点150m中间标志器(120kHz，150kHz)和离停车点25m的内方标志器(160kHz)时分别更新制动曲线。,车站定位停车,2018/9/2,31,2018/9/2,32,而当列车对位

15、天线检出8m标志(14.4kHz)时， 再次更新制动曲线，一旦车辆对天线直接位于地面对位线圈，控制列车精确定位停车，这时地面向列车发送对位信息(13.2kHz)，车辆检出此信号时，ATO将设定常用全制动并启动开门程序，当车门打开，程序停车表示灯将熄灭。如果跳停生效，说明列车在该站不停，所以跳停表示灯点亮，程序停车表示灯不亮而且标志器的输入不起作用，列车根据ATP/ATS速度命令下运行。,4、车门控制ATO只有在自动模式下才执行车门开启。在手动模式，由司机进行车门操作(ATP仍会提供一种安全的车门使用功能)。,车辆收到允许打开车门信号，使相应的门控继电器工作，并提供相应的广播和允许开门的信号显示

16、，这时司机按压与此信号显示相一致的门控按钮，才可以打开规定的车门。 有了车门打开信号以后，使车辆定位发送器改发打开屏蔽门信号，当站台定位接收器收到此信号，使打开屏蔽门继电器吸起，打开与列车车门相对的屏蔽门(包括屏蔽门的数量及位置)。,车门控制系统在发出车门关闭请求后，如果发生车门关闭被阻止时，车门将会循环关闭。如果车辆在“x”秒后还探测不到车门关闭，将告知车辆报告系统(VAS)，同时产生一条关于关闭车门被阻止的报告。然后，车门在“y”秒的延迟后请求关闭。在“z”秒后，如果车门还是被检出没关，车门将会打开，一条关门受阻的报警就送到轨旁设备。“x”、“y”、“z”的时间从l s到15 s可改变。,5、轨旁/列车数据交换 列车与轨旁的通信是非安全的。任何情况下，控制中心需要与列车通信时，轨旁设备都作为数据交换的接口。 列车发到轨旁的数据：分配列车号；目的地；车门状态；车轮磨损表示(从ATP到控制中心)；在接近车站时制动所产生的过量车轮滑动；紧急情况或异常情况(比如不正确的开门)。 轨旁发到列车的数据：车辆车门开启命令；列车号的确认；列车长度；性能修改数据；出发测试指令；车门循环测试；主时钟参考信号；跳停指令；搁置命令；申请车载系统和报警状态。,