城市軌道列車 ATO 信號系統(tǒng)原理分析

薛振洲

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學院，710014）

1 城市軌道交通信號系統(tǒng)

城市軌道交通能否保證正常、安全、準點的運行，信號系統(tǒng)的功能是至關(guān)重要的，并且對其有著很大的影響，比如說，城市軌道交通在早晨、晚上上下班交通高峰期的時候，西安地鐵是否可以實現(xiàn)一個運營能力最佳分配狀態(tài)，盡一切最大可能的減少西安市民乘坐西安城市軌道所等待花費的時間。決定了列車的發(fā)車間隔時間都很短，列車所承載的客流量比較大，因此，城市軌道交通的列車信號系統(tǒng)比鐵路上所采用的信號系統(tǒng)要更加的復(fù)雜，技術(shù)含量也要更高。隨著城市軌道交通系統(tǒng)的技術(shù)含量不斷的提升。

城市軌道交通的信號系統(tǒng)一般主要包括了以下幾項功能：:城市軌道車輛與列車在沿線運行過程中的信號采樣、信號的顯示和信號的聯(lián)鎖控制，采用無線通信系統(tǒng)所組成的的城市軌道列車自動控制系統(tǒng)(ATC)一般有列車自動駕駛系統(tǒng)(ATO) 列車自動保護(ATP)，以及列車自動監(jiān)控系統(tǒng)(ATS)這三大組成部分。

1.1 城市軌道交通聯(lián)鎖系統(tǒng)

不管是北京、上海，還是天津、廣州的城市軌道交通系統(tǒng)，列車在沿著既定的線路運行中，都可以有效的實現(xiàn)在列車的?？空军c上進行乘客的上下列車，這個最基本的功能，所以，對于城市軌道交通列車來說，一般只會有兩條的到發(fā)線，不需要進行相應(yīng)的調(diào)車作業(yè)，更不需要設(shè)置與之相應(yīng)的道岔，在學術(shù)界，一般把這種類型的車站稱之為無岔站，也可以被稱作為非聯(lián)鎖站。，為了能夠有效的保障列車以及人員的安全，往往都會選擇在這種類型的車站上都要設(shè)置也必須設(shè)置信號聯(lián)鎖控制設(shè)備。

這里所說的聯(lián)鎖一般是指在城市軌道交通系統(tǒng)中，將列車運行的信號、鐵路道岔、列車進路之間形成一種相互制約相互影響的。

1.2 聯(lián)鎖設(shè)備組成

城市軌道交通系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制最基本布驟是首先鎖閉城市軌道交通列車進入的道路，以及對城市軌道列車進行開通放行的信號;如果一旦列車開通放行的信號打開以后，那么在這里列車通行的道路上，城市軌道交通列車所使用的防護道岔就已經(jīng)不能再被進行轉(zhuǎn)換了，在相反方向上運行的城市軌道列車;還沒有進入的情況下如果出現(xiàn)城市軌道交通系統(tǒng)的列車進入，交通信號系統(tǒng)的信號機將會出現(xiàn)關(guān)閉的情況，而且信號機將會呈現(xiàn)出紅色;在城市軌道交通系統(tǒng)信號機關(guān)閉了以后，就必須對該條件進行相應(yīng)的檢查，這樣才可以實現(xiàn)鐵路道岔的轉(zhuǎn)換。敵對進路的情況主要指的是在城市軌道列車運行的同一區(qū)間范圍之內(nèi)，兩列運行方向不同的列車之間出現(xiàn)的互相進入抵出的現(xiàn)象。

1.3 列車自動控制(ATC)系統(tǒng)

采用通信功能的移動閉塞城市軌道交通系統(tǒng)的列車自動控制(ATC) 信號系統(tǒng)可以說是到目前為止，在我們國家的城市軌道交通項目中，科技含量最高也是最為先進的列車自動控制系統(tǒng)，采用通信功能的移動閉塞城市軌道交通系統(tǒng)的列車自動控制(ATC)信號系統(tǒng)將會成為今后城市軌道交通列車自動控制系統(tǒng)的發(fā)展的主要方向。

2 ATO 車載單元基本原理

城市軌道交通系統(tǒng)中的ATO 系統(tǒng)是列車自動控制系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)。列車自動駕駛系統(tǒng)的設(shè)備一般都裝在列車上，因此，也把它稱作是ATO 系統(tǒng)的車載單元，城市軌道交通系統(tǒng)中的ATO 車載設(shè)備一般來說，往往它會成為城市軌道交通中ATO 系統(tǒng)的關(guān)鍵中的關(guān)鍵，也是在對系統(tǒng)設(shè)計中最難的地方，也是本論文所研究的重點對象。

2.1 車載單元系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在城市軌道交通系統(tǒng)中，列車自動控制系統(tǒng)的車載設(shè)備中一般都包括了ATO 系統(tǒng)車載單元、ATP 系統(tǒng)車載單元、以及城市軌道交通列車的駕駛室操作顯示設(shè)備(MMI 人機接口)、天線還有就是里程脈沖發(fā)生器(OPG)等，一般情況下，將城市軌道交通的列車車載設(shè)備與地面設(shè)備進行通信的設(shè)備總稱為車地雙向通信系統(tǒng)(TWC)，車地雙向通信系統(tǒng)也可以被細化分為車載TWC 與軌旁TWC 。

城市軌道交通系統(tǒng)中的ATO 車載單元與ATP(自動列車保護)車載單元之間是相互連接的，其工作過程是：ATO 的車載單元能夠直接從ATP 車載單元中接收到列車運行中的工作用數(shù)據(jù)。

2.2 ATP 車載單元工作原理

如果對城市軌道交通系統(tǒng)的車在單元進行結(jié)構(gòu)性的細分與歸類的話，就可以把城市軌道交通列車的自動控制系統(tǒng)中的車載部分可以劃分為三大種類：它們是城市軌道列車的:ATP車載單元、城市軌道列車的ATO 車載單元以及城市軌道列車的TWC 車載單元。其中自動駕駛模式系統(tǒng)絕對不允許列車在沒有ATP 監(jiān)控的條件進行操作，如果ATP 系統(tǒng)出現(xiàn)了故障以后，就絕對不能允許城市軌道交通系統(tǒng)進行自動駕駛模式進行駕駛。

在城市軌道交通系統(tǒng)中，列車自動駕駛系統(tǒng)可以準確的保證列車在線路運行過程中的時間與在規(guī)定的時間進行停車任務(wù)，并且可以有效的提高列車的運行效率以及乘客乘坐列車的舒適程度，減少能源的消耗量。但是，在城市軌道交通系統(tǒng)中，ATO 系統(tǒng)它是ATC 的一個子系統(tǒng)，它在城市軌道交通中的任務(wù)是與ATC 系統(tǒng)中的其余兩個子系統(tǒng)——ATP 和ATS 兩個子系統(tǒng)之間相互配合，相互協(xié)作，共同完成城市軌道列車在運行過程中所規(guī)定的各項任務(wù)與工作。如果ATO 系統(tǒng)沒有其余兩個子系統(tǒng)的相互配合，則根本無法保證城市軌道列車的安全運行。在城市軌道列車運行過程中，ATO 系統(tǒng)的作用是視線列車的正常駕駛功能，能夠讓列車按照既定的速度運行，以及保障列車車門的正常開門和關(guān)門。這些都是在執(zhí)行列車所發(fā)布的各項指令性工作和動作，并不能保證很安全的執(zhí)行，安全性則是由ATP 系統(tǒng)來進行控制盒實現(xiàn)的，如果ATO 系統(tǒng)在執(zhí)行工作過程中，出現(xiàn)了不安全的情況或因素的時候，ATP 系統(tǒng)會給予保護的。

如果城市軌道車輛，在運行的過程中，出現(xiàn)了列車超速運行的情況，也就是列車實際速度超出了ATP 系統(tǒng)限制列車運行的速度以后，那么，在這種情況下，列車的車載ATP 子系統(tǒng)會在最短的時間范圍之內(nèi)，給城市軌道列車的ATO 系統(tǒng)下達出相應(yīng)的指令，撤銷掉城市軌道列車運動所需要的動力來源，并對運行中的列車實行制動。

2.3 ATO 車載單元工作原理

列車自動駕駛車載單元在車輛運行過程中，將會和提供列車超速運行防護的ATP 車載單元一起對運行中的列車的進行加速、調(diào)速和定點停車的控制。ATO 系統(tǒng)的重要作用就是有效提高列車運行水平的技術(shù)保障。

首先，城市軌道列車的司機，在列車開車以前，首先根據(jù)指示，啟動列車的ATO 車載單元，并通過ATP 系統(tǒng)給列車的ATO車載單元發(fā)出允許列車運行的信號。接著由列車的ATO 系統(tǒng)改變城市軌道列車在運行的過程中所接受的列車的電壓和電流，并且按照原來預(yù)定的方案就行發(fā)車與運行，再由ATP 車載設(shè)備傳輸城市軌道列車在運行過程中的速度信息，根據(jù)這個信號自動確定當前列車線路的，理想控制電路曲線，列車的ATO 車載單元再按照這個電路曲線，來改變列車的牽引/制動電壓或牽引制動的電流，TWC 系統(tǒng)所發(fā)送出來的的地面環(huán)線交叉點定位信息，從而ATO 系統(tǒng)，根據(jù)這個信息與列車實際運行所達到的位置進行精確的對比，繼而，改變列車的牽引制動電流的大小，從而能夠有效精準的視線列車在預(yù)先設(shè)定的位置進行停車作業(yè)。

在城市軌道列車進站停車以后，那么列車的ATO 車載單元就會接收到，來自列車ATP 系統(tǒng)所發(fā)送出的列車打開車門的指令，使列車按照所發(fā)出的信號，自動打開列車的車門。使乘客進行上下車。在列車停車時間到達預(yù)先設(shè)定的時間以后，再由列車的司機自動控制列車車門的關(guān)閉，列車繼續(xù)按照預(yù)定的速度運行。

如果城市軌道車輛在運行的過程中，由于車輛的ATO 系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，導(dǎo)致列車無法運行的情況，比如，"ATO 發(fā)車按鈕按下以后，列車無法正常發(fā)車、那么列車駕駛員在請示了中央控制室信號調(diào)度員的同意以后，列車駕駛員就可以使用列車的ATP 人工駕駛模式保障列車的繼續(xù)安全運行。

城市軌道車輛的ATO 車載單元的功能主要對列車的運行速度進行調(diào)節(jié)，保證在站點內(nèi)的準確位置進行停車，保障列車正常情況運行情況下的高質(zhì)量的自動駕駛，ATO 系統(tǒng)的這些各項功能都需要由ATP 系統(tǒng)實施有效的防護。一般來說，城市軌道車輛的ATO 車載單元工作步驟主要分為了以下幾步：

(1) 列車的自動駕駛系統(tǒng)從ATS 系統(tǒng)得到了列車開始發(fā)車的任務(wù)命令以后，這項命令由地面的發(fā)送設(shè)備進行傳送并經(jīng)過了ATP 系統(tǒng)的的信息接收與信息的處理;

(2)ATP 系統(tǒng)將所接受到的信息，在進行過了有效的處理以后，將處理后的有用信息傳給ATO 系統(tǒng)，并顯示出這些有關(guān)的信息，并且對ATO 系統(tǒng)的工作進行監(jiān)視。;

（3）ATO 系統(tǒng)對由ATP 系統(tǒng)所傳遞過來的有效信息進行計算，由此得到列車的運行速度，以及應(yīng)該的控制量，執(zhí)行列車的控制命令，并將計算出來的結(jié)果以及信息進行顯示。

(4)地面環(huán)線接收到來車列車控制臺的信息，把這些信息再傳給ATS 系統(tǒng)，ATS 系統(tǒng)根據(jù)此列車運行的情況和信息，確定列車所要完成的各項任務(wù)后，再次，由地面發(fā)送設(shè)備將信息傳遞給列車的ATO;系統(tǒng)，使列車按照規(guī)定的指令運動。

城市軌道列車在ATO 的模式下，進行安全的運行，列車可以在無需人工控制的情況下，可以實現(xiàn)自動的從這一站到下一站。這一過程，首先是由列車司機發(fā)出關(guān)閉列車車門的指令，在列車的車門關(guān)閉好了以后，按下列車ATO 系統(tǒng)的啟動按鈕，給列車發(fā)出開車的命令。如果這個時候，列車的車沒有實現(xiàn)關(guān)閉，那么列車的ATP 系統(tǒng)會阻止列車的發(fā)車指令執(zhí)行，相反，列車就可以實現(xiàn)安全發(fā)車，ATO 系統(tǒng)會讓城市軌道車輛按照規(guī)定的時速運行，直到到達列車的下一站，當列車車輛進站停穩(wěn)以后，車門自動打開，這樣一個完整的過程。

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