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1、车载信号系统讲义,一、车载ATP子系统（一）车载ATP子系统的功能（二）车载ATP子系统的设备二、车载ATO子系统（一）车载ATO子系统的功能（二）车载ATO子系统的设备三、车载信号系统同其他系统的接口,（一）车载ATP(列车自动防护)子系统的功能 车载ATP子系统是保证列车运行安全的设备，提供列车运行间隔控制、超速防护、车门和站台屏蔽门监督等安全防护，符合故障-安全原则。为确保系统的高可靠性和高安全性，采用高可靠性、高安全性硬件结构和软件设计，采取必要的硬件、软件冗余措施。车载子系统负责确定列车位置，监测列车速度，保证适当的制动次序，管理列车的控制模式并根据ZC（区域控制器）所提供的信息来控
2、制列车。车载子系统的关键元件是CC（车载控制器）。,车载子系统的功能包括：1、安全列车速度和位置的确定 对于在CBTC（基于无线通信的列车控制）范围内运行的配有车载设备的列车，该系统都可确定其位置、速度和运行方向。列车位置测定功能能够安全而又准确地测定列车前端和后端的位置。2、安全的超速保护 在安全制动模式下确立、监督及执行ATP曲线时，CC会确保在任何条件下（包括故障），列车的实际速度都不会超过安全行驶速度。,3、安全的紧急制动(EB)以下情况会导致EB实施：超速、MAL(移动授权)丢失、列车完整性丢失、列 车停止后移动、后溜、与ZC的通信丢失、CC致命错误、当列车接近或在站台内时站台屏蔽门
3、关闭和指示丢失、列车接近联锁时道岔失表、运行中的列车靠近另一列车过近、当列车接近或在站台内从轨旁得到紧急制动指令时CC会实施紧急制动 4、安全的列车停靠 5、安全的方向控制,如果某一区段的运行方向已确立，系统就不会为该区段的列车再指派相反方向的移动授权。6、安全的门控制（使能）ATP开门功能的基本前提是：列车处于零速状态；列车已对准站台的正确位置；列车已实施常用制动。,若能满足所有这些条件，列车车门就会接收到指令并打开。如检测到列车车门没有全部关闭，列车就不会开动。若CC发生故障，列车会立即停车，车门只能在旁路模式下打开，列车停止后，若车门控制处于旁路模式，车门即可人工打开。7、CBTC运行模
4、式 8、安全前溜和后溜防护 前溜：列车在站台区域停车时，CC要确保列车处于,“不移动”状态。如果检测到列车在没有命令的情况下，向列车正常行驶方向移动一定的距离，CC将实施紧急制动前溜的依据是“CC能检测到的任何移动”。后溜：车载ATP提供倒溜防护。如未施加牵引，CC检测到列车倒溜移动则立即施加EB；如果已施加前向牵引，CC检测到倒溜超过一定允许距离后，实施EB。后车的MAL计算会考虑前车的倒溜距离。根据初步值，当前列车的倒溜检测距离是1m。当列车倒溜距离超过1米，施加紧急制动并且在相应的显示屏上为司机提供显示。,9、停车过位后退防护 在停车误差大于0.5m小于5m的情况下，允许通过人工驾驶向后
5、倒车以恢复停车精度。倒车速度不应超过5km/h并且倒车操作不能超过两次，在整个过位恢复过程中最大的倒车移动距离不能超过5m。ATP将监控过位保护过程中的列车反向移动，并在下列情况发生时实施紧急制动:列车反向移动速度超过5km/小时 全部反向移动距离超过5m 进行了两次以上的反向移动,（二）车载ATP子系统的设备,车载控制器(CC)CBTC车载子系统的关键元件就是车载控制器（CC），它包括一个安全的带数字式输入/输出控制器的三取二处理器。这个子系统负责确定列车的位置，监测列车速度，保证正确的必要制动顺序，管理列车控制模式以及根据轨旁区域控制器提供的信息控制列车。CC与速度传感器、加速度计和查询器
6、接口来确定列车的位置。列车司机显示器(TOD)与CC接口以显示相关的驾驶信息、设备状态和提供给司机的报警信息。每列列车终端安装一个MR，并与CC接口以实现CC和轨旁设备间的数据信息传递。,每个CC机架应安装在由车辆供应商提供的安装柜内。CC机架包括一个MR（车载无线设备）、一个查询器、两个ATP/ATO机笼、一个用于固定两个模拟加速度计和两个数字加速度计的设备支架、三个安全继电器、一个电池过滤板、连接器。,查询器（TI）和天线(TIA)信标是安装在道床上车地通信设备，当列车通过一个信标时，由列车上查询器天线发送的能量信号激活轨旁信标。同时TIA可以接收到一个代表查询器ID的数字编码信号并把该数
7、据输入到轨道数据库，以提供信标地理位置参考点的信息给CC。每列车上的每个CC装备一个查询器和查询器天线。TI装置被安装在车载控制器机架内。从TIA到TI的电缆直接连接到TI的正面。,查询器天线将面向地面直接安装在拖车底部。应安设在距离轨面（TOR）高度为300mm10mm范围内。维护人员需要周期性对TIA到TOR的距离进行测量。如果该距离超出300mm10mm的范围，TIA的高度就必须调整（例，通过插入或移除垫片）以调整距离至范围内。TIA线缆必须安装在碳钢材质的保护线管或线槽内。线管或线槽必须具有良好的高斯屏蔽，保护其不受低频磁场干扰。,速度传感器 列车每端，安装两个速度传感器，分别安装在不
8、同侧不同的的非动力制动轴上。一个项目中所有列车的速度传感器应安装在带司机室车厢并采用同一安装结构。随着车轮轮齿的转动，当传感器经过轮齿的时候会输出数字脉冲。这些脉冲由硬件计数器来计数，从而可以在给定周期内测试速度。速度传感器经过多次现场使用并且被证明是非常可靠的。设备的配置和传感器的数量针对不同应用可能不同，并且车轮每转一圈的能够输出脉冲数量也与速度传感器的通道数量有关，与输出通道之间的相移也有关系。,移动通信 车载数据通信系统(DCS)由移动通信系统(MR)和MR天线构成。一个MR和2个MR天线安装在列车一端。MR是用来在车载设备（如ATP 和ATO）和轨旁设备间传输数据的车载无线设备。车载
9、ATP和ATO子系统通过两个独立的以太网连接到MR。采用双绞线连接的以太网扩展设备（集成在以太网交换/扩展板上）和CC一起用来实现从一端到另一端的通信网络。,一套 ATP（三取二）子系统和一套ATO子系统安装在列车的一端（车厢A），同样的一套设备(一套ATP和一套ATO)安装在另一端（车厢B）。所有列车上的设备通过两个独立的以太网（CN1和CN2）连接形成车载网络。无线通信系统将装在CC机架内。MR天线将安装在带有司机室的拖车前端顶部。,列车司机显示器（TOD）用户界面如图所示。,TOD安装在带司机室拖车的司机驾驶台上（每列车2台）。车辆供应商将负责每个TOD的安装。列车司机显示器的报警器在超
10、速时发出持续的声音。列车司机显示器显示信息包括：,停站时间结束 车载设备状态 当前驾驶模式 超速 速度表（含推荐速度、ATP防护速度、实际速度）目标距离(至限速点或停车点)不同驾驶模式下TOD故障对列车运行的影响如下：AM模式：只要司机在站停时按下发车按钮，列车就可 以继续运行在AM模式。,ATPM（ATP防护下的人工列车驾驶)模式：一旦CC检测到TOD故障，就会立刻触发FSB。iATP模式：一旦CC检测到TOD故障，就会立刻触发FSB。RM模式：没有任何影响，CC可以在TOD故障的情况下运行在RM模式下。NRM（非限制人工模式)模式：没有任何影响，CC可以在TOD故障的情况下运行在NRM模式
11、下。,以上问题目前还在设计联络中，其运营处针对问题的意见是：列车在区间运行时TOD黑屏要有声光报警，如果检测到信号车载ATP/ATO系统无故障：此时若列车采用的是自动驾驶模式则列车按原驾驶模式行车（可不采取紧急制动）至下一车站。此时若列车采用的是ATPM、iATP模式，则要求首先产生紧急制动，然后以相应的驾驶模式行车至下一车站，在此过程中一直要有ATP防护。如检测到车载信号系统故障，则列车以RM、NRM驾驶模式运行。同时需要网新就TOD故障/黑屏后的应对办法与具体操作提供详细的说明。,加速度计 每个CC设置4个加速度计，包括两个数字型，两个模拟型，安装在CC机柜底部。这两套设备互为冗余，用于提
12、高系统的有效性和可靠性。模拟和数字设备的产家不同，这样做是为了消除共模错误。通过这两套设备交叉检查测量来保证系统的安全。加速度计的容错，两套加速计为冗余结构，每一套包含两个不同型号、来自不同厂家的加速度计，所以CC容许某一个加速度计失效。当任一个加速度计故障后，不影响列车正常运行。,当两个同型号的加速度计同时故障时，CC将无法为列车防护功能提供加速度测量；当两个不同型号的加速度计同时故障时，根据它们在系统中的位置，CC仍然可以提供加速度测量。在列车行进中，车载控制器CC会对速度传感器和加速度计输入数据的一致性进行监控。如果检测到列车速度的非常规变化或速度传感器信息的非常规变化，CC会对异常情况
13、进行记录。,当探测到空转/打滑现象时，CC会根据加速度计的实际加速或减速计算列车当前速度，从而确保在空转-打滑过程中列车速度和位置的持续计算，列车的定位误差通过读取定位信标来消除。如果以上情况持续超过预定时间，CC将产生一个空转-打滑报警,二、车载ATO子系统（一）车载ATO子系统的功能 ATO子系统是自动控制列车运行的设备。在ATP和联锁子系统的安全保护下，根据ATS子系统的指令，实现列车的自动驾驶运行和列车在区间运行的自动调整功能，确保达到要求的设计间隔及旅行速度，并实现列车的节能运行控制等。,1、对列车的自动驾驶 ATO子系统实现列车在车站、区间正方向、折返线、出入段/场线、存车线等的自
14、动运行，控制列车按运行图规定的区间走行时分行车，自动完成对列车的启动、加速、巡航、惰行、减速和停车的合理控制。2、与ATS系统的连接 通过ATO车载设备将列车运行的有关信息传递至ATS子系统，以便ATS子系统能对在线列车进行监控。3、自动开门 列车车门可通过ATO的请求指令自动打开，也可由司机人工打开。自动开关门只能在ATO模式下进行。关闭,车门时，可由ATO自动操作，也可由司机通过按下“关门”按钮进行人工操作。4、列车自动折返 列车的折返可以由ATO自动控制并受ATP监控。,（二）车载ATO子系统的设备 ATO子系统与ATP子系统共用车载硬件设备，并没有独立的设备。ATO子系统的软件安装在与
15、车载ATP子系统共用的车载计算机中，但使用独立的CPU，也就是说每个CC包括2个独立的ATO模块（主用/备用），运行CC的主ATO控制动力和制动系统，经由RS485串行接口与TMS相连接。ATP软件和ATO软件被安装在相同的印刷电路板上，即CCTE(安全计算机处理器板)。每一CCTE有4个处理器：包括1个AP（应运）模块，1个VO（表决器）模块，1个ME（存储互换）模块和一个CPL（耦合器）模块。ATO软件被安装在CCTE1和CCTE2的CPL模块上。,车载ATO设备为主备冗余，当主ATO单元发生故障，自动从主ATO单元切换到备用ATO。主ATO和备用ATO单元运行同样的软件，得到相同的传感器
16、输入和独立计算，但是在一个时间，只有一个ATO单元是主ATO，与其他子系统接口，如：ATP、车辆、TOD和ATS等。而备用ATO不提供任何输出。如果主ATO单元被它自己或被ATP发现故障，可以自动转到备用ATO单元上。如果故障是被ATO经由其自诊断而发现的，最坏的情况下，转到备用将要经过3个ATO周期（为：150 ms）。对于只能被ATP探测到的故障在最不利的情况下，切换时间为2个ATP周期和1个ATO周期（为：550 ms）。,ATO在切换期间，要求其他子系统如ATS、TMS和TOD要保持最后接收到的有效信息最长达550 ms，以减小对牵引/制动和TOD显示的干扰。但是，在上述ATO故障切换
17、时，在驾驶过程中会出现一些对于停站精度的干扰。总之，ATO子系统被设计为“主备冗余”，在当前主ATO单元中任何故障一旦被检测到，便进行自动故障切换。ATO子系统的故障切换不是无缝的，取决于故障切换的时机，对列车运行有一些干扰。在ATO模式下，当主ATO故障后，自动切换到备用ATO，且仍在ATO模式下。,三、车载系统同其他系统的接口 1、CC同车辆的接口 列车管理系统（TMS）、紧急制动系统、常用制动系统、车门控制、列车完整性、牵引/制动系统、司机室控制 2、CC与TOD的通信接口 用于列车同一端CBTC CC设备与TOD之间数据交换的以太网连接。每条网络连接由2条双绞线和1条屏蔽（排扰线）线组
18、成。3、CC与DCS的接口 车载控制器通过以太网接口 连接到车载ESE，然后接入数据通信子系统。车载ESE,连接到车载MR，车载MR提供了标准的以太网口，可以通过车载以太网交换设备和列车车载控制器等设备互联。并通过无线接口，接入到轨旁网络。通信协议使用UDP/IP。4、CC同屏蔽门的接口 列车在预定误差范围内停车后，CC通过ZC请求联锁打开相应站台一侧的屏蔽门，同时联锁会请求屏蔽门控制器打开屏蔽门。,一旦停站时间结束，CC向车辆和屏蔽门控制器发出屏蔽门和车门请求关闭指令，关闭屏蔽门和车门。然后，当司机按下发车按钮后，列车才能启动并向下一车站运行。车门和屏蔽门的开关同步进行。在设计联络阶段协调确定车门、屏蔽门的开关时序。站台屏蔽门的状态信息由联锁接收。如果屏蔽门非正常打开，则ZC应及时检测此情况并阻止列车接近车站站台，已接近的列车和未驶离站台的列车将实施紧急制动。如果在列车停止时“所有屏蔽门关闭”状态丢失，CC ATP会禁止列车移动。,谢谢大家！祝大家工作愉快！,
