1、2城際ATO系統需求分析 2.1.城際鐵路ATO功能需求分析 根據上文城市軌道交通ATO系統提及的功能，下文主要進行城際線ATO的功能需求分析。 (1)列車自動駕駛功能本文提及的城際線最高運行速度為200km/h，線路長度一般在100km左右。 和城市軌道交通類似，城際軌道交通也存在客流量巨大，站站停車的情況，這就要求列車頻繁地進行啟動、加速、制動、減速等操作，同時還需要滿足準點、舒適、節能運行，這些對駕駛要求極高，使司機承受很大的體力、精神壓力。因此完全有必要研發城際線列車自動駕駛系統，取代司機駕駛列車運行，一方面減輕司機工作壓力，同時也提升列車運營能力。可通過對增加ATO車載設備，同時在C

2、TC S-2列控系統地面應答器組內增加相關線路數據報文，實現列車自動駕駛功能。(2)列車精確停車功能 城際鐵路站臺上也設有屏蔽門，因此，列車駕駛必須要實現精確停車。城際鐵路站間距離短，運量大，頻繁起停車，僅靠司機人工駕駛很難保證精確停車。因此，ATO系統的精確停車功能顯得極其重要 可以在車站股道內適當距離進行應答器布置，提高ATP系統的測距精度，提升對停車點的控制精度，實現列車精確停車功能。 (3)列車車門管理功能 和地鐵類似，城際鐵路車運行控制系統具有車門監控功能。通過ATP和ATO系統與車輛系統的聯動，對車門實現安全控制。列車車門管理功能應在ATP的監控之下實現，通過ATO子系統請求指令控

3、制車門打開。2.2. ATO系統定義 列車自動駕駛子系統ATO ( Automatic Train Operation )是ATC系統的重要子系1 / 9統，它完成列車的自動調速包括牽引、巡航、惰性、制動、停車以及車門開關的控制功能，實現正線、折返線以及出入段(場)線運行的自動控制，實現區間運行時分的調整控制。ATO系統按照系統設定的運行曲線，根據ATS系統的指令選擇最佳運行工況，確保列車按運行圖運行，實現列車運行自動調整和節能控制。 ATO系統功能依靠ATO系統自身及信號各子系統協調共同完成。ATO系統不屬于故障一安全系統，其運行控制速度始終低于ATP系統的防護速度，實現ATP安全。2.3城

4、際鐵路ATO系統功能原理2.3.1列車自動駕駛 在ATP的防護下，ATO系統根據時刻表、地面有源應答器碼位以及發車指示器信息，并且在運營間隔的要求下，按目標速度曲線自動駕駛列車。下面以一列列車為例進行說明: (1)列車啟動過程。列車首先在站臺內停穩，車站為其設定了發車時間以及區間運行時間，列車主動發送請求觸發聯鎖對列車進路進行設置;列車停站上下客時，ATS將對停站時間進行計算，達到停站時間上線時將想列車發送駕駛命令，從而啟動列車自動駕駛系統的發車程序，此時在ATP系統的監控下關閉車門，ATP系統在確認所有車門關閉后，釋放制動。列車實現啟動加速運(2)列車行駛過程。通過速度計等設備車載ATP系統

5、實時更新列車相關位置信息，結合速度以及移動授權信息規劃列車制動曲線，通過速度曲線對列車運行速度進行監控;借助線路、車輛、限速等信息，車載ATO系統實現列車自動駕駛，并實時將列車檔位、實際運行速度、目標速度等信息通過DMI向進行顯示;根據地面精確應答器獲取列車的精確位置信息，保證列車實現站內精確停車; ATP系統根據列車位置、速度信息實時生成移動授權并發送給列車。 (3)列車接近、到達下一車站過程。一日接受到停穩條件和停車位置信息， ATP立即切斷牽引力同時開啟制動，保證列車精確停車;ATP負責確認列車完全處于安全狀態后，允許ATO開啟車門。此時ATS開始計算停站時間，并計算出下一段運行區間發車

6、時間及到站時間。2.3.2車站精確定位停車在ATP系統的監督下，ATO根據獲取的列車位置信息、線路信息等實現列車精確停車。為了提升停車精度，列車需要通過地面精確定位應答器接受到列車精確的位置信息，應答器的布置原則是:距離車站停車點越近，應答器布置的越密集。為了防止應答器信息丟失的情況，精確定位應答器的設置需要進行冗余。根據列車速度位置信息以及列車的性能實時生成制動曲線，通過相應的制動力使列車遵循制動曲線。 城際鐵路ATO系統還負責控制站臺屏蔽門的開關，因此需要在距離停車點一定距離的位置設置精確定位應答器。通過該應答器ATP獲得十分精確的安全停車位置并發送到ATO系統，用于生成制動曲線，列車停穩

7、后授權開門。2.3.3車門與屏蔽門聯動 城際線列車將在沿線的各車站站臺區域安裝屏蔽門/安全門，在ATP的監督下ATO系統負責車門的開關功能。當列車以自動駕駛模式進站時，將實現列車車門自動開關，如有突發情況可立即切換至人工開關門。當司機選擇自動開關門時，只有在ATP系統確認有關列車門開關授權條件完全滿足時，才能授權ATO系統控制列車門以及屏蔽門同時開啟。2.4 城際ATO系統構成ATO系統設備主要由車載設備以及軌旁設備構成，圖2-2為ATO系統設備構成圖。它們各自的功能如下:1、車載設備:1)人機MMI: 接收車載ATP和ATO的信息，顯示當前列車的運行狀態參數，并把司機在MMI上的操作及其MM

8、I的工作狀態傳給車載ATP和車載ATO。 2)車載ATO: 接收其它信號設備給車載ATO的信息，根據相應的優化控制算法計算出列車預期的運行狀態，給出相應的控車命令，實現列車的自動駕駛，并實時反饋ATO當前的工作狀態給其它相應的信號設備。 3)車載ATP: 用于對ATO自動駕駛進行防護，保證ATO的安全運行，具有超速防護和車門、屏蔽門的開關防護等功能。4)車載TWC:與地面TWC一起構成車地雙向通訊系統，用于把列車的運行狀態和相應參數下傳給軌旁設備，同時接收軌旁設備的控制命令以及道路信息，實現地面和列車的通訊。2、軌旁設備: 1)精確定位系統:軌旁的精確定位系統在站臺區域提供多個精確的位置點信息

9、，車載ATO根據這些準確的定位點信息控制列車的精確停車。2)軌旁ATP 用于控制站臺安全門/屏蔽門等安全設備，當列車進站停穩后，軌旁ATP接收到軌旁TWC傳遞的列車停準停穩信息，給出安全門/屏蔽門的開門允許。 3)軌旁ATS: 用于傳遞地面ATS控制中心給列車的運行控制命令。列車把運行的初始化請求命令、列車的運行信息等傳給軌旁ATS. ATS根據這些信息給出對列車的控制命令，例如:扣車、跳停、運行等級、自動折返命令等。 4)軌旁TWC:與車載TWC一起構成車地雙向通訊系統，用于接收列車的運行狀態和相應參數給軌旁設備，同時把地面的控制命令和信息上傳給車載設備，實現地面和列車的通訊。 2.5 AT

10、O功能測試系統ATO系統功能測試系統主要是通過模擬城市軌道列車和其運行環境來測試ATO、自動駕駛、自動出發、速度調整、精確停車和目標制動、車地雙向通訊、車門/屏蔽門控制、人機交互等功能，所以構建仿真測試的動車模型和環境模型是ATO系統仿真測試的基礎。圖2-3所示為動車組模型參數，動車組模型參數包括三個主要的部分:牽引制動特性、電流電壓特性、車輛固定數據，這些參數都是動車組牽引計算的必要條件。我們在設計該模型時可以考慮把這些參數設置成前面板可調參數，這樣可以通過改變參數的值來模擬不同種類型的動車組。 如圖2-4所示為環境模型參數，環境模型也包括兩個主要的模塊:線路數據和車站數據，由于線路上有坡度

11、和曲線，所以計算線路時又包括線路、曲線、坡度三個部分。坡度是反映線路縱斷面的一個重要的線路參數，由于坡道力的影響，會對列車運行產生一定的阻力，如圖所示，坡道數據必須包括坡道的長度、坡度、坡道方向等重要的計算數據列車在曲線上要受到曲線阻力，并且列車在曲線段的運行速度要受到曲線半徑大小的制約，即存在曲線限速。因此在曲線建模時，要反映曲線在線路上的位置、曲線長度、曲線半徑等計算數據。車站是線路數據上不可或缺的重要組成部分，根據車站的模型建立，以便ATO準確計算當前位置距車站的距離以及判斷是否進行停車制動的工況轉換，達到精確停車的要求。所以車站數據必須包括車站的起始位置和站名相關信息線路設置限速的目的

12、是為了保證列車的安全行駛，列車運行時必須低于當前列車所在區段的限速值，限速數據必須包括限速的起始位置、限速值，以便ATO能夠根據限速值推算出列車當前的控制速度和進入下一個區段的行駛速度、根據推算出的牽引制動點控制機車及時轉換工況模式。整個線路的參數也和機車參數一樣是可變參數，在設計測試模型時應該把該部分設置為可調整參數，這樣就可以通過改變環境參數的值來選擇不同的仿真測試環境。 ATO系統仿真測試系統的總體架構如圖2-5所示，整個仿真測試系統由軟件測試平臺和硬件測試平臺以及ATO測試設備共同構成，仿真測試系統的基礎是上述的動車組模型和環境模型，由軟件測試平臺來實現，通過硬件測試平臺的接口與測試設