列车自动驾驶系统ppt课件
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第6章 列车自动驾驶（ATO）系统
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6.1 ATO系统的基本概念
ATO系统为非故障一安全系统。系统主要目的是 模拟最佳的司机驾驶，实现高质量的自动驾驶，控制 列车自动运行，提高列车运行效率，提高列车运行的 舒适度，节省能源。
ATP系统是城市轨道交通列车运行时必不可少的 安全保障，ATO系统则是提高城市轨道交通列车运行 水平（准点、平稳、节能）的技术措施。
如区间内列车运行前方有事故或车，由ATP 系统给出目标点位置及制动曲线，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” 的速度信息后自动启动列车制动器，使列车临时停 在目标点前方10m左右。此时车门还是由ATP系 统锁住的。一旦运行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。在 危险情况下，例如按下紧急停车按钮，或是因常用 制动不充分而使列车超过紧急制动曲线，所规定的 制动距离由ATP启动紧急制动，ATO向司机发出视 觉和音响警报，5S以后音响警报自动停止。
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5)限速区间控制 临时性限速区间的数据由轨旁设备报文传
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，数据可事先输入ATO系 统，在执行自动驾驶模式时，ATO系统会自动 考虑该限速区间的控制。
处于活动状态，向轨旁设备传输信息。
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ATO系统具有精确定位停车系统， 这个系统为列车提供精确的位置信息， 使列车实现精确停车。精确定位停车系 统包括车底部的标志线圈和对位天线， 以及沿每个车站站台设置的一组地面标 志线圈。
ATO系统需要实现自动向列车内作 目的地及其线路信息广播，并向车内显 示屏提供车站信息。所以ATO系统设备 还包括列车广播系统设备、车厢信息显 示设备，以及提供车站标识和车站停车 状态信息的ATO车辆报告系统设备等。
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由ATO系统执行的自动驾驶过程是一个闭环 反馈控制过程，其基本原理如图6-4所示。
测速单元通过ATP向ATO发送列车的实际位 置信息。反馈环路的基准输入是从ATP数据和运营 控制数据中得出的，ATO向牵引和制动控制设备 提供数据输出。
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3)车站自动发车
在列车自动驾驶模式下，当发车安全条件符 合时（如关闭了车门等），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， 该牵引控制可使列车平稳加速。
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4)区间临时停车
1)自动调整列车运行速度
在列车自动驾驶模式下，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 速度运行，并尽可能减少牵引、惰行和制动之间的 转换。
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2)定位停车点的目标制动 在列车自动驾驶模式下，以车站停
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6.3 ATO系统的功能及其工作原理
ATO系统的功能分为基本控制功能 和服务功能。基本控制功能包括：列车 自动驾驶、自动折返和车门控制三个功 能。其他辅助功能包括：列车定位修正、 巡航／惰行、列车识别(PTI)支持功能等。
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6.3.1 基本控制功能及原理 1．列车自动驾驶控制
列车自动驾驶控制功能，就是实现列车自动驾 驶模式下的列车启动、加速、制动，车站发车、定 位停车，区间限速、临时停车和车门、屏蔽门开启 的自动控制。
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6.2 ATO系统的设备组成
ATO系统主要由轨旁设备和车载设备两部 分组成。
ATO系统轨旁设备通常兼用ATP轨旁设备， 接收与列车自动运行有关的信息。ATO系统车 载设备由设在列车每一驾驶室内的ATO控制器 （包括司机控制台）及安装在驾驶室车体下的 两个ATO接收天线和两个ATO发送天线组成， 还包括一些其他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柜内，车载单元采 用非故障一安全的一取一配置方式。
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ATO系统具有一个地车双向通信系 统，通过车载ATO天线和地面ATO环线， 使列车经控制中心与车站的ATS系统连 接，接受控制命令（如列车的运行调整、 目的地的变更命令等），实现列车的最 佳运营控制，完成程序停车、运行图和 时刻表调整、轨旁／列车数据交换、目 的地和进路控制等ATO功能。ATO车载 通信系统在所有驾驶模式中
ATO系统采用的基本功能模块与ATP系统相同。 ATO系统接收前车信息、目标距离、轨道信息、坡度 信息以及控制中心指令等所有信息，车载计算机对信 息进行处理，以优化列车的控制。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。
当列车处于自动驾驶模式时，车载ATO运用牵引 和制动控制，Leabharlann Baidu现列车的自动运行。
车点作为目标点，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一个制动 曲线，并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。 与列车定位系统相配合，可使 停军位置的误差降到0.5m以下。
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车站定点停车是靠一组地面标志线圈（或称标志 器）提供至停车点的距离信息，标志线圈（也是应答 器）设置的多少可视定位停车精度而异，一般为3～4 个，图6-3为地面停车标志器布置示意图。当列车正向 运行经过第一个标志线圈时，列车接收停车标志信息， 启动定点停车程序，产生第一制动模式曲线，按此制 动曲线停车，列车离定位停车点较远；当列车驶抵中 间标志器时，产生第二制动模式曲线，并对第一阶段 制动进行缓解控制，以使列车离停车点更近；当列车 收到内方标志器传来的停车信息时，产生第三制动模 式曲线，列车再次进行缓解控制，使列车离定位停车 点的距离更近；当列车收到站台标志器送来的校正信 息时，即转入停车模式，产生第四制动模式曲线，列 车再次缓解制动控制。经多次制动、缓解控制，确保 列车定位停车的精度控制在规定的范围之内，当车载 定位天线与地面定位天线对齐时，立即实施全常用制 动，将车停住。
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6.1 ATO系统的基本概念
ATO系统为非故障一安全系统。系统主要目的是 模拟最佳的司机驾驶，实现高质量的自动驾驶，控制 列车自动运行，提高列车运行效率，提高列车运行的 舒适度，节省能源。
ATP系统是城市轨道交通列车运行时必不可少的 安全保障，ATO系统则是提高城市轨道交通列车运行 水平（准点、平稳、节能）的技术措施。
如区间内列车运行前方有事故或车，由ATP 系统给出目标点位置及制动曲线，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” 的速度信息后自动启动列车制动器，使列车临时停 在目标点前方10m左右。此时车门还是由ATP系 统锁住的。一旦运行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。在 危险情况下，例如按下紧急停车按钮，或是因常用 制动不充分而使列车超过紧急制动曲线，所规定的 制动距离由ATP启动紧急制动，ATO向司机发出视 觉和音响警报，5S以后音响警报自动停止。
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5)限速区间控制 临时性限速区间的数据由轨旁设备报文传
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，数据可事先输入ATO系 统，在执行自动驾驶模式时，ATO系统会自动 考虑该限速区间的控制。
处于活动状态，向轨旁设备传输信息。
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ATO系统具有精确定位停车系统， 这个系统为列车提供精确的位置信息， 使列车实现精确停车。精确定位停车系 统包括车底部的标志线圈和对位天线， 以及沿每个车站站台设置的一组地面标 志线圈。
ATO系统需要实现自动向列车内作 目的地及其线路信息广播，并向车内显 示屏提供车站信息。所以ATO系统设备 还包括列车广播系统设备、车厢信息显 示设备，以及提供车站标识和车站停车 状态信息的ATO车辆报告系统设备等。
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由ATO系统执行的自动驾驶过程是一个闭环 反馈控制过程，其基本原理如图6-4所示。
测速单元通过ATP向ATO发送列车的实际位 置信息。反馈环路的基准输入是从ATP数据和运营 控制数据中得出的，ATO向牵引和制动控制设备 提供数据输出。
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3)车站自动发车
在列车自动驾驶模式下，当发车安全条件符 合时（如关闭了车门等），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， 该牵引控制可使列车平稳加速。
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4)区间临时停车
1)自动调整列车运行速度
在列车自动驾驶模式下，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 速度运行，并尽可能减少牵引、惰行和制动之间的 转换。
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2)定位停车点的目标制动 在列车自动驾驶模式下，以车站停
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6.3 ATO系统的功能及其工作原理
ATO系统的功能分为基本控制功能 和服务功能。基本控制功能包括：列车 自动驾驶、自动折返和车门控制三个功 能。其他辅助功能包括：列车定位修正、 巡航／惰行、列车识别(PTI)支持功能等。
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6.3.1 基本控制功能及原理 1．列车自动驾驶控制
列车自动驾驶控制功能，就是实现列车自动驾 驶模式下的列车启动、加速、制动，车站发车、定 位停车，区间限速、临时停车和车门、屏蔽门开启 的自动控制。
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6.2 ATO系统的设备组成
ATO系统主要由轨旁设备和车载设备两部 分组成。
ATO系统轨旁设备通常兼用ATP轨旁设备， 接收与列车自动运行有关的信息。ATO系统车 载设备由设在列车每一驾驶室内的ATO控制器 （包括司机控制台）及安装在驾驶室车体下的 两个ATO接收天线和两个ATO发送天线组成， 还包括一些其他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柜内，车载单元采 用非故障一安全的一取一配置方式。
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ATO系统具有一个地车双向通信系 统，通过车载ATO天线和地面ATO环线， 使列车经控制中心与车站的ATS系统连 接，接受控制命令（如列车的运行调整、 目的地的变更命令等），实现列车的最 佳运营控制，完成程序停车、运行图和 时刻表调整、轨旁／列车数据交换、目 的地和进路控制等ATO功能。ATO车载 通信系统在所有驾驶模式中
ATO系统采用的基本功能模块与ATP系统相同。 ATO系统接收前车信息、目标距离、轨道信息、坡度 信息以及控制中心指令等所有信息，车载计算机对信 息进行处理，以优化列车的控制。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。
当列车处于自动驾驶模式时，车载ATO运用牵引 和制动控制，Leabharlann Baidu现列车的自动运行。
车点作为目标点，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一个制动 曲线，并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。 与列车定位系统相配合，可使 停军位置的误差降到0.5m以下。
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车站定点停车是靠一组地面标志线圈（或称标志 器）提供至停车点的距离信息，标志线圈（也是应答 器）设置的多少可视定位停车精度而异，一般为3～4 个，图6-3为地面停车标志器布置示意图。当列车正向 运行经过第一个标志线圈时，列车接收停车标志信息， 启动定点停车程序，产生第一制动模式曲线，按此制 动曲线停车，列车离定位停车点较远；当列车驶抵中 间标志器时，产生第二制动模式曲线，并对第一阶段 制动进行缓解控制，以使列车离停车点更近；当列车 收到内方标志器传来的停车信息时，产生第三制动模 式曲线，列车再次进行缓解控制，使列车离定位停车 点的距离更近；当列车收到站台标志器送来的校正信 息时，即转入停车模式，产生第四制动模式曲线，列 车再次缓解制动控制。经多次制动、缓解控制，确保 列车定位停车的精度控制在规定的范围之内，当车载 定位天线与地面定位天线对齐时，立即实施全常用制 动，将车停住。