第06章列车自动驾驶(ATO)系统方案

第6

章列

车

自

动

驾

驶

(

ATO)系

统号

与有用价言

化

第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统ATO

系统是

ATC

系统的一个子系统，主要实现“地对车控制”,即用地面信

息实现对列车驱动、制动控制，以及列车自动折返。根据控制中心指令自动完成

对列车的启动、牵引、惰行和制动，并送出车门和屏蔽门同步开关信号，使列车

按最佳工况正点、安全、平稳地运行。知

识

点1.ATO

系统的作用；2.ATO

系统设备的基本组成；3.ATO列车控制过程的基本原理。技能目标1.掌握列车自动驾驶的控制过程；2.掌握

ATO和

ATP

对车门控制的区别；3.掌握

ATO和

ATP在制动方面的区别；4.掌握

ATO

系统的主要服务功能。第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统后料号与有用价后不

化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。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，实现列车的自动运行。信

号

与

用

信

论

第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统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

。信料号与村用信

化

第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统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

式中处

于

活

动

状

态

，

向

轨

旁

设

备

传

输

信息。信

料

号

与

用

信

第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统ATO

系

统

个

系

统

为

列

车

列

车

实

现

精

确

包

括

车

底

部

的

及

沿

每

个

车

站

线

圈

。ATO系

统的

地

及

其

线

路

屏

提

供

车

站

信包

括

列

车

广

播

设

备

，

以

及

提

态

信

息

的ATO三

与

能

第

6精

确

定

位

精

确

的

位

。

精

确

定

线

圈

和

对

设

置

的

一实

现

自

动广

播，

并

所

以ATO设

备

、

车

站

标

识

和

报

告

系

统车

自

动

驾

驶向

列

车

内

作

目向

车内显

示

系统设备

还厢

信

息

显

示

车

站

停

车

状

设

备

等

。系

统具

有

提

供

停

车

标

志

站

台需

要信

息

息

。系

统

供

车

车

辆章

列停

车

置

信

位

停

位

天

组

地统

，

,

使

系

统

,

以

标

志系息车线面这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。

惰辅

、功

别：(列P

)

、等TI车6.3

ATO系

统的

功

能

及

其

工

作

原

理化

第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统信*号

与有用价言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。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

。信

号

与

用

信

论

第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统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

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

。信料号与村用信

化

第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统车

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

段收

到

内

方

标

志

器

传

来

的

停

车

信

息

时

，

产

生

第

三

制

动

模点

的

距

离

更

近

；

当

列

车

收

到

站

台

标

志

器

送

来

的

校

正

信车

再

次

缓

解

制

动

控

制

。

经

多

次

制

动

、

缓

解

控

制

，

确

保动

，

将

车

停

住

。后料号与有用价后不

化

第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统

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，按此制息时，

即转入停车模式，产生第四制动模式曲线，列式曲线，列车再次进行缓解控制，使列车离定位停车制动进行缓解控制，以使列车离停车点更近；当列车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2

2O

○外方标志器对

中间标志器对

内方标志器

站台标志器(无源)

(无源)

(无源)

对位天线(有源)图6-3地面停车标志器布置示意图m150

m-25

m+8

m→第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统后料号与有用价后不

化3503)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

。第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统己

与对能后淋

化4)区间临时停车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。信

料

号

与

用

信

化

第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统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。信料号与村用信

论

第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统驱动、制动ATS

ATO

控制设备定位系统ATP

列车数据图6-4

列车自动驾驶原理与有网

视

第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统感器速传测电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

。2.

列车自动折返控制自动折返是一种特殊情况下的驾驶模式，在折返站

使

用

，

这

种

驾

驶

模

式

下

无

需

司

机

控

制

，

而

且

列

车

上进

入

自

动

折

返

模

式

。

授

权

经

驾

驶

室

人

机

接

口(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。若采用ATO

自动运行折返模式，在司机按压ATO启动按钮后，列车自动驶入折返轨，并改变车头和轨道

电路

发

送

方

向；

在

折返轨至

发

车

站

台

的

进

路

排

列

完成后

，再

次

按

压ATO启动按钮

，

列

车

自

动

驶

入

发

车

站台，并

精

确

地

停

在

发

车

站

台

，

此

时，ATO车

载

设

备

即若

采

用ATO

无人

自动折返模

式

，

只有

在

司

机

下

车折返

输，线，输

出使列

车

制

动

和

牵

引

的

控

制

命

令

。

的全部控制台将被锁闭。列车收到折返许可后，自动人距离功能的列车当前的速度和位置以及ATP

速度曲后

号

与

用

作

后

论

第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统

退出自动折返模式。3.

列

车

车

门

自

动

控

制ATO

是车门控制命令的发出者，

ATO

只在自

动模式下执行车门开启。当列车到达定位停车点，

ATP

检测车速为零，

发送列车停站信号给站台定位

接

收

器

，

此

时ATP发

送

允

许

车

门

打

开

信

号

，

车

辆

收

到ATP发送的允许车门打开信息，

发送相应的军门

打开信号给门控单元，打开规定的车门；

同时车辆发送信息给地面，打开相应屏蔽门。列车停站结束后，司机按下关门按钮，发出关

门信号，同时发送信号给站台关闭屏蔽门，车站检

查

屏

蔽

门

关

闭

锁

好

后

，

允

许ATP

发

送

运

行

速

度

命

令

信息，车辆检查车门关闭锁好，随即列车启动。信

料

号

与

用

信

论

第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统6.3.2

其

他

辅

助

功

能

及

原

理1.列

车

定

位

修

正

功

能ATO列车定位修正功能是从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信息传送和接

收的延迟时间，

以及打滑和滑行等因素。ATO

列车

位置调整功能也接收到地面定位修正信息，

由此确

定列车的实际位置和计算列车位置的误差。对列车

定位修正可在由ATO功能规定的至接近实际停车点

10～15

m的任意位置开始，并且可使停车精度由

ATO

控制在希望的范围内。信

料

号

与

用

信

论

第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统2.

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

(功

功O现能巡巡，

并//

惰过

确

定

列。协车同运AT行S

间的和列能车源自优动化列车运行时间是指由ATO

和ATR

功能确定的列车

运行时间。当列车在ATO

功能下，从报文给定的列车

运行时间中减去通过计时器测定的已运行时间，

以确定到下一站有效的可用时间。能源优化轨迹的计算要考虑加速度、坡度制动以及曲线制动。

一般系统所需

要的轨遒曲线信息都储存在ATO存储器中。借助此信

息，并使用最大加速度，惰行/巡航功能计算出到下

一停车点的速度距离轨迹。能TR。A信

料

号

与

用

信

化

第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统3.

列车识别(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

人

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

传

输

到PTI

的

轨

旁

设

备

，

进

而

传

给ATS。

在将

信

息

传

输

至

轨

旁

设

备

之

前

，ATO

收

集

数

据，

完

成

合

理

检

查

。信

号

与

用

信

论

第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统6.4

ATO与

ATP

系

统

的

关

系在“距离码ATP系统”的基础上安装ATO系统

，列车就可采用自动方式进行驾驶。在选择自动

驾驶模式时，

ATO系统代替司机操纵，诸如列车启动

加

速、匀

速

惰

行、

制

动

等

基

本

驾

驶

功

能

均

能自

动进行。然

而

，

不

论

是由

司

机

手

动

驾

驶

还

是由ATO系统自动驾驶，

ATP系统始终执行其速度监督和超速

防护功能。所以，ATP是ATO的基础，

ATO不能脱

离ATP工作，

ATO必须从ATP系统获得基础信息，

只

有

在ATP的

基

础

上

才

能

实

现ATO功

能

，

列

车

安

全

才

有

保

证

。可

以

这

祥

认

为

：自

动

驾

驶

=

ATO

系

统

自

动

驾

驶

+ATP

系

统

。信料号与村用信

化

第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统ATP系统主要是运用自动实施常用制动和紧急制动

的手段，

当列车超过其允许的最大速度时降低列车速

度，以保证列车的安全行驶。而ATO系统主要是合理

运用牵引和制动，保持列车准点、高效、平稳运行。驾

驶

室控制台常用制动

紧急制动图

6

-

5

ATO

和

ATP第

6

章

列

车

自

动

驾

驶

系

统信*号

与

有

能

言化ATP

ATOATS曲

线

①

表

示

列

车

的

紧

急

制

动

曲

线

，

由

ATP

系

统

计

算

及监督。列车速度一旦触及