1、ATO子系統基本原理ATO子系統（以下稱為ATO系統）主要用實現“地對車控制”, 即用地面信息實現對列車驅動、 制動的控制，包括列車自動折返， 根據控制中心指令自動完成對列車的啟動、牽弓I、惰行和制動， 送出車門和屏蔽門同步開關信號， 使列車按最佳工況正點、安全、 平穩地運行。一、ATO系統基本概念ATO為非故障一安全系統，其控制列車自動運行，主要目的 是模擬最佳司機的駕駛，實現正常情況下高質量的自動駕駛，提高列車運行效率，提高列車運行的舒適度，節省能源。ATP系統是城市軌道交通列車運行時必不可少的安全保障，ATO系統則是提高城市軌道交通列車運行水平（準點、平穩、節能）的技術措施。ATO系統采

2、用的基本功能模塊與 ATP系統相同。和ATP系統一 樣，ATO也載有有關軌道布置和坡度的所有資料， 以便能優化列 車控制指冷。ATO還裝有一個雙向的通信系統， 使列車能夠直接 與車站內的人TS系統接口，保證實現最佳的運行圖控制。當列車處在自動駕駛模式下，車載 ATO運用牽引和制動控制， 實現列車自動運行。二、ATO系統的組成雖然各公司的ATO系統結構不盡相同，但 ATO系統的基本組 成是共同的。ATO系統都由軌旁設備和車載設備組成。ATO軌旁設備通常兼用ATP軌旁設備，接收與列車自動運行有 關的信息。ATO車載設備由設在列車每一端司機室內的 ATO控制器（包 括司機控制臺）及安裝在列車每一端司

3、機室車體下的兩個ATO接收天線和兩個ATO發送天線組成，還包括ATO附件，這些附件 用于速度測量、定位和司機接口。ATO車載設備通常和ATP車載 設備安裝在一個機架內。ATO具有一個雙向通信系統，通過車載 ATO天線和地面ATO 環線允許列車直接與車站內的 ATS連接，可以實現最佳的運營控 制，完成下列ATO功能：程序停車、運行圖和時刻表調整、軌旁 /列車數據交換、目的地和進路控制功能。ATO還具有定位停車系統，為列車提供精確的位置信息。包 括車底部的標志線圈和對位天線，以及每個車站ATC設備室內的車站停車模塊和沿每個站臺設置的一組地面標志線圈。ATO的功能不考慮故障一安全，因此，ATO車載單

4、元是非故障一安全的一取一配置。 ATC顯示單元不要求是故障一安全的， 因而ATC顯示單元采用基于商用計算機硬件。ATO向列車廣播設備及車廂信息顯示牌提供報站信息。三、ATO系統的主要功能ATO系統的功能分為基本控制功能和服務功能。基本控制功能是自動駕駛、自動折返、車門打開。這三個控制功能相互之間獨立地運行。服務功能包括：列車位置、允許速度、巡航/惰行、PTI支持功能等。1. ATO系統基本控制功能（1）自動駕駛 自動調整列車運行速度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，并根據線路的情況，自動控制列車的牽 引及制動，使列車在區間內的每個區段始終控制速度

5、（ ATP計算 出來的限制速度減去5 km/h）運行，并盡可能減少牽引、惰行和制 動之間的轉換。 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系統控制。當停車特征被啟動后，ATO系統基于列車速度、預先 決定的制動率和距停止點的距離計算出一個制動曲線，采用最合適的減速度（制動率）使列車準確、平穩地停在規定的停車點。 與列車定位系統相配合，可使停車位置的誤差達到0.5 m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，向列車司機發出聲音和視覺報警。 從車站自動發車當發車安全條件符合時（在 ATO模式下，關閉了車門，這由 ATP系統監視），A

6、TO系統給出啟動顯示，司機按下啟動按鈕， ATO系統使列車從制動停車狀態轉為驅動狀態。停車制動將被緩 解，然后列車加速。ATO通過預設的數據提供牽引控制，該牽引 控制可使列車平穩加速。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。 區間內臨時停車由ATP系統給出目標點位置（例如前方有車）及制動曲線，并 將數據傳送給ATO系統車載單元，ATO系統得到目標速度為1409, 的速度信息后自動啟動列車制動器，使列車停穩在目標點前方10m左右。此時車門還是由ATP系統鎖住的。一旦前方停車目地地， 速度信息改為進行碼后，ATO

7、系統使列車自動啟動。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，由ATP啟動緊急制動，ATO向司機發出視覺和音響警報。5s以后音響警報自動停止。 限速區間臨時性限速區間的數據由軌道電路報文傳輸給 ATP車載設備， 再由ATP車載設備將減速命令經ATO系統傳達給動車驅動、制動 控制設備。此時ATO車載設備的功能猶如ATP系統與驅動、制動 控制設備之間的一個接口。 對于長期的限速區間，數據可事前輸 人ATO系統，在執行自動駕駛時，ATO系統會自動

8、考慮到該限速區間。(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，就自動進人 AR模式。授 權經駕駛室MMI顯示給司機，司機必須確認這個顯示， 并得到授 權，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軌旁設備提供所需的數據以駕駛列車進人折返軌。 列車將自 動回到出發站臺。列車一到出發站臺， ATC車載設備就會退出 AR模式。無人自動折返功能的輸人是來自車載速度/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

9、的命 令。(3) 自動控制車門開閉由ATP系統監督開門條件，當ATP系統給出開門命令時，可以 按事前的設定由ATO系統自動地打開車門，也可由司機手動打開 正確一側的車門。車門的關閉只能由司機完成。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 打開車門的數據，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給負責控制車門的列 車系統。2. ATO系統服務功能(1) 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。根據上一次計算后所運行的距離來調整列車的實際位 置。此調整

10、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。對列車位置調整，可在由ATO功能規定的 直至接近實際停車點1015 m的任意位置開始。由于這種調整， 停車精度由ATO控制在希望的范圍內。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，測速單元的讀人、軌道中同步標記的檢測、 SYNCH環線。列車位置功能的輸出用作校正列車位置信息。(2) 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

11、對 應速度值。這個速度沒有被優化，只是低于當前速度限制和制動 曲線給的限制。允許列車速度調整是為了能源優化或由惰行/巡 航功能完成的列車運行。允許速度功能的輸人來自 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。（3）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列車區間運行的惰行控制，同時節省能源，保證最大能量效率。ATO巡航/惰行功能協同ATS中的ATR功能，并通過確定列車 運行時間和能源優化軌跡功能實現巡航/惰行功能。 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

12、，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化軌跡功能的到下一 站停車點的有效運行時間。 能源優化軌跡功能能源優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

13、曲線、ATP功能的ATP靜態速度曲線（例如速度限制）。能源優化軌跡功能的輸出至ATO速度控制器的速度距離軌跡。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據，在特定的 位置（通常設在列車進人正線的人口處）傳給 ATS，向ATS報告 列車的識別信息、目的號碼和乘務組號，以及列車位置數據（例 如當前軌道電路的識別和速度表的讀數），以優化列車運行。PTI功能是由車載設備和軌旁設備實現的。由 ATC車載設備提 供的數據，通過ATO功能，傳輸到PTI的軌旁設備，進而傳給ATS。在將信息傳輸至軌旁設備之前，ATO/PTI功能收集數據，完成合理檢查。編輯信息必需的數據從ATS , ATC軌旁功

14、能、司機MMI功能發送至ATO。PTI是一個非安全功能。四、ATO系統的基本要求1根據線路條件、道岔狀態、前方列車位置等，實現列車速度 自動控制。列車在區間停車應盡量接近前方目的地。區間停車后，在允許信號的條件下列車自動啟動。車站發車時，列車啟動由司機控制。2. ATO應能提供多種區間運行模式，滿足不同行車間隔的運行要求，適應列車運行調整的需要； 司機手動駕駛及由ATO系統 駕駛之間可在任何時候轉換； 手動駕駛時由ATP系統負責安全速 度監督，自動駕駛時由ATO系統給出對驅動、控制設備的命令， ATP系統仍然負責速度監督。3. ATO定點停車精度應根據站臺計算長度、列車性能和屏蔽門的設置等因素

15、選定。站臺定點停車精度宜在土0.25土 0.50 m范圍內選擇。4. ATO控制過程應滿足舒適度和快捷性的要求。舒適度的要 求主要是指牽引、惰行和制動控制以及各種工況之間的轉換控制 過程的加、減速度的變化率。快捷性主要是指控制過程的時間宜 短，以減少對站間運行時分的影響和提高運行質量。ATO應能控制列車實現車站通過作業。5. 自動記錄運行狀態、自診斷及故障報警。五、ATO系統基本工作原理1.列車自動駕駛和ATP系統一樣，ATO也存儲了軌道布局和坡度信息， 能夠優 化列車控制命令。ATO中有一套最大安全速度數據， 與ATP的最 大安全速度數據互相獨立。這樣， 為了保證乘坐的舒適性，ATO 可按照

16、最大速度行駛，不過這一速度要小于 ATP的最大安全速 度。ATO的最大速度可以任意設置，梯進精度為 1 km/h.ATO利用通過地面ATP設備傳來的編碼得知前方未被占用的 軌道電路數目或者前行列車的位置，知道當前本次列車的位置， 列車就可以在到達安全停車點之前，綜合雷考慮安全因素，盡量以全速行駛。ATO系統的自動駕駛功能是通過 ATO車載設備控制列車牽引 和制動系統而實現的。為此， ATO需要ATP的數據：從ATP軌旁 單元接收到的全部ATP運行命令、測速單元提供的當前列車位置 和實際速度信息、位置識別和定位系統的信息、列車長度、ATS通過向ATP軌旁單元發送的出站命令和到下一站的計劃時間。如

17、果ATO自檢測成功完成，且ATP設備釋放了自動駕駛，信號 顯示“ ATO啟動”，可以實施ATO駕駛。由ATO系統執行的自動駕駛過程是一個閉環反饋控制過程， 其基本關系框圖如圖5一27所示。測速單元通過 ATP向ATO發送 列車的實際位置信息。反饋環路的基準輸人是從 ATP數據和運營 控制數據中得出的。ATO向牽引和制動控制設備提供數據輸出。ATO模式在以下條件下被激活： ATP在SM模式中；已過了車 站停車時間；聯鎖系統排列了進路；車門關閉；駕駛手柄處于零 位。于是，司機通過按壓啟動按鈕開始ATO模式，列車加速達到計算的速度曲線。假如其中一項條件不能滿足，啟動無效，ATP關閉ATO至牽引的控制

18、信號。在達到計算速度時，系統根據這個速度曲線控制列車的運行。當接近制動啟動點時，ATO設備將自動控制常用制動使列車運行 跟隨制動曲線。2 .車站程序停車線路上的車站都有預先確定的停站時間間隔。控制中心ATS監督列車時刻表，計算需要的停站時間以保證列車正點到達下一 個車站。由集中站ATS通過ATO環線傳送給ATO車載設備。控制中心能通過集中站 ATS縮短或延長車站停站時間。如果控 制中心離線，集中站ATS預置一個缺省的停站時間，該時間是可 編程的。在控制中心要求下，列車可跳過某車站。這一跳停命令由控 制中心通過集中站ATS傳給列車。3. 車站定位停車車站精確停車通過在車站區域的軌道電路標識、分界

19、過渡和ATO環線變換來進行。軌道電路標識被用來確定停車特征的合適 起始點。軌道電路分界過渡和軌旁 ATO環線變換提供了距離分 界。該距離分界用于達到所要求的位置精度。當停車特征啟動后，ATO基于列車速度、預先確定的制動率 和距停止點的距離計算制動特征。ATO將通過根據要求改變牽引 和制動需求來遵循此特征。制動率調整值通過ATO環線軌旁ATO 取得。此調整是動態的，是根據異常線路情況作出的，并且可以 從OCC或SCR （車站控制室）中進行選擇。一旦列車停車，ATO 會保持制動，以避免列車運動。ATO可以與站臺屏障門（PSD）的控制系統全面接口，保證列 車的精確和可靠地到站停車。4車門控制ATO只

20、有在自動模式下才執行車門開啟。在手動模式，由司 機進行車門操作（ATP仍會提供一種安全的車門使能功能）。當列車駛抵定位停車點，列車的定位天線（它接至車輛定位 發送器和接收器）位于站臺定位環線上方，環線置于線路中央， 它連向站臺定位發送器和接收器； 只有當列車停于定位停車的允 許精度范圍內，車輛定位接收器收到站臺定位發送器送來的列車 停站信號，ATO系統確認列車已到達確定的定位區域，這時ATO系統發出“列車停站”信號給 ATP系統，以保證列車制動；ATP 系統檢測到零速度，通過列車定位發送器發送ATP列車停車信號 給地面站臺定位接收器，站臺接收器檢測到此信號，將其譯碼， 使地面“列車停站”繼電器

21、工作；此時車站軌道電路ATP發送器發送允許打開左車門（或右門）的調制頻率信號；車輛收到允許 打開車門信號，使相應的門控繼電器工作， 并提供相應的廣播和 允許開門的信號顯示，這時司機按壓與此信號顯示相一致的門控 按鈕，才可以打開規定的車門。有了車門打開信號以后，使車輛定位發送器改發打開屏蔽門 信號，當站臺定位接收器收到此信號， 使打開屏蔽門繼電器吸起， 以使與列車車門相對的屏蔽門打開 （包括屏蔽門的數量及位置）列車停站時間結束（或人工終止），地面停站控制單元啟動車站ATP模塊，軌道電路停發開門信號，車輛收不到開門信號， 使門控繼電器落下。司機按壓關門按鈕，關閉車門；與此同時， 車輛停發打開屏蔽門

22、信號， 車站打開屏蔽門繼電器落下； 車站在 檢查了屏蔽門已關閉及鎖閉好以后，才允許ATP系統向軌道電路發送運行速度命令信息，車輛收到速度命令同時， 檢查了車門已 關閉和鎖閉、ATO發車表示燈點亮，列車可按車載ATP收到的速 度命令進行出發控制。如果車門控制系統遇到在發出車門關閉請求后車門關閉被阻止的妨礙時，車門將會循環關閉。如果車輛在“x”秒后還探測不到車門的關閉，告知車輛報告系統（VAS ），同時產生一條關 于關閉車門被阻止的報告。然后，車門在 y秒的延遲后被請求關 閉。在z秒后，如果車門還是被檢出沒關，車門將會打開，一條 關門受阻的報警就送到軌旁設備。“ x”，“ y”、“ z”的時間 從

23、1s到 15s可改變。5軌旁/列車數據交換列車與軌旁的通信是非安全的。任何情況下控制中心需要與列車通信時，軌旁設爵備都作為數據交換的接口。列車發到軌旁的數據：分配列車號；目的地；車門狀態；車 輪磨損表示（從ATP到控制中心）；在接近車站時制動所產生的 過量車輪滑動；緊急情況或異常情況（比如不正確的開門）。軌旁發到列車的數據：車輛車門開啟命令；列車號的確認；列車長度；性能修改數據；出發測試指令；車門循環測試；主時 鐘參考信號；跳停指令；擱置命令；申請車載系統和報警狀態。6.性能等級性能等級是列車標識的一部分，可以被中央ATC修改。列車從軌旁接收到由中央ATC所確定的性能等級。性能等級由速度限 制、命令的加速、預定的減速構成。為了減少數據的傳輸量，一 張六個性能等級的表存放在列車上。為了修改當前性能等級，中央ATC發送單數字命令。7 .滑行模式滑行模式是一種額外的性能等級，其要求是級別1到5處于有效狀態，并且當申請滑行時，目標速度大于40km/h。滑行模式會 使列車在上電的間隙進行滑行， 并