列车自动控制系统浅析

浅析列车自动控制系统

摘要：本文从列车自动控制系统(ATC)的组成入手，分析了该系统的3个子系统：列车自动防护系统(ATP)，列车自动驾驶系统(ATO)，列车自动监控系统(ATS)。并系统地阐述了ATP，ATO，ATS的功能及其特点，以及ATC的运行原理。最后分析了我国城市轨道交通ATC系统的现状。

关键词：列车自动控制系统 自动驾驶 自动监控 自动监视

1、引言 近几年来，随着我国经济的日益增长，城市轨道交通开始进入了一个新的发展时期，除了北京、上海、广州几大城市有地铁以外，像西安、武汉、成都等国内的其它一些大中型城市也都开始了修建地铁的计划。城市轨道交通日益成为人们日常生活的重要组成部分。由于地铁具有客流密集、行车密度大，站间距离短等特点，因此必须由ATC来实现行车指挥自动化，从而确保列车安全运行，实现列车快速和高密度行驶，缩短列车运行时间间距。列车自动控制技术将自动运行和运行管理有机地结合起来，进一步提高运输能力和服务质量；将现代工业自动控制技术、计算机技术、信号、数据通信、传感及信息传输技术有机结合起来，应用于列车智能化控制。使之更好的为城市轨道交通事业服务。

2、列车自动控制系统(ATC)各子系统功能概述

列车自动保护系统(ATP，Automatic Train Protection)，主要功能是通过列车ATP系统和地面ATP系统间的信息传输，来实现列车间隔控制、速度控制以及在车站联锁区防止敌对进路的排列，保证行车安全；列车自动监控系统(ATS，Automatic Train Supervision)，主要功能是监督列车运行状态，采用软件方法实现联网、通信及列车运行管理自动化；列车自动驾驶系统(ATO，Automatic Train Operation)，主要通过车载ATO系统完成站间自动运行、列车速度调节和进站定点停车，并能接受控制中心的运行调度命令，实现列车的运行自动调整。ATP，ATO，ATS 3个子系统与地面相应配套系统结合，构成列车上的ATC环路控制系统。

系统控制如图1所示。

2．1 ATP子系统 目前，城市轨道交通最显著的特点就是列车间隔时间短，在这样短的间隔里，必须有一个高度可靠、连续不断地实现速度显示和速度监督、防护的系统，因此，我们说ATP系统在城市轨道交通中承担着确保安全行车的重要职责，是ATP系统中关键的一环。在评价ATP系统时，应该把可靠性和安全性放在首位。

(1)列车间隔控制

列车间隔控制又称为移动闭塞(Moving B1ock)，是一种既能保证行车安全(防止两列车发生追尾事故)，又能提高运行效率(使两列车的时间间隔最短)的信号概念。移动闭塞是相对于固定闭塞而言的。固定闭塞是在区间设置固定的闭塞分区

和相应的防护信号，而移动闭塞虽然也有防护列车运行安全的闭塞分区，但其闭塞区间是移动的，是随着后续列车和前方列车的

实际行车速度、位置、载重量、制动能力、区间的坡度、弯道等列车参数在城市轨道交通中，有两种速度限制：一种是固定速度限制；另一种是临时速度限制。ATP系统始终严密监视这类速度限制不被超越，一旦越过，先做告警，后启动紧急制动，并做好记录。

(4)车门控制

列车车门的控制有自动模式和人工模式两种。无论是哪一种模式，都要对安全条件进行严格的监督。只有在ATP系统检查所有的安全条件都符合要求时，给出一个信号，车门才能被打开。这时，ATP的功能表现为：防止列车在站外打开车门；防止列车在站台内打开非站台侧的车门；防止车门打开时列车启动。

2．2ATS子系统

地铁提供一个列车和地面之间的双向数据交换，供停站、出发、排列进路和中央控制设备监督使用。而ATS子系统的数据交换媒介便是车——地通信信息交换系统。

2．3ATO子系统

城市轨道交通机车上装有列车自动驾驶系统后，列车就可用两种方式运行：手动或自动。在选择自动驾驶方式时，ATO系统代替司机完成列车驱动、设备制动等操作，自动实现列车的启动加速、匀速、惰行、制动等基本驾驶功能。ATO系统是提高城市轨道交通列车运行水平的技术措施。和线路参数的变化而改变，随着列车运行而移动。

(2)停车点防护

停车点也就是停车的目标点，有时即是危险点。比如车站的起点即是必须停车点。在停车点前方通常还需设置一段防护段，ATP系统计算得出一条紧急制动曲线，一旦需要，列车可在此基础上减速，或者停在危险点前方。

(3)速度监督与防护ATO系统的主要功能是实现正常情况下的高质量自动行驶，其功能细化后可分为以下几点：

(1)停车点的目标制动

ATO系统与列车定位系统相配合，采用最适合的制动率使列车准确、平稳的停在规定的目标地点，停车位置的误差在0.5m以下。

(2)打开车门

列车车门可以自动或手动打开。由ATP系统监督开门条件，当ATP发出开门命令时，可以由司机手动打开正确一侧的车门，也可以按事先设定的ATO系统自动的打开车门。

(3)列车离开车站

用ATO系统装备的城市轨道交通的列车，出发应按以下顺序进行：列车停站时间等于或大于预置停站时间一司机根据启动发出命令(通常是自动的或由ATS系统给出，该出发命令一般以信号灯的方式给出)关闭车门一检查车门准确关闭并符合发车条件，ATO系统给出启动显示一司机按(拨)启动按钮，ATO系统使列车从制动停车状态转为驱动状态。只有当发车安全条件符合时(由ATP系统监视)，才会给出ATO启动显示；否则，即使按(拨)启动按钮，启动命令无效，列车仍然处在制动停车状态。

(4)列车加速

列车开出后开始加速。ATO系统按事前规定的数据提供给机车驱动控制机

构，由ATO系统给出列车加速命令后，列车平稳得加速到预定速度，然后惰行。

(5)区间内临时停车

由ATP系统给出停车位置及制动曲线，经ATO系统启动列车制动器，使列车停在目标点前方。此时，车门还是由ATP系统锁住的。一旦前方停车目标点取消，ATO系统能使列车自动启动。

(6)限速区间

临时性限速区间的数据由轨道电路电码传输给ATP车载设备，再由ATP车载设备将减速命令经ATO系统传达给机车驱动、制动控制设备。此时，ATO系统的功能好比是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，可提前将数据输入ATO系统，在执行自动行驶时，ATO系统会自动考虑到该限速区间。

(7)手动驾驶与ATO驾驶随时转换

手动驾驶时，由ATP系统负责安全速度监督；自动驾驶时，由ATO给出对驱动以及制动控制设备的命令，ATP系统仍然负责安全监督。

(8)记录运行信息

在ATO系统的环形缓冲区可以存储一些重要的运行信息，以便在发生非正常运行时，可以调用所记录的信息，进行必要的分析研究。通常可记录24h的运行信息。

从本质上看，由ATO系统执行的自动驾驶过程是一个闭环反馈的过程，其基本关系框图如图所示：

3、我国城市轨道交通ATC现状分析

由于地铁、轻轨投资比较大，往往采取引进外资的办法来填补资金的不足。引进外资的条件就是购买贷款国的设备，从先进国家引迸设备使我国城市轨道交通中的ATC设备具有国际先进水平，同时也为我国学习国外的先进技术提供了条件。但是，贷款国不同引进的设备就不同，设备的制式也就不统一。这对于今后路网的扩容、维修、管理造成了比较大的困难。另外，从国外购买设备价格一般都比较昂贵，还要增加关税，使得设备的成本不断加大。一些国内能够生产的零部件、备件也不得不从国外购买，占用了大量的资金，很难产生良好的经济效益。从中国市场的长远利益来看，技术装备的供应必须立足于国内这是必然的趋势。因此，统一规划、统一制式和不断的国产化已经越来越重要了。我国城市轨道交通中的ATC系统走国产化道路势在必行。实现全部国产化有难度，部分设备国产化已成为可能。目前已经可以采取引进ATC系统的关键设备及软件，并在引进的同时逐步实现国产化配套，以达到备品、备件的国产化。

参考文献

[1]沈允春．扩频技术[M]．北京：国防工业出版社，1995．

[2]毛俊杰．高速铁路列车速度自动控制系统[M]．北京：中国铁道出版社．1993 [3]城市轨道交通论文集[M]北京：中国铁道出版社，2002．