地铁列车自动运行系统的分析与设计

日期：2019-05-20　　文章来源：RCCN　　访问：513　　

对于城市轨道交通系统高效率、高密度的要求来说，列车自动控制系统（ATC）是必不可少的。其中一个重要的子系统列车自动运行（驾驶）系统（ATO）能模拟有经验的司机完成驾驶列车的任务。ATO子系统利用地面信息实现对列车牵引、制动的控制，使列车经常处于最佳运行状态，提高乘客的舒适度，提高列车准点率，节能能源。
　　许多国家都在研究ATO系统，且取得了一定的成绩。我国在此项技术上尚属空白。本文将对比分析三套ATO系统技术特点。
　　1 ATC与ATO简介
　　ATC是一套以安全和效率为目的、调节列车运行间隔的自动控制设备，通过车载设备、地面设备、车站和控制中心组成的控制系统完成列车运行控制。ATC系统包括三个子系统:列车自动监控系统（ATS），列车自动保护系统（ATP）和列车自动运行系统（ATO）。
　　ATS子系统实现监督、引导列车按预定的时刻表运行，保证地铁运行系统的稳定性。它通过转换道岔建立发车进路，并向列车提供由控制中心传来的监督命令。
　　ATP子系统具有超速防护、零速度检测和车门限制等功能。ATP提供速度限制信息以保持列车间的安全间隔，使列车在符合限制速度的标准下运行。在打开车门前，ATP先检查各种允许打开车门的条件，检查通过后，才允许打开车门。
　　ATO子系统能自动调整车速，并能进行站内定点停车，使列车平稳地停在车站的正确位置。
　　ATO从ATS处得到列车运行任务命令。其信息是通过轨道电路或轨旁通信器传送到列车上的。信息经过处理后传给ATO，并显示相关信息。ATO获得有用信息后，结合线路情况开始计算运行速度，得出控制量，并执行控制命令，同时显示有关信息。到站后，开门条件允许后，ATO打开车门。停站期间，列车通过车-地通信系统把列车信息传送给地面通信器，然后传到ATS。ATS根据列车信息，把运行信息传给车载ATO。ATO的工作原理图如图1。

　　图1 ATO工作原理图

　　2 ATO系统技术特点比较
　　20世纪90年代初，北京地铁1号线部分列车安装了英国Westinghouse公司的ATO设备（未使用）;上海地铁1号线的ATO设备则是从美国GRS公司引进的，并于1996年11月开始在全线试用。广州地铁1号线引进的是德国Siemens公司的ATO设备，在1999年6月正式运营。由于他们的ATO系统设计不尽相同，因此有必要对不相同的地方进行比较（主要是ATO设备、ATO需求数据与传输通道和控制策略），然后分析各种设计的特点，以利于ATO的设备国产化。
　　2.1 北京地铁1号线ATO系统
　　1.ATO设备
　　车载设备:由设在列车每一端司机室内的ATO控制器及安装在列车每一端司机室车体下的两个ATO接收天线和两个ATO发送天线组成。
　　地面设备:在各车站设备室内设有站台ATO通信器PAC（PlatformATOCommunicator）。PAC内存有至下两个车站的线路信息，并通过与LPU或RTU接口，得到来自ATS子系统的控制命令。在各车站上下行站台以及进行ATO折返的折返线处轨道上，设有Xd或X2环路及Rd环路。列车在车站停车期间，经联锁电路及轨道电路的有关条件控制向室外环路发送。
　　2.ATO需求数据与传输通道
　　在ATO数据获取的过程中，车载ATP接收安全信息。安全信息由列车当前运行区段的AF900轨道电路传送，采用低频脉冲调幅方式，有8种不同的调制频率，6种用于ATP速度命令，2种用于门控命令。另外，车载TWC系统接收地面TWC信息。该信息一般是非安全控制功能数据，诸如运行等级、列车号、目的地和跳停等。该信息采用FSK调制方式，通过地面TWC设备向列车发送。最后，车载ATO接收来自车载ATP、TWC的信息和标志线圈的信息。
　　3.控制策略
　　速度调节:ATO根据从ATP中获取的MSS和TS，计算列车运行速度曲线。该曲线比较简单，主要计算加速转匀速、匀速转制动的位置点，以保证列车运行时不超过MSS，并且在每个轨道电路区段目标距离处速度不超过目标速度。控制器根据线路的情况自动控制列车的牵引及制动输出，尽量使列车按运行速度曲线的速度来运行。当列车速度超过目标速度时，ATP设备报警;当超过最大允许速度时，ATP实施紧急制动。
　　车站停车:在车站的定位停车是通过X2和Xd环路实现的。列车进入车站X2环路范围后，通过地-车之间的感应，得出距停车点的距离，进行第一次位置调整，并使速度尽量贴近预置的停车速度曲线。在Xd环路处，进行第二次也是最后一次位置调整。