轨道交通atpato

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输出接口负责输出信息指令以及与列车运行相关的控制命令，从而使列车正常牵引、折返或者制动，同时完成对列车门和显示灯的操作。网络接口主要完成与列车超速防护、列车自动监控和列车总线的数据交换，保证通信的畅通和稳定。通信单元通过发送/接收天线，实现车载设备和轨旁设备的通信，完成车/地信息交换，同时诊断接口的工作是否出现异常。CPU是列车自动驾驶系统的主要控制器，负责处理控制算法和相关指令，对列车运行中产生的信息进行运算、并完成指令输出等操作。例如CPU依据输入单元输入的变量、参数，重新生成列车运行曲线，或者计算列车惰行或者制动初始点，然后通过输出接口发出指令控制相应的系统动作等等。存储单元分析列车运行中检测到的数据，对经判断需要存储的数据进行相应的分类、整理和存储。2.2ATO系统功能总体来说，ATO系统具有自动驾驶模式、列车速度控制、列车目标制动、车门的控制以及根据时刻表生成节能速度曲线的功能。在自动驾驶模式下，列车自动驾驶系统完全自动、智能地控制列车从一站运行到下一站。对于列车速度的控制，ATO系统控制和监督列车的运行速度，并根据最大允许速度参数来保持列车的速度。列车目标制动功能则通过提前计算列车制动初始位置，使其能够精确停在计划规定的目标位置点。列车的车门开启、关闭控制，是列车到达车站，并且能够安全停稳之后，ATO系统接收到允许的开或者关门命令后，打开车门，车门的关闭操作由司机或者停车时间到的时候去触发。根据时刻表生成节能速度曲线的功能也是可选择的，如果在两站之间运行的列车有很充足的旅行时间，可以选择这一项功能，使列车获得一个较为经济的运行速度来匀速运行，从而节省能源。ATO系统的功能是非安全的，通过接收自动监控系统的命令，在超速防护系统的监督下，控制列车能够安全地在线路上行驶。一旦列车超速，为确保行车安全，ATP控制列车采取相应的制动。运行在连锁区的列车必须被保证只在锁闭的线路上行驶，如果出现几列车同时使用同一区段的情况，ATP系统为避免事故发生，需确保同一时刻只有一辆列车运行在此区段[22]。在有司机控制的情况下，ATO系统根据ATP系统的限速要求自动调整列车运行速度，保证列车能够准确、平稳地停在目标位置点；自动列车驾驶系统的使用，能够减少列车区间运行时间，增加运行在同一线路上的列车班次，进而提高线路的运营密度。但(p6)是，驾驶员的监督在某些情况下不可缺少，这时，驾驶员需要在人工驾驶模式和自动驾驶模式之间切换，确保列车安全运行[23]。ATO系统主要功能是实现列车高质量的自动驾驶。根据线路环境情况、列 [24,25]。车超速防护系统的限制速度、列车运行时刻等信息，ATO系统生成一条优化的速度参考曲线。速度控制器通过控制列车列车牵引系统和常用制动系统，使列车跟随目标速度曲线安全、准时地运行，同时要提高运行效率，考虑乘客舒适度和列车能耗，从而确保列车能够在高速下平稳地自动运行。总而言之，ATO系统完成列车在站台的启动、行驶过程中的加速、在区间的巡航运行（包括牵引－惰行巡航、匀速巡航和惰行－制动巡航），以及进站停车的过程。如果列车运行过程中遇到临时限速、临时停车等情况，列车自动驾驶系统计算制动初始点，使列车在目标位置能够准确减速到目标值。下面从列车运行过程来说明ATO系统的主要功能(1)打开/关闭车门ATO系统通过ATP子系统发送来的开、关车门控制信息控制车门开、关动作。(2)列车的启动加速列车由在车站的停止状态开始，通过ATO系统的主控制器控制列车加速到目标速度。当ATO的CPU接收到允许运行的信号后，控制列车牵引系统使列车启动，如果没有接收到允许信号，即便司机按下启动按钮，列车也不会启动。启动后，考虑到行车安全性和舒适度，ATO系统使用合适的牵引档位控制列车加速达到预先设定的目标速度。(3)区间自动运行列车自动驾驶系统控制列车达到设定的目标速度后，列车转入巡航阶段（即使列车的速度在某一范围内围绕目标速度上下波动，从控制列车运行的角度出发，表现为牵引－惰行、或者惰行－制动）运行。根据列车超速防护系统的限制速度和列车自动监控系统发出的命令，ATO 系统调整列车速度，使其保持在限速范围内。如果列车进入不同的限速区，ATO系统确保列车在ATP限制速度内的同时也必须及时调整车速，使列车在高限速区不会以过低速度运行而造成能源浪费。列车在运行时，如果遇到前方有列车或者前方轨道因某事故而被占用的情况，ATO系统会接收到前行车或事故的具体位置信息，从该位置开始反向计算列车制动起始位置点。列车在这种情况下的停车精度可以稍低于定点停车所要求的精度。直到列车再次接收到允许行车的命令，列车自动驾驶系统通过牵引系统的控制使列车重新启动。如果列车进入临时限速区域，在接收到限速信息后，ATO系统能够根据具体情况，判断出列车是否必须在剩余的行车区段重新生成参考曲线，进而控制列车在规定的运行(p7)时间内平稳运行到目的地。对于经常限速的区段，列车可以在生成目标曲线时提前将此限速信息考虑在内，减少曲线生成的频率。(4)列车的进站停车控制 运行到站台的列车需要精确地停在规定位置。以车站停车点作为目标点，ATO系统根据列车实际运行速度，计算列车制动起始点，通过安装在车站内和预定位置处的列车定位系统，控制列车在该点制动。如果列车实际制动停车的初始位置点与目标曲线中的制动位置点误差较大，这种情况下，ATO系统需要更新目标曲线。列车跟随新的曲线运行，从而准确、平稳地停在规定的位置，并使停车误差不超过50cm。同时，ATP系统允许列车超过停车位置点时受限制的退行。列车的折返通过无线报文请求经驾驶室显示设备传达给司机，列车静止时的折返是自动启动的。通过与列车超速防护系统，列车自动监控系统进行信息交换，ATO系统还能够实现驾驶室的的自动换向，并能够与PIS(PanssengerInformationSystem,车载乘客信息系统)进行通信，使旅客能够及时获得需要的列车运行信息。ATO系统还有利用定位系统实现车地通信、记录、诊断等功能，图2.2为ATO系统功能模块表示图[26]。记录诊断乘客信息CTC显示车门ATO控制ATP控制台轨道电路测速制动牵引定位系统图2.2ATO系统功能模块图2.3ATO系统运行控制分析ATO系统实际上就是通过控制机车牵引力和制动力，使列车的运行速度跟随目标曲线中当前路段下的速度来实现自动驾驶的，这也是ATO系统主要实现的功能。目标曲线就是列车运行的参考曲线。在生成列车参考曲线的过程中，要综合考虑线路情况、ATP(p8)系统的限制速度及ATO系统的性能评价指标等，根据这些限制因素，再结合列车受力情况，最终得到列车运行要参考的优化目标曲线。下面将给出ATO系统的性能评价指标加以简单介绍，并对一个粗略的列车运行参考曲线进行分析。2.3.1ATO系统性能评价指标 ATO系统主要有如下五项性能评价指标：安全性、停车精度、准时性、舒适性和节能[27]。因此，在自动调整车速的过程中，尽可能同时实现上述各项指标，并能够进行站内定点精确停车是ATO系统的主要目标。(1)安全性ATP系统保证列车自动运行过程中任何时刻的行车安全。列车运行时，ATO系统按照司机的临时操作控制列车相应的设备运行来调节列车速度，或者按照ATS系统的输入来控制列车速度。ATP系统一旦发现列车超速行驶，便立刻发出警告，使列车制动系统自动控制列车减速，确保行车的安全。(2)停车精度列车高速运行时，制动系统的制动能力是行车安全的重要保障。为了使列车停在预定目标位置点，需借助列车定位功能。高列的停车误差可以在50cm以内。设S1为列车实际制动停车后的位置，S0为要求的停车位置，S是停车误差，得到：SS0S1当S0.50m时，列车在允许的停车范围内，ATP授权ATO开门。当S0.50m时，列车停在允许范围外，在ATP允许下退行到合适位置打开车门。(3)行车时间评判模型设T为列车超速防护系统给定的在两站间运行所需时间，Tmin为列车在两站间以最大行驶速度运行所需的时间。T与Tmin的关系如下式所示：0TTmin00T>Tmin时，说明列车在保证准点的前提下可以使用一个较低的速度运行，或者用最大速度运行时，可以选择合理的惰行点运行，既保证准时性，又降低能耗。T=Tmin时，说明列车只能按照最大速度运行，才能准时到达目的地。T