ATO基本概念：城市轨道运行控制系统维护

ATO为非故障-安全系统，其控制列车的自动运行，主要目的是模拟驾驶员的驾驶，实现正常情况下高质量的自动驾驶，提高列车的运行效率和乘坐舒适度，节省能源。

ATO系统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，它采用的基本功能模块与ATP系统相同。与ATP系统一样，ATO系统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系统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。

（一）ATO系统的特点

人工驾驶列车运行时，列车驾驶员操纵列车驾驶手柄，控制列车运行，实现列车加速、减速和停车，如图5-1所示。

图5-1　列车驾驶

列车自动驾驶系统，即ATO系统，主要实现“地对车控制”，实现正常情况下高质量的自动驾驶，提高列车运行效率，提高列车运行舒适度，节省能源。与ATP系统为列车运行提供安全保障相比，ATO是提高城市轨道交通列车运行水平的技术措施。ATO系统关系如图5-2所示。

图5-2　ATO系统关系图

列车自动驾驶系统车载设备根据列车运行计划，以及列车的运行速度、当前线路限速和目标速度等信息，实时计算列车达到目标速度值所需要的牵引力或制动力的大小，通过列车接口电路，由列车的牵引系统或制动系统完成对列车进行加速或减速作业。

列车自动驾驶系统实现列车自动驾驶，它需要列车自动防护系统ATP和列车自动监控系统ATS提供支持。列车自动防护系统向列车自动驾驶系统提供列车的运行速度、线路允许速度、限速和目标速度，以及列车所处位置等基本信息；列车自动监控系统向列车自动驾驶系统提供列车运行作业和计划。

列车自动驾驶系统取代驾驶员人工驾驶，实现列车自动驾驶，有效地提高了列车的运营效率，降低了驾驶员的劳动强度，是城市轨道交通运营作业自动化的重要体现。

ATO/ATP信息传输如图5-3所示。

图5-3　ATO/ATP信息传输

列车自动驾驶系统对列车进行控制，使得列车驾驶处于最佳的运行状态，列车运行更加平稳，可以有效提高运营效率，降低列车运行能耗。

列车自动驾驶系统在站台可以精确对位停车，为乘客上下车提供便捷的条件，列车在站台精确停车为站台加装安全门或屏蔽门（图5-4）提供了有利的条件。

图5-4　屏蔽门

（二）ATO系统的组成

1.轨旁设备

ATO系统的轨旁设备通常兼用ATP轨旁设备，接收列车自动运行相关的状态信息，传到地面调度中心。

2.车载设备

（1）车载ATO模块：车载ATO模块是列车自动驾驶系统的核心组成部分，它包括硬件和软件两部分。

（2）ATO车载天线：

① 从列车向地面发送的信息。

② 从地面向列车ATO车载设备发送的信息。

（三）ATO系统功能

1.ATO具有以下功能

（1）自动驾驶模式。

在ATO系统控车后（AM模式），ATO系统完全自动控制列车运行直到终点站（在连续通信级）。在点式通信级，ATO系统完全自动控制列车从一个车站运行至下一个车站（AM模式）。

（2）列车速度控制。

在ATP最大允许速度的监督和保护下，该功能监督和控制列车的速度。

（3）列车目标制动。

列车目标制动功能使列车精确地停在计划规定的位置。

（4）车门和站台屏蔽门/安全门的打开和关闭。

列车抵达车站并停稳后，ATO功能将会打开列车车门，经通信通道由报文触发打开站台屏蔽门（或安全门）。车门关闭将由司机或在停站时间到时触发。在点式通信级，车门和站台屏蔽门/安全门的开关由司机和站台工作人员控制。

（5）根据时刻表生成节能速度曲线。

如果列车从一个车站到下一车站有充分的旅行时间，可以通过选择该项功能来得到一个节能优化的速度曲线，比如巡航/惰行。

2.正线ATO功能

ATO控制列车自动地从一个车站运行到另一车站。列车的出发可以由司机启动，或由停站时间到时启动，且在所有的列车车门关闭后（直到列车车门完全关闭以后）列车才会移动。ATP防止在任何一个车门仍打开情况下的列车移动（需要一个专用的程序用于车门不能关闭的情况下启动列车）。

然后ATO自动驾驶列车出发，运行中进行列车速度调节，在下一个车站执行目标制动，直到车门打开。ATP系统保证在自动运行中任何时刻的列车安全。系统支持不同运营模式下的多种速度曲线，以满足车站通过的需要（比如，通过列车或者特快列车）。

向车载乘客信息系统提供信息，以显示下一站、目的地站和时间，并触发语音报站。

列车速度曲线基于节能和下一站间运行时间。ATO完成在车站的精确定位停车和自动开/关车门，ATO可以单独处理每一列车在每一个站台的停车点。

在ATO自检成功以及ATP设备允许自动操作的前提下可以使用ATO驾驶。

（1）折返。

通过无线或环线报文请求折返并且通过驾驶室的显示设备指示司机，那么列车在使用折返轨或静止状态下进行的折返都是自动启动的。司机必须通过按压站台上和/或驾驶室的自动折返按钮（“AR”按钮）来确认折返操作。

①自动折返。(www.xing528.com)

列车折返驾驶由ATO控制并有ATP监督，用于列车的无司机折返移动。该模式的折返可以在有司机（在连续通信级，情形b和c；在点式通信级，情形d））或无司机（在连续通信级，情形a）的情况下完成。

a.在所有车门和屏蔽门关闭后，司机在驾驶室按压驾驶室的自动折返按钮，关掉驾驶室并离开驾驶室。然后，司机按压站台上的自动折返按钮。列车执行无司机折返，并将列车停在出发站台，在列车停稳且ATP释放车门后，ATO车载设备自动打开车门和站台屏蔽门（或安全门）。这种模式适用于连续式通信。

b.在所有车门和屏蔽门关闭后，司机在驾驶室按压驾驶室的自动折返按钮，离开驾驶室并按压站台上的自动折返按钮，返回驾驶室并关闭驾驶室。然后，列车启动无司机自动折返，列车将驶离到达轨，经过折返轨抵达出发轨。在抵达出发轨后，无司机驾驶折返完成。ATP释放车门后，ATO车载设备打开车门和站台屏蔽门（或安全门）。该模式适用于连续式通信。

c.在所有车门和屏蔽门关闭后，司机在驾驶室按压驾驶室的自动折返按钮，随后按压 ATO开始按钮。列车启动ATO自动折返，列车将驶离到达轨，到达折返轨。列车停稳后，司机在折返轨关掉当前驾驶室，开启另一个驾驶室并按压ATO开始按钮。在抵达出发轨后，ATP释放车门后，ATO车载设备打开车门和站台屏蔽门（或安全门），自动驾驶折返完成。该模式适用于连续式通信。

d.如果只有点式通信，参见ATP文件操作。

②ATP防护下的有人驾驶。

列车的折返操作由司机来执行，ATP进行监督。在这种情况下无ATO。当所有车门和屏蔽门（或安全门）关闭后，司机按压AR按钮，人工驾驶列车到折返轨，改变驾驶室并驾驶列车到出发轨，然后人工打开车门和站台屏蔽门（或安全门）。

③后备模式折返。

该功能是折返的特殊情况，人工驾驶，而且系统处于联锁的后备模式下。司机人工驾驶列车，ATS系统自动设置进路。此情况下无ATP和ATO功能。

（2）ATO列车定位和速度控制。

ATO设备通过ATP连接到雷达和测速电机。ATO列车定位功能在列车经过任一固定安装的应答器时接收同步信息，以提高位置测量精度。前提是在列车通过该应答器时ATO能够得到一个硬件信号。

因此，停车精度指标可以达到±0.3m或更好，以满足屏蔽门的要求。精确停车将依靠车站区域安装的应答器实现。

根据列车在轨道上的位置，ATO允许速度功能给ATO速度控制器提供一个合适的速度。ATO的巡航/惰行功能根据节能要求对允许的列车速度进行调整。

一旦确定了绝对位置，定位系统的输出将更新列车的当前位置信息。

列车在坡道的启动需与车辆协调，完成列车的正常启动，确保列车不产生后溜现象。

（3）ATO列车目标制动。

ATO制动列车来保证列车在停车点达到±0.3m的停车精度。如前所述，为使列车停在预期的停车窗内，必需借助列车定位功能。

ATO根据从ATP接收到的信息并根据下一停车点（比如，车站）、实际位置、速度、列车特性和ATP停车点（防护点）计算常用制动曲线，ATO控制列车沿着常用制动曲线行驶直到列车停止。车站ATO停车点由ATO根据线路数据库来控制。

（4）ATO开/关车门。

ATP和ATO均涉及该项功能。车门释放由ATP授权，接着ATO选择合适一侧的车门并提供开门命令。打开哪侧车门的信息包含在线路数据库里。车门关闭由司机或者停站时间的到时来触发。

对于一些特殊列车（例如空车、通过列车或者特快列车），禁止打开车门，也就是说，如果某列车被标识为特殊列车，则其车门不能在某些车站或所有的车站打开。ATS使用一个特殊的车次号（目的地码）指定该类型的列车。

（5）ATO站台屏蔽门和站台安全门的开/关。

ATP轨旁和联锁涉及该功能。列车停稳后授权门释放，ATO车载设备通过通信通道发送一个报文去打开站台门。ATP轨旁通过联锁释放站台门，因为与站台门控制单元的技术接口是连接到联锁元件控制计算机的。

（6）根据时刻表产生巡航和惰行的速度曲线。

ATC系统的一个主要目标是根据时刻表并结合ATS的列车自动调整功能ATR来控制列车，并确保获得最大的能源效率，这就是ATO巡航/惰行功能的任务。该功能只能在连续式通信的前提下实现。

时刻表的调整是基于轨旁列车调整和车载 ATO之间对到发车时间的交换。在自动驾驶模式下，可根据ATS的指令无级（以秒计）调整区间走行时间，区间实际运行时间与规定值的误差不大于±5%。

ATO基于这些时间计算最节能的速度曲线。ATO节能曲线的计算要考虑坡度和曲线等对速度曲线的影响。因此，ATO需要线路纵断面的信息，整个系统的线路纵断面信息保存在线路数据库里。应用最大加速度和结合巡航/惰行，ATO使用上述信息计算到下一个停车点的速度距离曲线。

（四）ATO系统的基本要求

依据ATO车载设备接收到的运行线路状态、前方列车位置等信息，对列车运行进行自动化控制。ATO应能提供多种区间运行模式，满足不同行车间隔的运行要求，适应列车运行调整的需要；驾驶员手动驾驶与由ATO系统驾驶可在任何时候进行转换；手动驾驶时由ATP系统负责安全速度监督，自动驾驶时由ATO系统给出对驱动、控制设备的命令，ATP系统仍然负责安全速度监督。ATO定点停车的精度应根据站台的计算长度、列车的性能和屏蔽门的设置等因素选定。站台定点停车的精度宜为±0.25～±0.50 m。ATO控制过程应满足舒适度和快捷性的要求。ATO应能控制列车实现车站通过作业，自动记录运行状态，进行自诊断及故障报警。

（五）驾驶模式

主要有以下驾驶模式：

AM 模式 ATO 自动驾驶

SM 模式 ATP 监督人工驾驶

RM 模式 ATP固定限速下人工驾驶

URM模式 无ATP监督非限速人工驾驶

AR 模式 自动折返

SM - ATP 监督下的人工驾驶

这种模式提供全部ATP功能，但没有ATO功能。TRAINGUARD MT提供连续式速度监督和全部安全功能。

1.AM——自动驾驶

基于点式或连续式通信，提供ATP和ATO功能。

在该控制模式下，列车由ATO控制自动地在站间运行。在车站，开门、关门和列车的出发自动完成，或由司机人工关门、人工启动。在连续通信级，列车在站外停车后的启动是自动的。折返不需要司机的参与（见AR 驾驶模式）。

点式通信时的AM模式提供有限 ATO的驾驶，不能提供巡航/惰行功能。

连续式通信时的AM模式可以提供增强型的操作，包括用于高效节能的巡航/惰行功能。

在ATO故障的情况下，SM 模式将作为AM 模式的后备模式运行。

2.AR——自动折返

如果通过无线或者环线报文并且通过驾驶室显示装置指示给司机，可以自动触发列车在原地或者使用折返轨的折返。司机必须按压站台上或驾驶室的自动折返按钮（“AR”按钮）来确认折返运行。当使用折返轨折返时，按照无人驾驶还是有人驾驶运行取决于司机的操作。该折返请求通过ATS系统的命令，或固定设计在某些无条件折返区域的ATP轨旁单元中。

当只有点式通信时，司机必须在列车上启动折返驾驶，这时候，不能无司机驾驶。