列车ATO系统

第十章ATO子系统基本原理AT0子系统(以下称为ATO系统)主要用实现“地对车控制”，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l司步开关信号，使列车按最佳工况正点、安全、平稳地运行。

一、ATO系统基本概念AT0为非故障一安全系统，其控制列车自动运行，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驶，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。

AT0系统采用的基本功能模块与ATP系统相同。

和ATP系统一样，AT0也载有有关轨道布置和坡度的所有资料，以便能优化列车控制指令。

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AT0运用牵引和制动控制，实现列车自动运行。

二、ATO系统的组成虽然各公司的ATO系统结构不尽相同，但AT0系统的基本组成是共同的。

AT0系统都由轨旁设备和车载设备组成。

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。

AT0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。

三、ATO系统的主要功能AT0系统的功能分为基本控制功能和服务功能 .基本控制功能是自动驾驶、自动折返、车门打开。

这三个控制功能相互之间独立地运行。

服务功能包括：列车位置、允许速度、巡航／惰行、PTI支持功能等。

1．ATO系统基本控制功能(1)自动驾驶①自动凋整列车运行速度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，并根据线路的情况，自动控制列车的牵引及制动，使列车在区问内的每个区段始终控制速度(ATP计算出来的限制速度减去5 km／h)运行，并尽可能减少牵引、惰行和制动之间的转换。

2城际ATO系统需求分析2、1、城际铁路ATO功能需求分析根据上文城市轨道交通ATO系统提及的功能,下文主要进行城际线ATO 的功能需求分析。

(1)列车自动驾驶功能本文提及的城际线最高运行速度为200km/h,线路长度一般在100km左右。

与城市轨道交通类似,城际轨道交通也存在客流量巨大,站站停车的情况,这就要求列车频繁地进行启动、加速、制动、减速等操作,同时还需要满足准点、舒适、节能运行,这些对驾驶要求极高,使司机承受很大的体力、精神压力。

因此完全有必要研发城际线列车自动驾驶系统,取代司机驾驶列车运行,一方面减轻司机工作压力,同时也提升列车运营能力。

可通过对增加ATO车载设备,同时在CTC S-2列控系统地面应答器组内增加相关线路数据报文,实现列车自动驾驶功能。

(2)列车精确停车功能城际铁路站台上也设有屏蔽门,因此,列车驾驶必须要实现精确停车。

城际铁路站间距离短,运量大,频繁起停车,仅靠司机人工驾驶很难保证精确停车。

因此,ATO系统的精确停车功能显得极其重要可以在车站股道内适当距离进行应答器布置,提高ATP系统的测距精度,提升对停车点的控制精度,实现列车精确停车功能。

(3)列车车门管理功能与地铁类似,城际铁路车运行控制系统具有车门监控功能。

通过ATP与ATO系统与车辆系统的联动,对车门实现安全控制。

列车车门管理功能应在ATP 的监控之下实现,通过ATO子系统请求指令控制车门打开。

2、2、 ATO系统定义列车自动驾驶子系统ATO ( Automatic Train Operation )就是ATC系统的重要子系统,它完成列车的自动调速包括牵引、巡航、惰性、制动、停车以及车门开关的控制功能,实现正线、折返线以及出入段(场)线运行的自动控制,实现区间运行时分的调整控制。

ATO系统按照系统设定的运行曲线,根据ATS系统的指令选择最佳运行工况,确保列车按运行图运行,实现列车运行自动调整与节能控制。

ATO系统功能依靠ATO系统自身及信号各子系统协调共同完成。

ACADEMIC RESEARCH 学术研究一、城市轨道交通信号系统城市轨道交通信号系统包括多个方面的内容：如城市轨道列车在沿线运行中对信号信息的采样、信号信息的显示、信号信息的联锁控制等。

目前，我国常用的城市轨道交通信号系统的使用中，大多都采用了无线通信系统所组成的城市轨道列车自动控制系统（ATC），此系统中又包括了列车自动驾驶系统（ATO）、列车自动保护系统（ATP）、列车自动监控系统（ATS）等几个部分。

二、城市轨道列车ATP车载单元的工作原理城市轨道交通列车的自动控制系统中的车载部分包括：ATP车载单元、ATO车载单元以及TWC车载单元。

自动驾驶模式系统的运行需要具备相应的条件才能进行相应的操作，如需要列车具备ATP监控条件。

当城市轨道交通列车的ATP系统出现故障后，此时，城市轨道交通系统也应及时停止运行，即便是在自动驾驶模式下也不可以运行。

列车自动驾驶系统能够为城市轨道交通的安全运行以及准确停车提供保障，还可以提高列车运行的效率和乘客的舒适度，为城市的发展节约了大量的能源。

在城市轨道交通中，ATO信号系统的正常运行离不开ATP系统和ATS系统的配合，并且如果ATO 信号系统在工作中出现了不安全的情况，此时，ATP系统会对其进行保护。

如当列车出现了超速行驶，此时，车载ATP子系统就会迅速的向ATO系统发出制动指令，保障列车的安全运行[1]。

三、城市轨道列车ATO信号系统的运行原理城市轨道列车自动驾驶系统中的车载单元在列车运行的过程中，需要与ATP车载单元联合起来，控制列车的行驶情况，包括对列车速度的控制、调速情况以及在某个固定的点及时停车等。

根据城市轨道列车ATO信号系统的运行原理发现，此系统最重要的作用就是能够自行解决城市轨道列车在行驶过程中所遇到的障碍。

因此，城市轨道列车ATO信号系统基本的运行原理就是：在列车开车之前，城市轨道列车的驾驶人员要根据系统接收到的指示信号，依次启动列车上的ATO车载单元，同时还要在ATP系统的辅助下，将所接收到的允许列车运行的信号及时传输给列车的ATO车载单元。

列车运行控制系统的五个级别一、列车运行控制系统的五个级别列车运行控制系统是保障列车安全运行的重要设备，它通过控制列车的速度、位置和运行模式，确保列车在轨道上的稳定运行。

根据功能和安全性等方面的不同，列车运行控制系统可以分为五个级别，分别是ATC、ATO、CBTC、CTBC和ETCS。

二、ATC（Automatic Train Control）级别ATC是列车运行控制系统的最基本级别，它主要通过信号系统和车载设备实现对列车的自动控制。

在ATC级别下，列车通过接收信号系统发出的信息，控制列车的速度和位置，以确保列车在规定的区间内安全运行。

ATC级别适用于高速铁路等需要保证列车安全运行的场所。

三、ATO（Automatic Train Operation）级别ATO是在ATC基础上进一步发展的列车运行控制系统级别。

ATO级别在保证列车安全运行的基础上，更加注重列车的运行效率和准点性。

相比于ATC级别，ATO级别的列车运行更加自动化，列车的运行速度和位置更加精确可控。

ATO级别适用于城市轨道交通等高密度、高频率的线路。

四、CBTC（Communications-Based Train Control）级别CBTC是一种基于通信技术的列车运行控制系统级别，它通过车载设备和地面设备之间的通信，实现对列车的精确控制。

CBTC级别不仅可以控制列车的速度和位置，还可以实现列车的精确停站、车辆调度和列车间的安全距离控制等功能。

CBTC级别适用于复杂的轨道交通系统，如地铁、轻轨等。

五、CTBC（Communication-Based Train Control）级别CTBC是一种基于通信技术的列车运行控制系统级别，它在CBTC的基础上进一步发展，主要用于高速铁路系统。

CTBC级别通过车载设备和地面设备之间的通信，实现列车的精确控制和列车间的安全距离控制。

CTBC级别的列车运行更加高效、精确和安全，适用于高速铁路等需要高速、高频的线路。

轨道交通信号系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统，由列车自动控制系统（Automatic Train Control，简称ATC）组成。

ATC系统共分三个子系统，分别是列车自动行车监控系统（ATS）、列车自动运行系统（ATO）、列车自动防护子系统（ATP），三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。

其中ATS系统由控制中心、车站、车场以及车载设备组成。

ATS系统在ATP系统的支持下完成对列车运行的自动监控，实现以下基本功能。

1.通过ATS车站设备，能够采集轨道旁及车载ATP提供的轨道占用状态、进路状态、列车运行状态以及信号设备故障等控制和监督列车运行的基础信息。

2.根据联锁表、计划运行图及列车位置，自动生成输出进路控制命令，传送至车站联锁设备，设置列车进路、控制列车停站时分。

3.列车识别跟踪、传递和显示功能。

系统能自动完成正线区段内列车识别号（服务号、目的地号、车体号）跟踪，列车识别号可由中央ATS自动生成或调度员人工设定、修改，也可由列车经车—地通信向ATS发送识别号等信息。

4.列车计划与实际运行图的比较和计算机辅助调度功能。

能根据列车运行实际的偏离情况，自动生成调整计划供调度员参考或自动调整列车停站时分，控制发车时间。

5.ATS中央故障情况下的降级处理，由调度员人工介入设置进路，对列车运行进行调整，由ATS车站完成自动进路或根据列车识别号进行自动信号控制，由车站人工进行进路控制。

6.通过显示终端，能对轨道区段、道岔、信号机和在线运行列车等进行监视，能在行调工作站上给出设备故障报警及故障源提示。

在轨道交通调度指挥中心，整个大屏显示系统以ATS列车自动监控系统为主要人机界面，其全局信号显示方式经历了三个阶段。

第一阶段，传统的马赛克表盘显示方式，操作困难，显示不够灵活；第二阶段，计算机显示终端显示方式，往往因为分辨率不够导致无法完整显示整个系统；第三阶段，大屏可视化系统显示方式，可满足超大分辨率图像的高速显示。

列车自动化运行等级及划分原则
列车自动化运行等级是指列车在运行过程中所依据的自动化程度和控制方式的不同等级。

目前，国际上通常将列车自动化运行等级分为四个等级，分别是CBTC级别、ATO级别、UTO 级别和GOA级别。

CBTC级别是指列车控制系统采用了列车间通信技术（ CBTC）的自动化运行等级。

该等级的列车控制系统具有高度的自动化程度，能够实现列车的自动驾驶、自动停车、自动开门等功能。

ATO级别是指列车控制系统采用了自动列车操作（ ATO）技术的自动化运行等级。

该等级的列车控制系统能够实现列车的自动驾驶、自动停车等功能，但需要人工干预开门等操作。

UTO级别是指列车控制系统采用了无人驾驶技术的自动化运行等级。

该等级的列车控制系统能够实现列车的全自动驾驶、自动停车、自动开门等功能，无需人工干预。

GOA级别是指列车控制系统采用了通用运行自动化 GOA）技术的自动化运行等级。

该等级的列车控制系统能够实现列车的全自动驾驶、自动停车、自动开门等功能，并且能够适应不同的运营环境和条件。

划分列车自动化运行等级的原则主要包括以下几个方面：
1.技术可行性原则：列车自动化运行等级的划分必须基于当前可行的技术水平和技术手段。

2.安全性原则：列车自动化运行等级的划分必须以保障列车运行安全为前提。

3.经济性原则：列车自动化运行等级的划分必须以经济效益为考虑因素。

4.适应性原则：列车自动化运行等级的划分必须能够适应不同的运营环境和条件。

总之，列车自动化运行等级的划分是一个复杂的过程，需要综合考虑多种因素，以确保列车的安全、高效、可靠地运行。

ATO是一种基于控制系统的列车自动驾驶技术，它通过使用先进的传感器、控制器和计算机程序来自动控制列车的运行，从而实现自动化驾驶。

ATO的主要功能包括以下三个方面：
1.自动驾驶：ATO可以使列车在既定路径上自动运行，包括根据预先设定的速度和路线行驶，以及根据路况和周围环境的变化进行调整。

ATO能够自动控制列车的加速、减速和制动，以确保列车在既定时间内安全、准确地到达目的地。

2.自动折返：ATO可以在列车到达终点站时自动控制列车进行折返，以便继续向相反方向行驶。

自动折返功能可以减少人工操作的时间和误差，提高列车的运行效率和安全性。

3.自动停车：ATO可以控制列车在指定的车站或区域自动停车，并确保列车停靠的位置与停车点精确对齐。

自动停车功能可以大大减少人工操作的困难和误差，提高列车的准确性和安全性。

列车运行控制系统的五个级别
列车运行控制系统的五个级别是：
1. Level 0：无自动化系统。

所有列车运行功能由乘务员手动控制和监控。

2. Level 1：列车操作员辅助系统（ATO）。

该系统通过自动控制列车的加速、制动和保持列车在规定的速度和距离范围内行驶，但乘务员仍需负责开关门、监控列车运行和应对紧急情况。

3. Level 2：有限度的自动列车控制（GoA2）。

列车在ATS（自动列车监控系统）的控制下自动运行，但乘务员仍需负责开关门和处理紧急情况。

4. Level 3：条件自动列车操作（GoA3）。

列车在ATS的控制下自动运行，乘务员只需负责开关门。

该级别下，列车在特定条件下可完全自主地进行加速和制动。

5. Level 4：高度自动列车操作（GoA4）。

列车在ATS的完全控制下自主运行，乘务员不再需要驾驶员。

该级别下，列车可以应对各种情况，包括紧急情况和列车故障。

ATP（ Automatic Train Protection）列车自动保护装置的主要功能：防止列车相撞；ATO（ Automatic Train Operation）列车自动运行系统的主要功能：保证正常的运行和行车调整的优化；ATS（ Automatic Train Supervision）自动列车监督系统的主要功能：设备和行车数据的自动管理。

ATC（Automatic Train Control System）自动列车控制系统：可以实现列车自动驾驶、列车自动跟踪、列车自动调度。

列车自动保护装置（ATP）功能：保障列车运行的安全。

是整个ATC系统的基础。

ATO和ATS子系统都依托于ATP子系统的工作。

列车运行方式：正常情况下，列车是以一定的间隔时间与间隔距离追踪运行的。

ATP子系统采用自动闭塞方式，也就是将轨道线路划分成若干个小区间，称为闭塞分区。

每个闭塞分区都装有轨道电路，轨道电路内有列车检测信号的发送和接受装置，以及机车信号的发送装置。

工作原理：自动检测列车实际运行位置，自动确定列车最大安全运行速度，连续不间断地实行速度监督，实现超速防护，自动监测列车运行间隔，以保证实现规定地行车间隔。

因为延伸线还没有完成这技术所以需要ATP手动．列车自动运行系统（ATO）作用：代替司机来自动驾驶，包括平滑加速、调速和车站程序定点停车。

ATO辅助ATP工作，接受来自ATP的信息，其中有ATP速度指令、列车实际速度和列车走行距离。

此外还从ATS子系统和地面标志线圈接受到列车运行等级等信息。

工作原理：根据以上信息，ATO通过牵引/制动线控制列车，使其维持在一个参考速度上运行；并在设有屏蔽门地站台准确停车。

设备组成：司机室内微处理器构成地ATO/ATS模块有司机室的车底部标志线圈和对位天线，以及每个车站ATC设备室内的车站停车模块架和沿每个站台布置的一组地面标志线圈。

停车作业控制：当列车停车位置在允许的误差范围内，地面对位天线会收到车载对位天线发送的列车停稳信号，然后进行开关门和屏蔽门的操作。

列车精准停车原理
列车精准停车的原理主要依赖于自动列车控制系统（ATO）和列车定位技术。

首先，ATO系统通过车地无线系统实时接收列车的位置信息，并计算出列车在停车前的移动授权。

这个移动授权决定了列车在停车前还能行驶多远，以及最大允许速度。

ATO系统通过控制列车的牵引和制动，使列车以适当的速度到达预定的停车位置。

其次，轨道电路标识和分界过渡等技术用于确定停车特征的合适起始点，以及提供距离分界，以确保列车能够停在正确的位置。

ATO环线变换等技术也用于调整列车的牵引和制动需求，以实现精确停车。

最后，列车在接近预定的停车位置时，ATO系统会根据列车的速度、预先确定的制动率以及距停止点的距离计算出制动特征。

ATO系统通过改变牵引和制动需求来达到这个制动特征，最终使列车精确地停在预定的位置。

此外，为了确保列车的精确停车，还需要考虑列车加速制动性能以及车辆间性能参数的一致性等因素。

如果车辆的制动牵引力未能准确执行ATO系统提供的信号，或信号系统软件出现小问题，提供的信号不够精确，就可能出现地铁门没有正对屏蔽门打开的情况。

此时，司机可以将自动控制切为手动控制，进行调整对位。

总之，列车精准停车的实现需要多方面的技术支持和配合，包括ATO系统、列车定位技术、制动系统等。