CN201037910Y - 基于无线通信的城市轨道交通车载自动驾驶系统 - Google Patents

Abstract

一种基于无线通信的城市轨道交通车载自动驾驶系统，属于城市轨道交通技术领域，它主要由车载自动驾驶处理单元(1)、驾驶室显示操作单元(2)、速度处理单元(3)、信标收发处理单元(4)、无线通信单元(5)组成，它解决了目前市场急需，具有应用广泛，能够满足城轨交通业主的需求。具有友好的用户界面，操作简单。技术先进，自动化控制程度高。减少了系统硬件量，降低了系统成本。

Description

基于无线通信的城市轨道交通车载自动驾驶系统技术领域本实用新型涉及一种城市轨道交通设备，尤其是一种基于无线通信的城 市轨道交通设备，具体地说是一种基于无线通信的城市轨道交通车载自动驾 驶系统。 背景技术目前，在城市轨道交通系统中，列车自动控制系统（ATC)是城市轨道 交通车辆安全、高效运行的主要保证。ATC系统通常由3个系统组成：ATP 系统（列车自动防护）、ATO系统（列车自动驾驶）、ATS系统（列车自动监车载ATO系统用来完成ATO系统功能，它控制列车自动运行和在车站精 确停车。在城轨交通系统中通过ATO系统功能的实现，能够达到提高行车效 率、降低系统成本、减少司机劳动强度的目的。目前，国内城轨交通技术研究发展很快，但还没有真正意义上的国产化 ATC系统，国内目前正在建设的城轨线路或即将建设的城轨线路，均采用进 口的ATC产品，当然也就没有国内自己设计生产的车载ATO系统在应用。车载ATO系统功能的确定，需要依赖于ATC系统的总体设计，不同的 ATC系统体制，会有不同的车载ATO系统功能实现方案。当前，国际上应 用最多的ATC系统为基于无线双向通信的、采用移动闭塞体制设计的系统， 在车地之间采用无线通信实现连续的双向数据传输， 一方面提高了系统的总 体性能，另一方面提高系统自动化程度。随着国内城市有轨交通的快速发展，设计一种具有自主知识产权的基于 无线通信的城市轨道交通车载自动驾驶系统是当务之急。 发明内容本实用新型的目的是针对目前的市场急需，设计一种基于无线通信的城

市轨道交通车载自动驾驶系统。 本实用新型的技术方案是：一种基于无线通信的城市轨道交通车载自动驾驶系统，其特征是它主要 由车载自动驾驶处理单元1、驾驶室显示操作单元2、速度处理单元3、信标收发处理单元4、无线通讯单元5组成，驾驶室显示操作单元2与车载自动 驾驶处理单元1双向连接，速度处理单元3的输入与速度传感器的输出相连， 其输出与车载自动驾驶处理单元l对应的输入端相连，信标收发处理单元4和无线通讯单元5的输入分别与对应的信标天线和无线通信天线的输出相 连，它们的输出分别与车载自动驾驶处理单元l对应的输入接口相连，车载 自动驾驶处理单元1通过相应的继电I/O 口与驾驶室显示操作单元2中的显 示面板相连，车载自动驾驶处理单元1输出通过继电I/O 口与车辆对应的牵 引制动控制系统相连。所述的车载自动驾驶处理单元1或为采用冗余技术单独构成的系统，或 为与列车自动防护系统一起共用的3取2硬件组成。车载自动驾驶处理单元1通过调制解调器与尾驾驶室的处理系统相连。 本实用新型的有益效果-本实有新型结束了国外的技术垄断，具有结构简单，集成度和灵活性高， 维护成本低，有利于减少列车行车间隔，具有高可靠性及安全性的优点。本实用新型的应用广泛，能够满足城轨交通业主的需求。具有友好的用 户界面，操作简单。技术先进，自动化控制程度高。同时减少了系统硬件设 备量，降低了系统成本。 附图说明图1是本实用新型的系统组成框图。图2是本实用新型的无线通信系统结构原理图。图3是本实用新型的速度控制环原理图。图4是本实用新型的站间基本的速度控制曲线图。图5是本实用新型的车载自动驾驶系统对临时限速影响的修正曲线示意图。图6是本实用新型车载ATO对EOA影响的修正曲线示意图。 图7是本实用新型列车精确停车控制曲线示意图。 图8是本实用新型列车在车站处理的逻辑流程图。 图9是本实用新型列车在站间运行处理的逻辑流程图。 图IO是本实用新型列车在车站的精确停车控制流程图。 图11是本实用新型列车调整功能的处理流程图。 图12是本实用新型列车车门开、关的控制的流程图。 图13是本实用新型列车输入、输出控制流程图。 具体实施方式下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。如图l所示。一种基于无线通信的城市轨道交通用车载自动驾驶系统，它主要由车载 自动驾驶处理单元l、驾驶室显示操作单元2、速度处理单元3、信标收发处 理单元4、无线通讯单元5组成，驾驶室显示操作单元2与车载自动驾驶处 理单元l双向连接，速度处理单元3的输入与速度传感器的输出相连，其输 出与车载自动驾驶处理单元1对应的输入端相连，信标收发处理单元4和无 线通讯单元5的输入分别与对应的信标天线和无线通信天线的输出通过无线 相连，它们的输出分别与车载自动驾驶处理单元l对应的输入接口相连，作 为车载自动驾驶处理单元1 一路输出的开关指示灯通过相应的继电I/O 口与 驾驶室显示操作单元2中的显示面板相连，作为车载自动驾驶处理单元1动 力、控制瑜出通过继电I/0口与车辆对应的驱动、控制系统相连。其中：•车载自动驾驶处理单元l (包括I/0):可采用冗余技术单独构成系统， 也可与ATP系统一起共用3取2硬件。车载ATO处理单元完成ATO功能的计算和控制。 •驾驶室显示操作单元2:用于列车驾驶员进行有关ATO功能的运行操作，输入机组信息并显示各种数据。 ■驾驶室开关、指示灯面板：为驾驶员提供相关的操作开关按钮，并提

供相关的指示灯显示。■ IIOV直流电源及开关：车载ATO使用的电源。•无线通信系统的车载部分：接收来自ATS系统、ATP系统的信息与指令，并将列车位置报告传送给轨旁ATP/ATO系统。 •维护终端：用于系统维护。■编码里程计及处理单元：测速与测距。 •信标天线及处理单元：实现重定位功能。 各部分接口关系如下：■串行链路：驾驶室显示单元与车载ATO处理单元，维护终端与车载ATO处理单元之间。 •继电接口：车载ATO处理单元与驾驶室开关、指示灯，与列车控制系统之间。•模拟接口：信标天线与信标处理器，里程计与速度处理板，车载无线 通信天线与处理设备之间。•高速串行链路（HDLC协议）：车载ATO处理单元与尾驾驶室处理单 元，各ATO处理单元之间，车载ATO处理单元与无线通信处理器， 车载ATO处理单元与信标处理单元之间。 本实用新型能实现的主要功能有：'列车自动驾驶• ATO调整功能•列车在车站的精确停车 •车站门控 •扣车 •越站• ATO自动折返■实际列车识别（PTI)•列车广播数据的产生及传输下面结合一实例对本实用新型作进一步的说明-

一种采用基于无线局域网技术实现车地无线通信的车载自动驾驶系统，采用3取2表决系统构成ATO处理单元，采用基于移动闭塞的ATO算法实现 ATO功能，技术先进。(1)无线通信系统：采用基于正EE802.11跳频无线局域网技术标准实 现，具有高速漫游的特点。如图2，为无线网络方式的车地通信系统结构原 理图。本系统具体技术指标如下-'数据速率：可达到lMbps。 •调制类型：跳频扩频。 •频率范围：2400〜2483.5 MHz， ISM频段。 •发射功率：100mW有效各向同性辐射功率。 '高速漫游：上至80公里/小时。 ■无线局域网接口： IEEE802.11b标准。无线通信系统实现了地一车之间的双向通信，它将列车的位置传送给 轨旁ATC控制器，并接收从轨旁发来的报文，包括ATS传来的各种运行 指令及列车"移动授权（EOA)"。"移动授权"也就是列车安全行驶至下 一个位置列车所需一个正式授权。(2)车载ATO处理单元：采用3取2表决系统，由三个独立的计算 机通道组成，中央处理板采用基于Intel微处理器的CompactPCI单板计算 机，每个通道在物理和电气特性上与其它两个相互隔离，并支持各自通道 内的逻辑处理功能。三个计算机模块通过独立的高速同步串口板两两相 连，通过特殊的软件算法构成三取二计算机处理单元。车载ATO处理单元检测整个ATO系统各部分的运行状况，并完成系 统所需的ATO功能。(3)驾驶室显示单元（HMI):驾驶室显示单元是车载ATO系统在列车 驾驶室内的人机接口设备，主要用于列车驾驶员进行有关ATO功能的运行操作，输入机组信息并显示各种数据。显示单元HMI采用符合EMC兼容设计的工业级CPU板及12英寸FTF 显示器（带触摸屏），包括CPU本地总线接口、内存控制器和PC/AT的标

准外设等，并配有蜂鸣器。HMI显示内容包括：列车实际速度、列车目标速度、列车目标距离、 当前驾驶模式、ATO模式许可、ATP模式许可、限速模式许可、紧急制 动显示、故障显示等。(4) 编码里程计：通用产品，可进行列车速度与运行距离的测量， 最好安装于车辆的一从动轴上，通常最佳安装位置为拖车转向架的第二个 车轴。(5) 信标：通用产品，信标用于列车的系统重定位功能，并应用于 列车自动轮径校正。信标安装在列车底部的铁轨上，信标天线最佳安装位 置通常安装在列车的转向架上。下面具体描述本系统各功能的处理方法：(1) 列车速度控制。(2) 列车调整功能。(3) 列车车门开、关控制。(4) 输入、输出处理。本实用新型的工作过程为-一、列车瑰度控制列车速度控制列车速度控制采用控制环（如图3所示）方法进行，包括三 个过程：列车在车站的发车、在站间的运行和在车站的精确停车。•列车在车站发车当列车从A站运行到B站，车载ATO设备依据从轨旁传来的车站发车指 令信息，通过动力施加完成自动加速控制，此时必须对车门及站台门进行了 检査，在人工驾驶模式下由驾驶员按压发车按钮。同时，车载ATO能够接收到ATS调整指令来确定列车在站间运行的等级， 决定必要的运行速度曲线。这个速度曲线以节省能源和最大限度地提高乘客 的舒适为计算目标。速度曲线计算需考虑轨道的坡度、列车性能、惰行时间， 最大速度、加速度和减速度的限制值等各种参数。当处于ATO模式时，如果ATO未收到发车时间，它将在车站预定的停站 时间完成后自动发车。处于人工驾驶模式时，则ATO提醒驾驶员发车（如图 4所示）。车站发车逻辑流程图见图8。•列车站间运行在沿线的任何位置上，车载ATO都可以通过车地传输系统接收到来自 ATS的调整命令，正常情况下，从而保证列车在预期时间到达控制点。通过连续传输系统，车站ATO系统实时地知道下一个站间的占用情况。 按照前面列车的位置和此列车尾部出清下个控制点的预期时间，ATO可计算 出最优的运行速度曲线来实现最佳的运行间隔。当ATO接收到ATS传来的临时限速指令,ATO将自动修正列车速度曲线。 (如图5所示）当车载ATO确定EOA对运行产生影响时，将修正列车速度曲线，并在影 响消除后，自动补偿运行时间的延迟。（如图6所示） 列车站间运行逻辑流程图见图9。 •车站精确停车。如图5，当列车从地面信标（Tl)处接收到重定位位置信息后，车载ATO 激活车站精确停车控制功能。在此功能控制下，车载ATO设备重新确定有关 到精确停车点的速度曲线数据，并按照速度曲线完成列车减速控制。当列车处于车站精确停车控制时， 一旦检测通过了信标T2和信标T3，列 车将自动完成位置的补偿，并进一步控制列车的停车位置，直到列车按要求 停在车站的停车窗内，当列车信车车站的停车窗内，ATO输出列车刹车控制 以防止列车移动。（如图7所示）在异常情况下，列车可能停在允许的公差范围之外。假如不超过5米范围， 列车允许以一个限定的速度慢慢后退，万一停站不够，列车也允许以一个限定的速度向前慢慢移动。列车在车站精确停车逻辑流程图见图11。 二、列车调維功能 ATO系统可以从ATS接收扣车或越站命令。当接收到扣车指令时，车载 ATO将促使列车滞留在车站上（直到ATS释放扣车控制），当接收到越站指令时，列车将直接越过指定的车站。ATO启动时将接收从ATS发送来的PTI (主动列车识别）初始化指令， 并在列车运行过程中周期性发送给ATS，在人工模式下，车载ATO也能从车 上接受PTI指令，这时PTI是一个用来识别列车号和乘务号的逻辑值。车载ATO需要周期性接收时钟同步指令，以用于列车调整功能。列车调整功能逻辑流程图见图10。 三、列车车门开、关控制在车站停站期间，ATO控制车门、站台门的打开，此时，必须在ATP的 监督下进行。关门则由ATO系统（在ATO模式下）或驾驶员（在人工模式 下）进行。一旦检测到列车正确地停靠且其它所有的安全条件都满足，车载ATP给 车载ATO—个按次序开门的权限。然后，ATO控制车门和站台门的打开， 并且开始倒计时列车停站时间。列车车门（站台门）开、关门控制逻辑流程图见图12。四、输入输出处理系统ATO车载处理单元输入信息包括:•轮径校正信息 •里程计速度信息■ 信标信息•驾驶台信息•其它车载系统信息 •车载维护指令信息 •无线通信传来的车地报文系统ATO车载处理单元输出信息包括-•车载通信报文 •列车控制信息 '驾驶台显示信息 •其它车载系统信息 '维护指令信息列车车载ATO系统输入、输出处理控制逻辑流程图见图13。

Claims (4)

1、 一种基于无线通信的城市轨道交通车载自动驾驶系统，其特征是它主要由车载自动驾驶处理单元（1)、驾驶室显示操作单元（2)、速度处理单元（3)、 信标收发处理单元（4)、无线通讯单元（5)组成，驾驶室显示操作单元（2) 与车载自动驾驶处理单元（1)双向连接，速度处理单元（3)的输入与速度 传感器的输出相连，其输出与车载自动驾驶处理单元（1)对应的输入端相连， 信标收发处理单元（4)和无线通讯单元（5)的输入分别与对应的信标天线 和无线通信天线的输出相连，它们的输出分别与车载自动驾驶处理单元（1) 对应的输入接口相连，车载自动驾驶处理单元（1)通过相应的继电1/0 口与 驾驶室显示操作单元（2)中的显示面板相连，车载自动驾驶处理单元（1) 控制输出通过继电1/0 口与车辆对应的牵引制动控制系统相连。

2、 根据权利要求1所述的基于无线通信的城市轨道交通车载自动驾驶系统， 其特征是所述的车载自动驾驶处理单元（1)或为采用冗余技术单独构成的系 统，或为与列车自动防护系统一起共用的3取2硬件组成。

3、 根据权利要求1所述的基于无线通信的城市轨道交通车载自动驾驶系统， 其特征是采用无线通信的方式传送车载自动驾驶系统所需要的报文。

4、 根据权利要求1所述的基于无线通信的城市轨道交通车载自动驾驶系统， 其特征是头驾驶室的车载自动驾驶处理单元（1 )通过调制解调器与尾驾驶室 的处理系统相连。

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