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1、第5章列車自動防護（ATP）系統(tǒng) 5.1 ATP系統(tǒng)的基本概念 ATP是ATC的基本環(huán)節(jié)，是列車運行超速防護或列車運行速度監(jiān)督的系統(tǒng)。主要內(nèi)容包括：對列車運行進行超速防護，對與安全有關(guān)的設(shè)備實行監(jiān)控，實現(xiàn)列車位置檢測，保證列車間的安全間隔，保證列車在安全速度下運行，完成信號顯示，故障報警，降級提示，列車參數(shù)和線路參數(shù)的輸入，與ATS、ATO及車輛系統(tǒng)接口并進行信息交換等。 ATP系統(tǒng)不斷將來自聯(lián)鎖設(shè)備和操作層面上的信息、線路信息、前方目標(biāo)點的距離和允許速度信息等從地面通過軌道電路等設(shè)備傳至車上，從而由車載設(shè)備計算得到當(dāng)前所允許的速度，或由行車控制中心計算出目標(biāo)速度傳至車上，由車載設(shè)備測得實際運

2、行速度，依此來對列車速度實行監(jiān)督，使之始終在安全速度下運行。當(dāng)列車速度超過ATP裝置所指示的速度時，ATP的車上設(shè)備就發(fā)出制動命令，使列車自動地制動；當(dāng)列車速度降至ATP所指示的速度以下時，可自動緩解。這樣，可縮短列車運行間隔，可靠地保證列車不超速、不冒進。 5.2 ATP系統(tǒng)設(shè)備的組成 ATP系統(tǒng)的設(shè)備主要由軌旁設(shè)備和車載設(shè)備兩部分組成。 采用軌道電路傳送ATP信息時，ATP系統(tǒng)由設(shè)于控制站的軌旁單元、設(shè)于線路上各軌道電路分界點的調(diào)諧單元和車載ATP設(shè)備組成，并包括與ATS、ATO、聯(lián)鎖設(shè)備的接口設(shè)備。ATP軌旁單元主要是計算機，負(fù)責(zé)對所獲得信息的處理、發(fā)送和接收。因為ATP系統(tǒng)是安全系統(tǒng)，

3、軌旁單元至少要有結(jié)構(gòu)相同、程序相同且獨立的兩臺計算機，數(shù)據(jù)同時進行處理和比對，采用2取2的結(jié)構(gòu)，或者3取2系統(tǒng)。 連續(xù)式ATP系統(tǒng)利用數(shù)字音頻軌道電路，向列車連續(xù)地發(fā)送數(shù)據(jù)，允許連續(xù)監(jiān)督和控制列車運行。由軌道電路反映軌道狀態(tài)，傳輸ATP信息，在軌旁無需其他傳輸設(shè)備。當(dāng)軌道電路區(qū)段空閑時，發(fā)送軌道電路檢測電碼。當(dāng)列車占用時，向軌道電路發(fā)送ATP信息。軌道旁的軌道電路連接箱內(nèi)（發(fā)送、接收端各一個）僅有電路調(diào)諧用的無源元件，包括軌道耦合單元及長環(huán)線。 車載ATP設(shè)備完成命令解碼、速度探測、超速下的強制執(zhí)行、特征顯示、車門操作等任務(wù)。ATP車載設(shè)備主要功能是對所接收信息進行處理，其包括接收裝置（天線）

4、、信息處理器和測速單元。ATP車載設(shè)備將地面?zhèn)鱽淼臄?shù)據(jù)通過ATP接收裝置接收，然后與預(yù)先儲存的列車數(shù)據(jù)一起進行計算，得出列車的允許最大速度，將此速度和來自測速單元（速度傳感器）的實時速度進行比較，超速時，啟動報警和制動。同時，ATP車載設(shè)備還通過與列車接口，將所得的速度信息傳給TOD顯示，借助TOD司機能按照ATP系統(tǒng)的指示駕駛，以保證安全。ATP車載設(shè)備也采用2取2或者3取2的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以保證系統(tǒng)最大限度的可用性。 5.3 ATP系統(tǒng)的主要功能5.3.1 列車速度監(jiān)督和超速防護功能 列車速度監(jiān)督是ATP系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，也是最重要的功能。如果列車實際速度超過允許速度的一個設(shè)定偏差，則列車會采取

5、相應(yīng)的自動報警或制動措施進行安全防護。 圖5-1所示，為車載中央控制單元根據(jù)地面設(shè)備傳至車上的信息以及列車自身的制動率，計算得出的兩個防護點（信號點或列車）之間的超速防護速度監(jiān)控曲線。v0為所允許的最高列車速度，v1,v2,v3，分別為所測得的實時速度，則ATP會根據(jù)不同情況采用不同的方法，以保證列車運行的安全和平穩(wěn)。 ATP不僅可用來保證列車之間的運行安全，還用于受曲線等線路條件、通過道岔、慢行區(qū)間等限制而需要限速的區(qū)段。因此限速等級是根據(jù)后續(xù)列車和先行列車之間的距離、線路條件等來決定的。ATP可對列車運行速度進行分級或連續(xù)監(jiān)督。 超速防護一般的速度限制分為固定限速、臨時限速、區(qū)域限速、閉塞

6、分區(qū)限速等多種類型。 固定限速。固定限速是在設(shè)計階段設(shè)置的。車載ATP和ATO設(shè)備都儲存著整條線路上的固定限速區(qū)信息。速度梯降級別為1 km/h。它決定了“目標(biāo)距離”工作模式下的可能給出的最優(yōu)行車間隔。 臨時限速。限制速度在某些條件下（施工現(xiàn)場、臨時危險點）可以被降低。臨時速度限制區(qū)段的范圍總是限制在一個或多個軌道電路。在緊急情況下，通過特殊速度碼，可立即將任何一段軌道電路上的速度設(shè)置為25km/h。如果需要設(shè)置臨時性限速區(qū)，可以在地面安裝應(yīng)答器。這些應(yīng)答器允許以5 km/h為一個階梯，降到25 km/h。在帶有允許臨時速度限制編碼的軌道電路里，可通過設(shè)置信標(biāo)來實施。 區(qū)域限速。區(qū)域速度限制是

7、針對軌道電路內(nèi)的預(yù)定區(qū)域設(shè)定的限制速度，可分為15 km/h、30 km/h、45 km/h、60 km/h。區(qū)域限速可由ATP軌旁設(shè)備設(shè)置，也可在需要時由控制中心控制，但控制中心只能復(fù)位控制中心設(shè)置的區(qū)域限速。如果控制中心離線或通信失敗，則本地軌旁設(shè)備可直接設(shè)置區(qū)域限速。一旦設(shè)置了限速，集中站的ATP軌旁設(shè)備就將產(chǎn)生到速度限制區(qū)的新的目標(biāo)距離和實際的目標(biāo)限制速度，通過軌道電路傳送給接近限速區(qū)域的列車，列車在該區(qū)域中的運行速度就不允許超過限速。如果列車速度超過限速，則車載ATP將啟動緊急制動，直到列車速度低于限速。 閉塞分區(qū)限速。閉塞分區(qū)限速是對單獨的軌道電路設(shè)置最大的線路速度和目標(biāo)速度。通過

8、ATP軌旁設(shè)備選擇最大速度，所選的速度作為軌道電路的最大允許速度。 一般速度監(jiān)督功能的輸入，包括車載速度距離功能中的列車現(xiàn)行速度和位置信息，以及服務(wù)自診斷功能中的列車數(shù)據(jù)（例如列車最大允許速度）。速度監(jiān)督功能的輸出，包括向司機人機接口功能提供最大允許速度和列車速度警告；向列車制動系統(tǒng)提供緊急制動命令；向服務(wù)自診斷功能提供列車數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息、處理和記錄數(shù)據(jù)，以及出錯的信息。 5.3.2安全性停車點防護功能 安全性停車點防護，以保證列車停在停車點（不超過停車點）為目的。在ATP監(jiān)督下的人工駕駛模式( ATPM)、列車自動駕駛模式(ATO)和列車自動折返模式(STBY)中，當(dāng)前方列車占用的軌道區(qū)段內(nèi)

9、有安全或危險停車點時，該監(jiān)督防護功能都有效。 按照列車至停車點的距離，ATP車載設(shè)備根據(jù)列車制動性能以及接收到的前方線路的信息等，計算一條最終為零的制動曲線。列車的速度限制連續(xù)地改變，并通過最終為零的制動曲線實施定點制動。 5.3.3測速測距功能 ATP的測速測距功能是基于測速單元的輸入，負(fù)責(zé)列車運行速度、運行距離、運行方向和位置的測定，是車載設(shè)備的關(guān)鍵部分。對于采用數(shù)字音頻軌道電路的ATC系統(tǒng)，距離是根據(jù)各軌道電路的始端來測量的，并通過使用測速單元的輸入和固定數(shù)據(jù)（車輪直徑）來確定。計算距離準(zhǔn)許車輪直徑、脈沖發(fā)生和車輪黏著打滑而造成的誤差。 測速有車載設(shè)備自測和系統(tǒng)測量兩種方法。車載設(shè)備自測

10、有測速發(fā)電機、路程脈沖發(fā)生器、光電式傳感器和霍爾式脈沖轉(zhuǎn)速傳感器等，它們安裝在無動力車輛的輪軸上。系統(tǒng)測量有衛(wèi)星測速和雷達測速等方法。 測速發(fā)電機。測速發(fā)電機安裝在車輪軸頭上，它發(fā)出的電壓與車速成正比，該電壓經(jīng)處理后產(chǎn)生模擬量和數(shù)字量兩個輸出，分別用來驅(qū)動速度表和進入車上主機用于速度比較。測速發(fā)電機簡單，但在低速范圍內(nèi)精度較差，可靠性也不高。 里程脈沖發(fā)生器。其核心部件是一個16極的凸輪，隨著車輪的轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生一系列脈沖，車速越快，脈沖數(shù)越多，只要在一定時間內(nèi)記錄下脈沖的數(shù)目，即能換算成列車的實際速度。 光電式傳感器。光電式傳感器應(yīng)用光電傳感技術(shù)，它有一個多列光圈盤，隨著車輪的轉(zhuǎn)動，光線不斷地通

11、過和被隉擋，使光電式傳感器產(chǎn)生電脈沖，記錄脈沖數(shù)目來測量車速。 霍爾式脈沖轉(zhuǎn)速傳感器。車輪轉(zhuǎn)動時，使霍爾式傳感器產(chǎn)生頻率正比于車輪轉(zhuǎn)速的信號，來進行測速。 在目標(biāo)距離模式中，列車位置對于安全性至關(guān)重要。如何測量距停車點的精確距離是列車運行超速防護系統(tǒng)的重要任務(wù)。通過連續(xù)確定列車行駛距離，ATP車載設(shè)備可以隨時查找列車的精確位置。距離信息以音頻軌道電路的分界來定位，當(dāng)列車經(jīng)過軌道電路的分界時，距離測量被同步。 測距一般是通過測速和輪徑完成的，同過測速設(shè)備獲得車輪旋轉(zhuǎn)的次數(shù)，考慮運行方向和車輪直徑來計算走行距離。測距系統(tǒng)使用兩個傳感器測量數(shù)據(jù)，為了保證安全，當(dāng)兩個數(shù)據(jù)不一致時，取其中的最大值。列車

12、定位也是通過測距完成的，在有軌道電路的線路上，將軌道電路的分割點作為列車絕對位置，列車的實際位置可以通過絕對位置加測距距離得出，同時考慮到列車空轉(zhuǎn)打滑的情況，每隔一段距離應(yīng)對列車實際位置進行校核。 5.3.4車門監(jiān)控功能 ATP對車門控制主要是對車門狀態(tài)的監(jiān)督。當(dāng)列車沒有在站臺停穩(wěn)時，ATP不允許打開車門；當(dāng)ATP檢測到列車在移動，而車門沒有鎖在關(guān)閉狀態(tài)時，ATP實施緊急制動。列車在車站預(yù)定停車區(qū)域內(nèi)停穩(wěn)且停車點的誤差在允許范圍內(nèi)時，ATP才允許車門開關(guān)操作；當(dāng)列車?？空九_的精度偏離0. 5m或1m時，允許列車以5 km/h移動，以精確停車。ATP不斷監(jiān)視安全門，確保車門無異常打開。 5.3.

13、5TOD顯示功能 TOD是信號系統(tǒng)和司機的接口（見圖2-2），借助于TOD，司機能夠按照ATP系統(tǒng)的指示安全運行。TOD向司機顯示列車的實際速度、目標(biāo)速度、最大允許速度以及ATP設(shè)備的運行狀態(tài)。另外TOD還顯示列車運行時產(chǎn)生的重要故障信息，在部分情況下還有音響警報功能。 5.3.6列車安全間隔控制功能 列車安全間隔功能負(fù)責(zé)保持（移動閉塞時）列車之間的最小安全距離，還負(fù)責(zé)發(fā)出運行授權(quán)。只有在進路已經(jīng)排列完成時，聯(lián)鎖功能才發(fā)出列車運行授權(quán)，準(zhǔn)許列車進入進路。當(dāng)前行列車仍在進路中時，可為后續(xù)列車再次排列進路。 由ATP軌旁功能發(fā)出的運行授權(quán)，根據(jù)相應(yīng)的安全停車點的選擇和激活而定。這些安全停車點的選定

14、依賴于進路內(nèi)軌道區(qū)段的狀態(tài)。安全停車點的位置在信號系統(tǒng)的設(shè)計中確定，這方面的信息保存在ATP軌旁設(shè)備中。位置的選定是為了在各安全停車點以外提供一安全的距離。在列車控制中，安全距離提供了差錯的限度。速樣，在ATP監(jiān)督下，列車絕對不可能發(fā)生通過危險點的情況。 5.4 ATP系統(tǒng)的控制模式及原理5.4.1 階梯式分級制動控制模式 階梯式分級制動控制模式是以固定閉塞分區(qū)為單元，各閉塞分區(qū)采用不同的低頻頻率調(diào)制，指示不同的控制限制速度等級。 階梯式分級制動控制模式俗稱大臺階式，速度控制限制曲線如圖5-2所示。它將一個列車全制動距離劃分為若干個（一般34個）固定閉塞分區(qū)單元，每一閉塞分區(qū)根據(jù)與前行列車的距

15、離來確定限速值。當(dāng)列車實際速度高于檢查值時，列車自動制動。這種控制方式的制動曲線呈階梯狀，故稱速度階梯分級控制模式。固定閉塞制式的ATC系統(tǒng)通常采用階梯式分級制動模式。 速度階梯控制是利用軌道電路傳輸多個低頻信息，將這些低頻信息賦予不同的速度碼含義，車載控制設(shè)備根據(jù)接收到的不同低頻頻率信息速度碼，實施不同的速度控制方式，從而保證列車在不同的閉塞系統(tǒng)下，都可以實現(xiàn)安全防護。 階梯式分級制動控制模式有出口檢查和人口檢查兩種控制方式，分別稱為滯后速度控制和提前速度控制，如圖5-3所示。 階梯式分段速度控制模式的主要優(yōu)點是簡單，需要地車傳輸?shù)男畔⒘啃?，不需要知道列車的?zhǔn)確位置，只需要知道列車占用哪個區(qū)

16、段即可。缺點是為保證安全，需依照行車性能最壞的列車設(shè)定目標(biāo)限制曲線，不能充分發(fā)揮行車效率，不能滿足高密度行車的需要。 5.4.2速度一距離模式曲線制動控制模式 速度一距離模式曲線（簡稱模式曲線），是根據(jù)目標(biāo)速度、線路參數(shù)、列車參數(shù)、制動性能等確定的反映列車允許速度與目標(biāo)距離間關(guān)系的曲線，包括從任何速度計算出列車制動到停止的不同模式曲線，它反映了列車在各點實時允許運行的速度值。 速度一距離模式曲線制動（簡稱模式曲線制動），是依靠連續(xù)式速度一距離模式曲線實現(xiàn)列車實時安全追蹤運行控制的方式，可滿足提高行車密度的需要。曲線模式按照是否保留地面固定閉塞分區(qū)，又分為曲線式分級制動模式和一級制動模式兩種類型

17、。 曲線式分級制動模式，是保留地面固定閉塞分區(qū)，根據(jù)閉塞分區(qū)提供的允許速度（目標(biāo)速度）值、目標(biāo)距離及列車本身的性能參數(shù)和線路常數(shù)等，由車載計算機計算出制動模式速度曲線，或?qū)⒏鞣N制動模式曲線儲存調(diào)用，從而實現(xiàn)列車制動控制的模式。 采用曲線式分級制動模式（也有叫準(zhǔn)移動閉塞模式）時，追蹤目標(biāo)點為前行列車所占用閉塞分區(qū)的始端，通過地車信息傳輸系統(tǒng)向列車傳送目標(biāo)速度、目標(biāo)距離等信息，由車載計算機計算制動模式速度曲線，實現(xiàn)模式曲線制動。 一級制動模式，是取消地面固定閉塞分區(qū)，完全按目標(biāo)距離實現(xiàn)目標(biāo)制動控制。列車空間間隔的長度是不固定的，隨著前行列車的移動而變化。根據(jù)距前行列車的距離或距運行前方停車站的距離，由控制中心（或由車載計算機）根據(jù)目標(biāo)距離、列車參數(shù)和線路參數(shù)等計算出列車一級制動模式曲線，按制動模式曲線實施制動，控制列車運行。 復(fù)習(xí)思考題：1簡述ATP系統(tǒng)的基本內(nèi)容。2簡述ATP系統(tǒng)設(shè)備的組成及作用。3ATP系統(tǒng)的主要功能有哪幾種？4速度監(jiān)督功能的輸入和輸出信息有哪些？5在什么情況下，ATP車載單元實施緊急制動？6ATP對車門的控制功能有哪些？7何謂階梯式分級制動模式和模式曲線制動模式？各自的優(yōu)缺點是什么？8出口檢查和入口檢查兩種控制方式有何主要不同點？9曲線式分級制動模式和一級制動模式的實現(xiàn)方式有何不同？10.為什么說一級制動模式是列車自動控制技術(shù)的發(fā)展方向？