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  • CTCS-3级列控系统
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    2020-12-02 11:27:48

          在说明CTCS-3级列控系统之前,有必要介绍一下它在CTCS体系结构中的相邻等级,这样会有助于理解CTCS-3级列控系统在CTCS体系结构中的位置,同时也有助于理解RBC在列控系统中的作用,明确为什么需要在列控系统中引入RBC以及RBC具有什么特殊性。

    CTCS-2级列控系统

            CTCS-2级是目前现有的列车控制系统,是基于点式应答器、连续轨道电路传输列车运行控制信息的点-连式列车超速防护系统,已经在提速线路和客运专线获得成功应用,适用于200km/h~250km/h的线路。但是,该系统还存在如下可以改进的方面: 地面设备和线路检查设备沿铁路全线分布,设备投资高,维护成本大。尤其是一些地理环境恶劣的区域,维护的困难很大。 列车在站间反向运行时,只能采用自动站间闭塞,列车不能追踪运行,影响运行效率。 目前的ZPW2000轨道电路最多只能显示前方七个闭塞分区空闲,难以支持350公里以上时速高速列车的运行需要。 临时限速和解除临时限速信息只能通过一些点式设备传送给列车,所以有时候临时限速不能及时下达,而有时候临时限速条件解除后列车又不能及时加速,影响列车运行安全和运行效率。同样,一些紧急信息也难以实时地传递给列车。 列车只能正向运行,不允许退行,而在某些紧急情况下(如隧道起火),列车的退行功能能让列车尽快退出危险区域。 只能从地面向列车单向传输信息,列车的信息无法传输到地面,所以地面不能区分列车,只能对列车进行粗放型的控制。 上述问题可以归纳为:铁路沿线地面设备过多,地面向列车传送信息的信息量不足、实时性不够,车地之间不能实现双向通信。针对上述问题,一个很好的解决方案就是尽量减少地面设备,采用无线传输方式来实现车地之间的双向、大容量、实时的信息传递。这就导致了CTCS-4级列控系统的出现,该系统特点为:连续式列车速度监控,信息通道是无线通信(GSM-R)方式,地面不设区间传统信号设备和检查轨道状况的设备,列车运行控制功能集中于车上,列车具有自行定位的功能,只设一些固定地面应答器用于列车定位校准。列车的位置由列车传至RBC,并由RBC传送至后续列车,实现移动闭塞方式的间隔控制。列车运行安全速度是根据地面设备传递的信息,由车上设备进行自动控制。 在CTCS-4级列控系统中,车地之间大数据量的传输可以支持高速列车的运行需要,列车运行的时速可以达到350公里以上;取消地面信号和轨道区段空闲检查设备及相应电缆,可以降低设备成本;可以实现移动闭塞方式,使两列车追踪间隔大大缩短,提高列车在区间追踪运行的密度,从而大大提高铁路运输效率;由于能够实现车地之间的双向信息传输,构成了闭环控制系统,使列车运行的安全性大大提高;地面可以根据列车报告的具体情况进行更加精准的控制(例如,可以实现对不同等级的列车施加不同的临时限速)。此外,还可以通过RBC将列车信息和防护信息发送给其他相关信息管理系统,实现调度系统全方位的集成。显然,CTCS-4级列控系统具有诸多良好的特性,是未来的发展方向,而这些特性在很大程度上获益于RBC的引入。 但是,我们应该清醒地看到,从CTCS-2级到CTCS-4级的发展绝不可能是一蹴而就的,存在很多技术问题需要解决。其中最重要的问题就是采用无线方式传输列控信息的可靠性、实时性。由于我们目前对无线传输通道的特性并不十分了解,对无线传输通道的可靠性和实时性没有十足的把握,所以列车报告的位置可用性也不确定,出于安全起见,需要实现一个中间的列车控制等级,即CTCS-3级。

    CTCS-3级列控系统

    由于上述原因,CTCS-3级列控系统依然使用准移动闭塞而非移动闭塞,并采用成熟的CTCS-2级列控系统作为后备模式。CTCS-3级与CTCS-2级基本类似,只是在CTCS-2级的基础上引入RBC实现了车地双向通信。事实上,CTCS-3级列控系统使用的地面设备等于全套的CTCS-2级地面设备加上RBC和大量的GSM-R基站,经济性并不是很高,但是CTCS-3级系统是CTCS体系结构中不可或缺的一个重要环节。只有成功实现了CTCS-3级列控系统,并且通过CTCS-3级系统获得大量详实的研究资料,才有可能实现更为理想的CTCS-4级列控系统。 RBC与CTCS-2级列控系统中的地面设备有所不同,其中最大的区别在于RBC对外接口中存在一个比较特殊的接口,即RBC与ISDN/GSM-R网络之间的接口。事实上,CTCS-2级地面列控设备都是采用封闭传输网络来传输列控信息,而RBC是首个利用开放的通信环境(GSM-R)来传输列控信息的列控设备。由于是首次尝试,肯定会遇到很多问题,需要不断摸索。只有通过CTCS-3级的RBC设备彻底解决了开放网络环境下的各种问题后,才有可能实现CTCS-4级的RBC设备和CTCS-4级列控系统。

    CTCS3+ATO

    我国CTCS3+ATO系统在CTCS一2/CTCS一3级列控系统基础上,车载设置ATO单元实现自动驾驶控制,地面设置专用精确定位应答器实现精确定位,地面设备通过GPRS通信实现站台f-1(包括安全门或屏蔽门)控制、站间数据发送和运行计划处理,CTCS3+ATO系统结构见下图。

    CTCS3+ATO系统功能及其在既有设备上的主要改动如下:
    (1)CTCS3+ATO系统主要功能包括:车站自动发车、区间自动运行、车站自动停车、车门自动开门(防护)、车门,站台门联动控制。在CTCS一2/CTCS一3级列控系统的基础上,车载增加ATO单元、GPRS电台及相关配套设备;地面在临时限速服务器(TSRS)、调度集中(CTC)、列控中心(TCC)等设备上增加功能;
    车站股道增加精确定位应答器,构成CTCS3+ATO系统。
    (2)ATP车载设备在既有功能的基础上,增加列车开门防护功能,并根据ATO自动驾驶的需要适当调整。
    (3)ATO车载设备在ATP的行车许可下,通过GPRS无线通信接收到的运行计划、站问数据(含线路基础数据和临时限速)等信息实现列车速度自动控制、自动开车门和车门/站台门联动控制等功能。
    (4)TSRS设备在既有功能的基础上,增加站台门门控信息管理,站台门命令/状态转发,运行计划处理和转发,站间数据存储、调用、发送等功能。
    (5)CTC设备在既有功能的基础上,增加发送对应的运行计划、实时管理在线列车、运行计‘划自动调整等功能。
    (6)TCC设备在既有功能的基础上,增加车门/站台门联动控制和站台门防护功能。
    (7)在相关应答器组中增加停车标、门侧、隧道信息等应答器报文。

    CTCS-4级列控系统

          CTCS-4关键技术

          列车自主定位技术、车地数据传输技术、移动闭塞和自动驾驶技术

           CTCS-4级列控系统基于无线通信传输平台,由 无线闭塞中心RBC和车载系统共同完成列车定位和 列车完整性检查。RBC依据列车的位置报告和列车 完整性确认列车头部和尾部位置,逻辑判断线路上各 车的占用状态。由于RBC知道线路上每辆列车的位 置,所以为后车分配的行车许可能够延伸至前车的安 全车尾处,在保证安全的前提下,提高了运输效率。

          CTCS-4级列控系统主要由车载设备和地面设备构成。地面设备主要由轨旁设备、站内设备及中心设备组成。其中,轨旁设备包括在站间设置的计轴设备、元源应答器、转辙机、信号机等;站内设备包括列控联锁一体化设备、调度中心系统 (CTC)车站分机、卫星差分基站等;中心设备包括 CTC设备、RBC设备、临时限速服务器 (TSRS)设备以及维护中心设备等。车载设备主要由 ATP主控单元、ATO主控单元、人机界面单元 (DMI) 、应答器信息接收单元(BTM)、轨道电路信息读取单元(TCR) 、测速测距单元、列车完整性检查单元、无线通信单元,以及卫星接收天线等组成。与现有的 CTCS-3级列控系统相比较,CTCS-4级列控系统在系统结构和功能上主要有以下区别。
          1 )基于北斗卫星的列车定位及完整性检查。通过为车载设备加装卫星接收天线,在地面增设卫星差分基站,引人基于北斗卫星的定位功能。车载设备通过综合使用北斗卫星定位、速度传感器和加速度计等多源数据,并结合电子地图,实现列车的精确测速和自主定位,从而使列车具备在区间不依靠轨旁设备即可实现高精度自主测速定位的能力。
          2 )进一步丰富 TSRS功能,增加电子地图管理和 ATO控制功能。TSRS新增电子地图及卫星差分数据的存储、管理和分发功能,车载设备通过车地无线通信网络与 TSRS建立通信,实现电子地图及卫星差分数据的实时在线请求、接收、拼接、使用和存储等功能。
          3 )通过研制全新的基于北斗卫星定位的 SIIA级列车完整性检查设备,解决自主定位列车的安全完整性检查问题。该设备功能原理如图 2所示。
          4 )基于IP的无线通信系统。为使系统具备与CTCS其他等级列控系统跨线运行的能力,车载无线通信设备及电台应同时支持电路域和分组域 2种制式的车-地数据传输方式。
          5 )传统 RBC功能适当扩展。RBC系统新增以下功能:

                ①移动闭塞功能,要求 RBC能够根据列车位置报告、轨旁列车占用检查等信息,生成移动闭塞行车许可信息,并通过车-地无线通信系统传送给其控制范围内的车载设备,以控制列车安全运行。
                ②列车占用检查功能,要求 RBC能够以新增虚拟区段为基础,根据列车位置报告,结合轨旁设备占用检查情况综合判断列车所在虚拟区段的占用状态,并将该状态实时发送给联锁设备。RBC综合判断虚拟区段的 3种占用状态如表 2所示。③在车-地通信超时、失去列车完整性检查、列车位置丢失等故障场景下,RBC能够通过设置虚拟区段占用的方式采取安全防护措施。

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  • CTCS列控系统原理--详细学习笔记

    千次阅读 2021-07-27 20:06:20
    CTCS列控系统原理一、技术标准分为:CTCS-1、2、3、4级 CTCS-2级:既有线提速和250km/h客运专线 CTCS-3级:300Km/h及以上客运专线 CTCS-4级:面向未来的列控系统 二、列控系统构成 CTC/TDCS——————...

    刚开始用nodepad++记事本格式记得,粘贴过来格式错乱,只能把ppt原图贴过来参考一下吧,好多动图只能截个静态的。

    CTCS列控系统原理
    一、技术标准分为:CTCS-1、2、3、4级
        CTCS-2级:既有线提速和250km/h客运专线
        CTCS-3级:300Km/h及以上客运专线
        CTCS-4级:面向未来的列控系统
        
    二、列控系统构成

                                      

        (1)调度中心(CTC):调度中心下达运行图至车站CTC分机;;
        (2)CTC分机实时:
            向车站联锁下发进路命令
            向列控中心下达临时限速信息
        (3)车站联锁采集轨道电路的列车占用信息、道岔位置并进行处理。
            计算机联锁按照CTC下达进路的命令,空置道岔、信号机,排列进路。
        (4)计算机联塑将进路信息发送给列控中心,
                列控中心根据进路信息和临时限速信息:生成轨道电路编码和临时限速报文,
                    轨道电路编码发送给轨道电路,临时限速报文发送给应答器。
                车载设备接受到轨道电路码序和应答器报文信息后,计算生成控制模式曲线,监控列车安全运行。            
        (5)应答器:无源应答器、有源应答器
            无源应答器:在区间信号点设置,
                数据包括:应答器相对坐标、前方一定距离的线路基础数据、线路参数、线路限速。
            有源应答器:在车站进出站信号机处设置,
                作用包括:目标距离、接发车进路、临时限速。    


        (6)轨道电路:
                功能:轨道占用检查、列车完整性检查、地车间连续信息传输;
                设备:采用ZPW-2000系列无绝缘轨道电路。ZPW2000A轨道电路具有完全的自主知识产权,技术先进。
        
    三、车载系统 
    3.1 CTCS-2级列控系统:
        雷达传感器、速度传感器、应答器天线、轨道电路天线、车载安全计算机VC、车载电路信息接收SM、应答器传输模块BTM、人机界面DMI、
        1、CTCS-2级系统结构:
            CTCS-2级是基于轨道电路和应答器传输列车行车许可信息并采用【目标距离连续】速度控制模式监控列车安全运行的列控系统。
                包括:轨道电路、应答器、列控中心、车载设备等;


        2、CTCS-2级系统功能:
                A、轨道电路功能:实现列车占用检查、提供行车许可及闭塞分区数量;
                B、应答器功能:提供临时限速和进路信息、线路允许速度和闭塞分区长度等;
                C、车载设备功能:综合轨道电路、应答器信息和动车组参数,自动生成连续速度控制模式曲线,实时监控列车安全运行;


        3、C2生成行车许可核心工作原理
            轨道电路以码序形式提供空闲闭塞分区数量。
            应答器提供闭塞分区长度和线路允许速度。


        4、C2的运行许可工作原理:
            例如:
                    当前码序:L5,空闲数量:7,目标距离:9200m
                    L5=1250+1300+1350+1300+1350+1300+1350=9200 速度曲线
                    
                    码序:     L5 L4 L3 L2 L LU U HU 
            空闲分区数量: 7 6   5  4  3   2  1  0 


        5、CTCS-2区段和CTCS-0区段的切换
                CTCS-2区段              正向预告点                    方向预告点            CTCS-0区域
                CTCS车载控车                         切换执行点                            LKJ控车
            ZPW-2000轨道电路---------应答器-----------应答器-----ZPW-2000轨道电路--------

     

     

    3.2 CTCS-3级列控系统:
        1、CTCS-3级系统结构:
            CTCS-3级系统是基于GSM-R无线通信实现车-地信息双向传输,无线闭塞中心(RBC)生成行车许可,轨道电路实现列车占用检查,应答器实现列车定位,并具备CTCS-2级功能的列车运行控制系统。
                包括:无线闭塞中心RBC、GSM-R网络、轨道电路、应答器、列控中心、车载设备等;
            (1)地面设备增加无线闭塞中心RBC、GSM-R无线通信网络。
            (2)车载设备增加GSM-R无线通信单元及天线。
            (3)RBC向列车提供行车许可。(速度曲线)
            (4)车地实现连续、双向、大容量信息传输。
            
       3、CTCS-3级各部分功能:
            (1)无线闭塞中心RBC:
                A、根据轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可。
                B、通过GSM-R无线通信系统将行车许可、线路参数、临时限速传输给CTCS-3级车载设备。
                C、通过GSM-R无线通信系统接受车载设备发送的位置和列车数据等信息。
            (2)GSM-R网络:
                用于实现车载设备与地面设备之间连续、双向、大容量信息传输。
            (3)应答器:
                A、向车载设备传输定位和等级转换信息;
                B、向车载设备传送线路参数和临时限速等信息,满足后备系统的需要;
            (4)车载设备:
                根据地面设备提供的行车许可、线路参数、临时限速等信息和列车参数,按照目标距离连续速度控制模式生成动态速度曲线,监控列车的安全运行。
            (5)轨道电路:
                A、实现列车占用检查;
                B、发送行车许可信息,满足后备系统的需要。
            
        4、CTCS3不同动车组混合运行示意图:
                    300km/h及以上动车根据C3系统的无线命令行车;
                    200-250km/h动车组根据C2系统的轨道电路信息码(集合应答器信息)行车
                装备CTCS3车载ATP设备的高速动车组在300km/h及以上客运专线上按照CTCS3方式运行,当进入200-250km/h铁路,通过执行点应答器时列控车载设备自动切换到CTCS2控制方式,按照CTCS2方式运行。


        6、主要特点:
            (1)基于GSM-R实现大容量的连续信息传输。可以提供最远32km的目标距离、线路允许速度等信息。
            (2)CTCS-3级列控系统满足跨线运行的运营要求。
            (3)通过在应答器里集成CTCS-2级报文,满足CTCS-2级列车上线运行,CTCS-2级同时作为CTCS-3级的后备系统。
            (4)车地双向信息传输。地面可以实时掌握列车速度、位置和工作状态等信息,并可在CTC系统上实时显示。
            (5)临时限速灵活设置。可以实现任意位置、任意长度和任意数量的临时限速设置。


        7、列控车载设备9种主要工作模式:


            完全监控模式(FS)、部分监控模式(PS)、目视行车模式(OS)、引导模式(CO)、调车模式(SH)、待机模式(SB)、隔离模式(IS)、机车信号模式(CS)、休眠模式(SL)
            (1)完全监控模式(FS)
                C3系统的正常工作模式。
                当车载设备具备列控所需的全部基本数据(包括列车数据、行车测许可和线路数据等)时,列控车载设备生成目标距离连续速度控制模式曲线,监控列车安全运行;并通过人机界面显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等信息。
            (2)目视行车模式(OS)
                轨道电路故障时的非正常行车模式。
                列控车载设备显示禁止信号、列车停车后又需继续运行时,根据行车测管理办法(含调度命令),经司机操作并确认后,列控车载设备按固定限制速度40km/h监控列车运行,司机每确认一次,列车可运行一定距离(200m)或一定时间(60S).
            (3)引导模式(CO)
                车站不能正常办理接发车时的非正常行车模式
                当锁闭进路中存在不能检查列车占用的轨道区段时,车载设备根据地面设备提供的行车许可生成目标距离连续速度控制模式曲线,并通过人机界面显示列车运行速度、允许速度、目标速度等,列控车载设备按固定限制速度40km/h监控列车运行,司机负责在列车运行时检查轨道占用情况。
            (4)    部分监控模式(PS)
                该模式仅用于CTCS-2级控车。在CTCS-2级,当车载设备接收到轨道电路允许行车信息,线路数据缺损时,列控车载设备产生一定范围内的固定限制速度,监控列车运行。
            (5)调车模式(SH)
                进行调车作业时,司机按压调车按钮,列控车载设备按固定限制速度40km/h(顶棚),监控列车前进或折返运行。当工作在CTCS-3级下,经RBC同意,列控车载设备转入调车模式后与RBC断开连接,退出调车模式后重新与RBC进行连接。
            (6)待机模式(SB)
                列控车载涉笔被上电后,执行自检和外部设备测试正确后自动处于待机模式,车载设备禁止列车移动。
            (7)隔离模式(IS)
                列控车载设备停用时,需在停车情况下,经操作隔离列控车载设备的制动功能。在该模式下,车载设备不具备安全监控功能。列控车载设备应能够监测隔离开关状态。
            (8)机车信号模式(CS)
                该模式仅用于CTCS-2级控车。列车运行到地面设备配置未装备CTCS-3/CTCS-2列控系统的区段,根据行车管理办法(含调度命令),经司机操作后,列控车载设备按固定限制速度80km/h监控列车运行,并显示机车信号。
            (9)休眠模式(SL)
                该模式用于非本务端列控车载设备。在该模式下,列控车载设备仍执行列车定位、测速测距、记录级间转换及RBC切换信息等功能。立折升为本务端后,车载设备可自动进入正常工作状态。
        8、主要场景


            注册与启动、进出动车段、等级转换、行车许可、RBC切换、自动过分相、重联与摘解、临时限速、降级情况、灾害防护、调车作业、人工解锁进路、特殊进路、注销
            场景1:注册与启动
                描述停在车站股道或线路上的列车,从车载设备上电、司机开启驾驶台、具备发车条件至列车启动时信号系统的工作过程。
            场景2:注销
                描述了列车停车后,从注销列车信息至关闭车载设备电源工作过程。
            场景3:级间转换
                描述了列车在CTCS-3级区段和CTCS-2级区段边界,列控系统应遵守的原则和车载设备等级转换过程。
            场景4:RBC切换、自动过分相、重联与摘解、临时限速、降级情况、灾害防护、调车作业、人工解锁进路、特殊进路、注销    
                描述了在不同RBC边界处,实现类车在两个RBC间行车许可控制的安全切换过程。
            场景5:行车许可
                描述了在CTCS-3级区域,运营条件正常的情况下,列车获得行车许可,监控列车运行的过程。
            场景6:重联与摘解
                描述了列车进路方式将两列不同的列车从区间线路介入车站同一股道或将停在车站股道上的一列车摘解成两列车并分别以列车方式向区间线路发车的运输作业。
            场景7:调车作业
                描述了进入调车模式(SH)、调车作业防护、调车折返和退出调车模式(SH)的工作过程。
            场景8:人工解锁进路
                描述了取消已经办理的接发车进路的工作过程。
            场景9:进出动车段
                描述了在动车组进入和驶出动车段时信号系统的工作方式和流程。
            场景10:特殊进路
                描述了在特殊情况(如:未安装车载设备的列车、列车运行中途车载设备故障),列车将根据调度命令以地面信号作为行车凭证,按站间闭塞方式运行的过程。
            场景11:自动过分相
                描述了列控车载设备根据地面设备提供的分相区信息,在适当位置给动车组过分相装置发送指令,实现自动过分相。
            场景12:降级运行
                描述了在轨道电路非正常占用、道岔失表示、灯丝断丝、RBC故障、联锁通信故障、车载故障、应答器故障、无线故障情况下,系统将根据具体情况实施降级运行。
            场景13:临时限速
                描述了在调度中心设置、下达和取消临时限速命令的工作过程。
            场景14:灾害防护 
                描述当有意外情况发生时,信号系统紧急反应的处理情况。包括风、雨、雪的灾害防护、塌方、落物的灾害防护以及车站站台紧急情况的防护。
        9、GSM-R无线通信网络
            (1)移动台移动速度快,能够达到350km/h;
            (2)沿铁路沿线设置基站,不用蜂窝式覆盖;
            (3)沿线的地形覆盖,需要穿越不同的地址环境;
            (4)小区容量应能满足最繁忙运输条件的通信需求
            (5)为了能够保证实施可靠的传输列车数据,GSM-R较GSM网络的QOS也就更为严格


            GSM-R无线通信冗余网络
                (1)GSM-R采用单网交织的冗余覆盖方案;
                (2)只要不是相邻的基站同时故障,就不会影响GSM-R网络场强覆盖。
           
        10、CTCS-3级列控系统DMI显示规范
            DMI显示信息:
                警示信息:预警时间、目标距离、目标速度等;
                速度信息:列车当前速度、控制模式、运行状态、缓解速度等;
                设备状态信息:设备运行状态、列控车载设备制动、工作模式等;
                距离信息:距离坐标、开始实施制动的地理位置、命令和通告、坡度曲线、与速度曲线有关的信息、最不利限制速度曲线、起模点、列车位置及地理位置等;
                报警信息显示:车次号和司机号、日期和时间、文本信息、列车制动标识、司机活动监督、GSM-R状态监视等信息;

     


        11、CTCS-3级列控系统自动过分相
            (1)既有线磁钢自动过分相原理
                列车沿图方向从左向右运行时;
                动车组感应到G1预告信号并送出给动车组控制系统,动车组随即卸载并切断主断。
                动车出租感应到G2执行信号并送出一个强迫信号给动车组控制系统,此时要求动车组立即切断主断。
            ​​​​​​​
            (2)C3列控系统自动过分相原理


      
                                                          
            在C3区段,分相信息存储在RBC内,同事也存储在地面应答器内。
            C3ATP控车时,牵引供电分相信息与列车的行车许可一起由RBC提供给列车,分相区信息包括:至分相点距离、分相区长度等。
            
            ​​​​​​​
            
             
                1)列车按CTCS-3级列控系统控制运行时,CTCS-3级车载设备将向动车组发送并保持屏蔽“磁钢”信息指令。
                2)列车前段距分相区还有10秒走行距离时,车载设备向司机发送出提示;
                3)列车前端距分相区还有3秒走行距离时,车载设备向动车组发过分相指令;
                4)当列车前端越过分相区200m后,车载涉笔取消原触发动车组相关过分相的操作;
                5)当列车转为非CTCS-3级列控系统运行时,CTCS-3级车载设备将停止向动车组发送屏蔽“磁钢”信息指令。
            (3)C3列控系统C2单元自动过分相原理
         
            C2单元控车时,牵引供电分相信息由应答器提供,该信息与轨道区段信息同时发送,分相区信息包括:至分相点距离、分相区长度等。

            1)列车按CTCS-2级列控系统控制运行时,车载设备收到应答器68包将向动车组发送并保持屏蔽“磁钢”信息指令。
            2)列车前端距分相区还有10秒走行距离时,车载设备向司机发送出提示;
            3)列车前端距分相区还有3秒走行距离时,车载设备向动车组发过分相指令;
            4)当列车前端越过分相区200m后,车载涉笔取消原触发动车组相关过分相的操作;
            

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  • CTCS2列控系统简介

    2011-09-01 10:36:21
    CTCS2 列控系统 简介 第一章 列控系统地面设备 第一节 车站列控中心(TCC) 第二节 应答器 第三节 ZPW-2000A轨道电路 第二章 列控系统车载设备 第一节 ATP车载系统的主要设备 第二节 ATP车载系统主要功能 ...
  • 这个ppt主要是介绍CTCS2的车载和地面结构,对CTCS2进行整体的功能结构分析!
  • 列控系统 CTCS(重点是CTCS-2)

    千次阅读 2014-10-29 10:24:24
    CTCS2级列控系统地面设备包括: 1,车站列控中心 2、LEU

    CTCS简介:

    本文的最后抄写了百度百科的关于CTCS的介绍。

    TDCS是铁路调度信息指挥信息管理系统。

    应用等级分为:ctcs0、1、2、3、4

    技术平台:

    CTCS-0:既有线现状,组成:通用机车信号和运行监控记录装置

    CTCS-1:主体机车信号+安全型运行监控记录装置,面向160km以下区域,达到机车信号主体化要求,增加点式设备,

    实现列车运行安全监控功能。

    在这里,要谈到通用机车信号与主体机车信号的差别,通用机车信号主要是解决在多制式自动闭塞通用机车信号通用。

    而主体化机车信号以JT1-CZ2000型主体化机车信号的多制式并行接收处理、动态控制安全点灯电源、双路线圈同时接收、

    系统冗余结构、记录信号原始波形、地面数据处理软件等技术具有创新性,同时还具有功能完善的机车信号记录器(现在我做的项目就是属于记录器

    一块,瞬间感觉好亲切~)。

    主体机车信号机的设备组成如图所示:

    主机:





    其中TAX2箱:

    TAX2型机车安全信息综合监测装置是一种集与列车运行安全有关的检测设备与信息传输设备与一体的信息共享

    的工作平台,提供数据记录与数据转储和地面分析。装置各功能单元采用统一的硬件规范和软件通信协议,4U(工控机箱的标准规格高度单位为U一般常规的比如 1U,2U ,3U ,4U 等。1u=44MM 2U=88MM以此类推宽度一般都是标准的430MM 标准深度是450MM和480MM)标准机箱,数据记录格式与LKJ-93A

    完全兼容。

    监控记录装置:LKJ-2000型监控装置车载软件包含:监控记录插件软件、对外通信软件、地面信息处理插件软件、显示器软件

    监控功能:防止列车越过关闭的信号机、防止列车超过线路(或道岔)允许速度及机车、车辆的构造速度、防止机车

    高于规定的限制速度进行调车作业、防止列车溜逸、临时限速。

    其中运用到轨道电路:ZPW-2000

    增加的点式应答器其实主要是在进站处。

    1级的控制模式为目标距离式,采取大存储方式把线路数据全部存储在车载设备中,靠逻辑推断地址调取所需的线路数据,

    结合列车性能计算出目标距离式制动曲线。在车站附件在车站附近增加点式信息设备,传输定位信息,以减少逻辑推断地址产生错误的可能性。

    CTCS-2:基于轨道电路和点式信息设备传输信息的列车运行控 制系统,面向提速干线和高速新线,适用于各种限速区段,地面可不设通过信号机。是一种点-连式列车运行控制系统,功能比较齐全和适合国情。采取目标距离控制模式(又称连续式一次速度控制)。目标距离控制模式根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线,不设定每个闭塞分区速度等级,采用一次制动方式。

     采取闭塞方式称为准移动闭塞方式,准移动闭塞的追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区的始端,留有一定的安全距离,而后行列车从最高速开始一次制动曲线的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点相对固定,在同一闭塞分区内不依前行列车的走行而变化,而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。空间间隔的长度是不固定的,由于要与移动闭塞相区别,所以称为准移动闭塞。显然其追踪运行间隔要比固定闭塞小一些

    列控系统地面设备包括:

    1,车站列控中心

    2、LEU和应答器

    3、ZPW-2000(UM)系列轨道电路

    其中:

    列控中心总体描术

    列控中心与车站计算机联锁或6502电气集中、CTC或TDCS(DMIS)接口,根据调度命令、进路状态、线路参数等产生进路及临时限速等相关

    控车信息,通过有源应答器及轨道电路传送给列车。

    车站列控中心设于各车站,原则上区间不设列控中心和有源应答器。

    临时限速调度命令,在调度中心以“表格形式”体现,调度命令由调度中心传送至车站的时机及准确性应能满足列车运行控制的需要。

    列控中心主要逻辑

    保证调度命令、进路、LEU、列车对应关系,信号开放后连续发送报文。

    列控中心技术要求

    符合故障-安全原则,LEU与有源应答器采用基带信息传输方式。

    LEU+有源应答器:

    接收车站列控中心的信息,并向列车传送。LEU的作用相当于功率放大器。有源应答器提供的信息包括

    进路信息和临时限速信息。一个LEU控制4台应答器。车站的4架进站信号机处各设一个有源应答器。

    无源应答器提供信息包括:线路坡度、闭塞分区或轨道电路长度、载频、线路、固定限速等信息。3-5KM布置一个。

    CTCS-2级列控系统具有统一的技术标准和技术平台,系统兼容既有线、客运专线的设备制式,成功解决了洞车组跨线运行、互连互通等多种类型

    列车混合运输等技术难题。

    由应答器和轨道电路传输控制信息的“点-连”式CTCS-2列控系统,具有中国自主知识产权的重大创新。


    CTCS-3:

    是基于无线通信(如GSM-R)的列车运行控制系统, 它可以叠加在既有干线信号系统上。
    轨道电路完成列车占用检测及完整性检查,点式信息设备提供列车用于测距修正的 定位基准信息。 无线通信系统实现地-车间连续、双向的信息传输,行车许可由地面列控中心产生,通过无线通信系统传送到车上。 CTCS 3级与2级一样,采取目标距离控制模式(又称连续式一次速度控制)和准移动闭塞方式。由于其实现了地-车间连续、双向的信息传输,所以功能更丰富些,实时性更强些。

    CTCS 4级是完全基于无线通信(如GSM-R)的列车运行控制系统。由地面无线闭塞中心(RBC)和车载设备完成列车占用检测及完整性检查,点式信息设备提供列车用于测距修正的定位基准信息。
    CTCS 4级采取目标距离控制模式,列车按移动闭塞或虚拟闭塞方式运行。
    虚拟闭塞是准移动闭塞的一种特殊方式,它不设轨道占用检查设备,采取无线定位方式来实现列车定位和占用轨道的检查功能,闭塞分区是以计算机技术虚拟设定的。
    移动闭塞的追踪目标点是前行列车的尾部,留有一定的安全距离,后行列车从最高速开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点是前行列车的尾部,与前行列车的走行和速度有关,是随时变化的,而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。空间间隔的长度是不固定的,所以称为移动闭塞。其追踪运行间隔要比准移动闭塞更小一些。
    等级划分有两个特点:

     各应用等级均采用目标距离控制模式,采取连续一次制动方式

    各应用等级是根据设备配置来划分的,其主要差别在于地对车信息传输的方式和线路数据的来源。

    基于国情多信息轨道电路(UM系列18信息)比较成熟,达到国产化程度,所以以它为基础设备之一;欧标应答器通用性强,供货厂商多,也作为基础设备之一;轨道电缆和计轴器不准备推广;数字轨道电路国际上唯有日本用它实现了目标距离控制模式,国内研制尚未成熟,暂不于确定,数字轨道电路的生命力将取决于其国产化程度和进度;无线通信(如GSM-R)欧洲推广,能实现地-车间连续、双向的大信息量传输,有发展趋势,用于高等级列控系统



    CTCS是(Chinese Train Control System)的英文缩写,中文意为 中国列车运行控制系统。CTCS系统有两个子系统,即车载子系统和地面子系统。CTCS根据功能要求和设配置划分应用等级,分为0~4级。

    1基本介绍编辑

    CTCS概述

    地面子系统可由以下部分组成:应答器、轨道电路、无线通信网络(GSM-R)、列车控制中心(TCC)/无线闭塞中心(RBC)。其中GSM-R不属于CTCS设备,但是重要组成部分。
    应答器是一种能向车载子系统发送报文信息的传输设备,既可以传送固定信息,也可连接轨旁单元传送可变信息。
    轨道电路具有轨道占用检查、沿轨道连续传送地车信息功能,应采用UM系列轨道电路或数字轨道电路。
    无线通信网络(GSM-R)是用于车载子系统和列车控制中心进行双向信息传输的车地通信系统。
    列车控制中心是基于安全计算机的控制系统,它根据地面子系统或来自外部 地面系统的信息,如轨道占用信息、联锁状态等产生列车行车许可命令,并通过车地信息传输系统传输给车载子系统,保证列车控制中心管辖内列车的运行安全。
    车载子系统可由以下部分组成:CTCS车载设备、无线系统车载模块。
    CTCS车载设备是基于安全计算机的控制系统,通过与地面子系统交换信息来控制列车运行。
    无线系统车载模块用于车载子系统和列车控制中心进行双向信息交换。

    CTCS - 简介

    TDCS是铁路调度指挥 信息管理系统,主要完成调度指挥信息的 记录、分析、车次号校核、自动报点、正晚点统计、运行图自动绘制、调度命令及计划的下达、行车日志自动生成等功能,还句话说就是原来行车调度员和车站值班员需要用笔记下的东西现在都可以由TDCS自动完成。
    中国铁路调度指挥系统

    中国铁路调度指挥系统

    参考欧洲ETCS规范, 中国逐步形成了自己的CTCS(Chinese Train Control System)标准体系。如何吸收ETCS规范并结合中国国情更好地再创新,是值得深入研究的 课题
    铁路是国民经济的大动脉,是 中国社会和经济发展的先行产业,是社会的基础设施,铁路运输部门又是国民经济中的一个重要部门,它肩负着国民经济各种物资运输的重任,对中国社会主义建设事业的发展有着举足轻重的作用。为了满足国民对铁路运输的要求,进入二十一世纪以后,铁路部门致力于 高速铁路和客运专线的建设,并取得了骄人的成绩。
    为了适应 中国高速铁路、客运专线的迅速发展和保证铁路运输 安全的需要,铁道部有关部门研制成功了“CTCS系统”(即:铁路列车控制系统,是Chinese Train Control System的缩写“CTCS”)

    2产生背景编辑

    由于早期 欧洲铁路的列车运行控制系统种类繁多,且各国信号制式复杂、互不兼容,为有效解决各种列车控制系统之间的兼容性问题,保证高速列车在欧洲铁路网内跨线、跨国互通运行,1982年12月欧洲运输部长会议做出决定,就欧洲大陆铁路互联互通中的技术问题寻找解决方案。
    2001年欧盟通过立法形式确定ETCS(European Train Control System)为强制性技术规范。ETCS的主要目标是互通互用、安全高效、降低成本、扩展市场,在规范的设计上融入了欧洲各主要列控系统的 功能,制定了比较丰富的互联互通接口。经过长期的发展,ETCS系统目前已经比较成熟,得到了欧洲各国铁路公司和供货商的广泛认可。
    中国人口密集, 资源紧张,城市化发展非常迅速。一直处于 发展中的中国铁路,始终存在着运量与运能之间的突出矛盾。铁路运输至今仍相当程度地制约着国民经济的快速发展,铁路仍是我国国民经济发展中的一个薄弱环节。为了缓解铁路运输的压力,铁路部门先后实行了六次大提速。
    与此同时,高速铁路的蓬勃发展,对 铁路的中枢神经——信号系统也提出了新的技术要求。但由于历史及技术原因,中国铁路存在多种信号系统,严重影响了运输效率。铁路信号系统迫切需要建立统一的技术标准,确立数字化、网络化、智能化、一体化发展方向,国产高速铁路列车运行控制系统标准的制定迫在眉睫。为实现 高铁战略,铁道部组织相关专家开始制定适合我国国情的中国列车控制系统CTCS(Chinese Train Control System)。
    在CTCS 技术规范中,根据 系统配置CTCS按功能可划分为5 级。为满足客运专线和高速铁路建设需求,通过对ETCS标准的引进、消化、吸收,并结合成功应用的CTCS-2级列车运行控制系统的建设和运营经验,我国构建了具有 自主知识产权的CTCS-3级列控系统标准。CTCS-3级列车运行控制系统是基于GSM-R无线通信的重要技术装备,是中国铁路技术体系和装备现代化的重要组成部分,是保证高速列车运行安全、可靠、高效的核心技术之一。

    3应用等级编辑

    CTCS应用等级0(以下简称L0):由通用机车信号+列车运行监控装置组成,为既有系统。
    CTCS应用等级1(以下简称L1):由主体机车信号+安全型运行监控记录装置组成,点式信息作为连续信息的补充,可实现点连式超速防护功能。
    CTCS应用等级2(以下简称L2):是基于轨道传输信息并采用车-地一体化系统设计的列车运行控制系统。可实现行指-联锁-列控一体化、区间-车站一体化、通信-信号一体化和机电一体化。
    CTCS应用等级3(以下简称L3):是基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统。点式设备主要传送定位信息。
    CTCS应用等级4(以下简称L4):是完全基于无线传输信息的列车运行控制系统。地面可取消轨道电路,由RBC和车载验证系统共同完成列车定位和完整性检查,实现虚拟闭塞或移动闭塞。
    同条线路上可以实现多种应用级别,L2、L3和L4可向下兼容。
    CTCS 0级
    为了规范的一致性,将目前干线 铁路应用的地面信号设备和车载设备定义为0级。0级由通用机车信号+列车运行监控装置组成,对这一定义,业内尚有不同的看法。0级到底是在等级内还是在等级外不够明确,目前的通用机车信号尚未能成为主体机车信号,列车运行监控装置尚未能被公认为 安全系统,所以称列车运行控制系统还是不够格的,但目前确实在运用,并起着保证安全的作用。
    0级 的控制模式也是目标距离式,它在既有地面信号设备的基础上,采取大贮存的方式把线路数据全部贮存在车载设备中,靠逻辑推断地址调取所需的线路数据,结合列车性能计算给出目标距离式制动 曲线。如能在每个进出站口增加点式设备,加强核对地址,就能大大减少逻辑推断地址产生错误的可能性。
    日本的数字列车运行控制系统I-ATC就是采取车载信号设备贮存电子电图,通过每一轨道区段的地址编码来调取所需的线路数据,这种方式可以使地-车信息传输的信息的需求量减少。在欧洲列车控制系统ETCS规范中也不排斥车载信号设备贮存线路数据的方式。
    正因为0级尚未成为安全系统,适用于列车最高运行速度为160km/h及以下,一般自动闭塞设计仍按固定闭塞方式进行,采用四显示自动闭塞,信号显示具有分级速度控制的概念,其目标距离式制动曲线可作为参考。应该说这是一个过渡阶段。
    CTCS 1级
    CTCS 1级由主体机车信号+加强型运行监控装置组成,面向160km/h及以下的区段,在既有设备基础上强化改造,达到机车信号主体化要求,增加点式设备,实现列车运行安全监控功能。利用轨道电路完成列车占用检测及完整性检查,连续向列车传送控制信息。
    1级的控制模式为目标距离式,采取大贮存的方式把线路数据全部贮存在车载设备中,靠逻辑推断地址调取所需的线路数据,结合列车性能计算给出目标距离式制动曲线。在车站附近增加点式信息设备,传输定位信息,以减少逻辑推断地址产生错误的可能性。
    1级与0级的差别在于全面提高了系统的安全性,是对0级的全面加强,可称为线路数据全部贮存在车载设备上的列车运行控制系统。
    CTCS 2级
    CTCS 2级是基于轨道电路和点式信息设备传输信息的列车运行控 制系统,面向提速干线和高速新线,适用于各种限速区段,地面可不设通过信号机。是一种点-连式列车运行控制系统,功能比较齐全和适合国情。
    轨道电路完成列车占用检测及完整性检查,连续向列车传送控制信息;点式信息设备传输定位信息、进路参数、线路参数、限速成和停车信息。
    CTCS 2级采取目标距离控制模式(又称连续式一次速度控制)。目标距离控制模式根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线,不设定每个闭塞分区速度等级,采用一次制动方式。
    CTCS 2级 采取闭塞方式称为准移动闭塞方式,准移动闭塞的追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区的始端,留有一定的安全距离,而后行列车从最高速开始一次制动曲线的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点相对固定,在同一闭塞分区内不依前行列车的走行而变化,而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。空间间隔的长度是不固定的,由于要与移动闭塞相区别,所以称为准移动闭塞。显然其追踪运行间隔要比固定闭塞小一些。
    CTCS 3级
    CTCS 3级是基于无线通信(如GSM-R)的列车运行控制系统, 它可以叠加在既有干线信号系统上。
    轨道电路完成列车占用检测及完整性检查,点式信息设备提供列车用于测距修正的 定位基准信息。 无线通信系统实现地-车间连续、双向的信息传输,行车许可由地面列控中心产生,通过无线通信系统传送到车上。
    [1]  
    CTCS 3级与2级一样,采取目标距离控制模式(又称连续式一次速度控制)和准移动闭塞方式。由于其实现了地-车间连续、双向的信息传输,所以功能更丰富些,实时性更强些。
    CTCS 4级
    CTCS 4级是完全基于无线通信(如GSM-R)的列车运行控制系统。由地面无线闭塞中心(RBC)和车载设备完成列车占用检测及完整性检查,点式信息设备提供列车用于测距修正的定位基准信息。
    CTCS 4级采取目标距离控制模式,列车按移动闭塞或虚拟闭塞方式运行。
    虚拟闭塞是准移动闭塞的一种特殊方式,它不设轨道占用检查设备,采取无线定位方式来实现列车定位和占用轨道的检查功能,闭塞分区是以计算机技术虚拟设定的。
    移动闭塞的追踪目标点是前行列车的尾部,留有一定的安全距离,后行列车从最高速开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点是前行列车的尾部,与前行列车的走行和速度有关,是随时变化的,而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。空间间隔的长度是不固定的,所以称为移动闭塞。其追踪运行间隔要比准移动闭塞更小一些。
    等级对照
    分析CTCS的应用等级划分,发现有以下两个特点:
    ① 各应用等级均采用目标距离控制模式,采取连续一次制动方式。
    这是由于我国的列控系统的应用起步晚,起点高,因此一步就瞄准了比较先进的控制模式。在我国阶梯式和曲线式分级速度控制都用过,取得了经验,好在并未形成规模,CTCS推荐采用目标距离控制模式是适宜的,符合国际列控系统的发展趋势。由于列控系统的控制模式是其主要特征和性能之一,控制模式决定了闭塞方式和列车运行间隔,从而决定了运输能力,所以说除移动闭塞外,各应用等级的主要功能几乎是一样的。
    ② 各应用等级是根据设备配置来划分的,其主要差别在于地对车信息传输的方式和线路数据的来源。
    基于国情多信息轨道电路(UM系列18信息)比较成熟,达到国产化程度,所以以它为基础设备之一; 欧标应答器通用性强,供货厂商多,也作为基础设备之一;轨道电缆和计轴器不准备推广;数字轨道电路国际上唯有日本用它实现了目标距离控制模式,国内研制尚未成熟,暂不于确定,数字轨道电路的生命力将取决于其国产化程度和进度;无线通信(如GSM-R)欧洲推广,能实现地-车间连续、双向的大信息量传输,有发展趋势,用于高等级列控系统。
    线 路数据大贮存于车载数据库靠逻辑推算来提取相应数据的方式,用于较低等级列控系统;点式信息设备传输线路数据的方式,增加了线路数据的实时性,用于中等级列控系统,至于采用贮存电子地图和点式信息设备提供闭塞区段地址码的方式将在技术发展中比选;无线通信连续、双向信息传输,有大信息量和实时性的优势,用于高等级列控系统。
    为便于对照,用以下简表归纳
    应用等级
    L0
    L1
    L2
    L3
    L4
    控制模式
    目标距离
    目标距离
    目标距离
    目标距离
    目标距离
    闭塞方式
    固定闭塞或准移动闭塞
    准移动闭塞
    准移动闭塞
    准移动闭塞
    移动闭塞或虚拟闭塞
    制动方式
    分级式
    分级式
    一次连续
    一次连续
    一次连续
    轨道占用检查
    轨道电路
    轨道电路
    轨道电路
    轨道电路
    无线定位,应答器校正
    地对车信息传输
    多信息轨道电路+点式设备
    多信息轨道电路+点式设备
    多信息轨道电路+点式设备;或数字轨道电路
    无线通信双向信息传输
    无线通信双向通信传输
    列车运行间隔
    按固定闭塞运行,大于L
    设为对照值L
    L
    L
    小于L
    线路数据来源
    大贮存于车载数据库
    大贮存于车载数据库
    应答器提供;或由数字轨道电路提供
    无线通信提供
    无线通信提供
    对应ETCS级
       
    ETCS1级
    ETCS2 [2]  
    ETCS3级

    4技术平台编辑

    CTCS 列控系统是为了保证列车安全运行,并以分级形式满足不同线路运输需求的列车运行控制系统。CTCS 系统包括地面设备和车载设备,根据系统配置按功能划分为以下5 级:
    1、CTCS—0 级为既有线的现状,由通用机车 信号和运行监控记录装置构成。
    2、CTCS—1 级由主体机车信号+安全型运行监控记录装置组成,面向160 km/h以下的区段,在既有 设备基础上强化改造,达到机车信号主体化要求,增加点式设备,实现列车运行安全监控功能。
    3、CTCS—2 级是基于轨道传输信息的列车运行控制系统,CTCS—2 级面向提速干线和高速新线,采用车—地一体化计,CTCS—2 级适用于各种限速区段,地面可不设通过信号机,机车乘务员凭车载信号行车。
    4、CTCS—3 级是基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统;CTCS—3 级面向提速干线、高速新线或特殊线路,基于无线通信的固定闭塞或虚拟自动闭塞,CTCS—3级适用于各种限速区段,地面可不设通过信号机,机车乘务员凭车载信号行车。
    5、CTCS—4 级是基于无线传输信息的 列车运行控制系统,CTCS—4 级面向高速新线或特殊线路,基于无线通信传输平台,可实现虚拟闭塞或移动闭塞,CTCS—4 级由RBC 和车载验证系统共同完成列车定位和列车完整性检查,CTCS—4 级地面不设通过信号机,机车乘务员凭车载信号行车。中国新建200 km/h~250 km/h,客运专线采用CTCS—2 级列控系统,300 km/h~350 km/h客运专线的列控系统采用CTCS—3级功能,兼容CTCS—2级功能。
    客运专线的CTCS—3列控系统包含了CTCS—2列控系统的全部设备,并在CTCS—2的基础上增加了铁路专用全球移动通信系统(GSM—R)系统设备。
    新型列车控制系统的核心是通信技术的应用,铁路通信是专门的通信系统,历史上是有线通信,后来是有线和无线结合,现在是先进的无线通信是GSM-R。

    5级间关系编辑

    符合CTCS规范的列车超速防护系统应能满足一套车载设备全程控制的运用要求
    系统车载设备向下兼容
    系统级间转换应自动完成
    系统地面,车载配置如具备条件,在系统故障的条件下应允许降级使用
    系统级间转换应不影响列车正常运行

    6特点编辑

    首先是系统的开放性。ETCS技术规范是得到 欧洲联盟国际铁路联盟承认的标准,所有ETCS的设备供应商都可以按照该标准来生产ETCS设备。
    其次是互可操作性与互用性。由于所有ETCS设备均按照统一的技术规范 生产,所以不同厂家的设备可以很好地组合甚至互换使用,互联互通非常方便。
    第三是兼容性。ETCS系统中5个应用等级的机车,尽管其车载设备不同,但机车可以在不同等级的线路上互通运营。
    最后是可升级性。ETCS的低 等级系统在原有设备的基础上,通过增加一些新的设备(模块)就能方便地升级到更高的等级,原有的 列控车载设备可以在高等级的系统中继续使用。

    7工作模式编辑

    完全监控模式(FS):当车载设备具备列控所需的全部基本数据(包括列车数据,行车许可和线路数据等),列控车载设备生成目标距离连续速度控制模式曲线,并通过人机界面(DMI)显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等信息,监控列车安全运行。
    调车模式(SH):当进行调车作业时,司机按下调车按钮,列控车载设备按固定限制速度40km/h(顶棚)监控列车前进或折返运行。当工作在CTCS-3级时,需要RBC(无线闭塞中心)给出授权,列控车载设备转入调车模式(SH)后与RBC断开连接,退出调车模式(SH)后,再与RBC重新连接。
    休眠模式(SL):该模式用于非本务端列控车载设备。在这种模式下,列控车载设备仍执行列车定位,测速测距,记录等级转换机及RBC切换信息等功能。列车立折,非本务端升为本务端后,车载设备可自动进入正常工作状态。
    待机模式(SB):车载设备上电,执行自检和外部设备测试正确后自动进入的模式。此时车载设备禁止列车移动。当司机开启驾驶台后,列控车载设备中的DMI投入正常使用。
    隔离模式(IS):当列控车载设备停用时, 司机停车并操作隔离开关隔离车载设备。在该模式下,车载设备不具备安全监控功能。列控车载设备应能够监测隔离开关状态。
    部分监控模式(PS):该模式仅用于CTCS-2级列车运行控制系统。在CTCS-2级中,当车载设备接收到轨道电路允许行车的信息,而缺少应答器提供的 线路数据时,列控车载设备产生一定范围内的固定限制速度,监控列车运行。
    机车信号模式(CS):该模式同样仅用于CTCS-2级列车运行控制系统。当列车运行到地面设备未装备CTCS-3/CTCS-2级列控系统的区段时,根据行车管理办法(含调度命令),经司机操作后,列控车载设备按固定限制速度80km/h监控列车运行,并显示机车信号。当列车越过禁止信号后触发紧急制动。
    引导模式(CO):当引导信号机或出站信号机开放且列车前端距离出站信号机较远(大于250m)发车时,列控车载设备生成目标距离连续速度控制曲线,并通过DMI显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等。车载设备按照固定限速40km/h监控列车运行,由司机负责检查轨道占用情况.。
    [3]  

    8作用编辑

    在DMIS 基础上,调度集中应具备列车运行计划人工、自动调整、实际运行图自动描绘,行车日志自动生成、储存、打印,调度命令传送,车次号校核等功能。 在 DMIS 基础上,调度中心具备向车站、机务段调度、乘务室等部门发布调度命令以及经调度命令无线传送系统向司机下达调度命令(含许可证、 调车作业通知单等)的功能。 系统依据列车运行调整计划,《技规》、《行规》、《站细》等规定,以及相关联锁技术条件对列车、调车作业进行分散自律安全控制(汉分散自律控制模式下的中心、车站人工直接操作)。
    对违反分散自律安全条件的人工操作,系统应能进行安全提示。 系统对于影响正常运用的故障,如信号故障关闭(或灭灯及灯丝断丝)时应具有报警、提示、记录等功能。 与调度命令无线传送系统配合具有解车进路信息自动预告功能。 进行调车作业时不需要控制权转换。 不影响既有的平面调车区集中联锁功能。 具有部分非正常条件下接发列车功能以及降级处理措施。 具有本站及相邻各两个车站的列车运行调整计划显示功能。 具有本站及相邻各两个车站的站间透明功能。 具有人工办理排进路功能,为进路指令的执行做好准备。 具有自我 诊断、运行日志保存、查询和打印等功能,并逐步实现 系统维护智能化。 对所有的人工操作具有完整的记录、查询、回放和打印功能。 实时监控电源状态,停电时应自动保存列车、调车作业等重要信息。
    在保证网络安全的条件下可与其他相关系统联网,实现数据资源共享。 列车作业 调度集中控制范围内的列车作业,以列车运行调整计划自动控制为基本方式,以调度中心人工控制为辅助方式。 列车计划管理 日班计划 调度集中应具有接收日班计划或者单独制定日班计划的功能。系统可按要求时间将日班计划以运行图或车次时刻表的方式提供给调度员,同时以 调度命令的方式下达到有关站段。 调度集中应具有以日班计划为依据,人工和自动调整列车运行计划以及中间站甩挂调车作业计划的功能,经批准后实施下达到车站自律机执行。
    调整列车运行计划应遵循单一指挥,按图行车,确保重点等原则,正确合理地使用车站正线、到发线,组织和完成列车在车站的到开、会让、越行、通过等性车作业。 调整列车运行计划应根据运行图,通过压缩停站时间、调整列车区间运行时分、变更越行站和会让站等方法完成。 对于有特殊要求的列车由调度员依照相关管理规定特别设置(超限列车、专列等特殊列车应有明显的标记),并产生相应的列车运行调整 计划。 调度员可随时查询、调整列车运行调整计划的内容(含计划使用股道信息);车站值班员可随时查询计划和进路内容。 系统在列车调整计划下达前必须通过合法性、时效性、完整性和无冲突性的检查。

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    目前L3/L4级别的自动驾驶车辆使用的都是线控制动、驱动、转向,本篇就来梳理一下制动、驱动、转向的发展历程。

    一、线控驱动

    1.节气门

    1.png

    传统节气门:通过机械结构连接,反应延迟小;没有办法应对复杂道路下的各种工况,油耗和排放都不能得到很好地控制。

    电子节气门:取消了踏板和节气门之间的机械结构,而是通过加速踏板位置传感器去检测油门踏板的位移,这个位移就代表了驾驶员的驾驶意图。把该信号传递给ECU,ECU根据其他传感器反馈回来的信息进行分析和计算得到最佳的节气门开度,然后再驱动节气门控制电机,节气门位置传感器检测节气门的实际开度,再把该信号反馈给ECU去实现整个节气门开度的闭环控制。

    2.传统汽车线控驱动

    2.png

    对于传统内燃车而言,只需要能够实现油门踏板的自动控制就能够实现线控驱动。

    方式一:在油门踏板的位置增加一套执行机构,去模拟驾驶员踩油门。同时还要增加一套控制系统,输入是目标车速信号,实际车速作为反馈。通过控制系统计算,去控制执行机构去执行动作。
    方式二:接管节气门控制单元加速踏板的位置信号,只需要增加一套控制系统,输入目标车速信号,把实际的车速作为反馈,最后控制系统计算输出加速踏板位置信号给节气门控制单元。

    3.电动车线控驱动

    3.png

    VCU(整车控制单元)的主要功能是实现扭矩需求的计算以及实现扭矩分配。

    VCU接收车速信号、加速、车踏板信号以及一些其他信号,然后在VCU内部进行计算,发送扭矩指令给电机控制单元,电机控制单元接收到VCU的扭矩需求后进行电机转矩的控制,从而能够实现实时的响应VCU的扭矩需求,因此只需要VCU开放速度控制接囗就能实现线控驱动。

    二、线控制动

    线控制动的核心也是速度控制,目的是为了使车辆减速或者维持一定的速度。

    1.制动控制

    4.png

    在车上根据功能的不同,通常会有两套制动系统:

    • 行车制动(脚刹):通过制动踏板来实现车辆的减速
    • 驻车制动(手刹):保持车辆停止状态

    2.ABS(制动防抱死系统)

    1)已经成为现在乘用车的标配。

    5.png

    • 轮速传感器:用于检测车轮的速度,这个速度信号会输入ABS ECU。
    • ABS ECU:接收轮速信号及其他信号,计算车轮的滑移率、车轮的加速度、减速度等信号,判断车轮是否有抱死的趋势从而输出控制指令给液压控制单元
    • ABS HCU(液压控制单元):相当于执行器,接收电子控制单元的命令,执行压力调节的任务

    2)车辆在湿滑的路面起步会出现打滑现象,这是ABS解决不了的
    3)TCS(牵引力控制系统):出现上述打滑现象,TCS会干预发动机和制动系统,避免车轮打滑发生

    3.ESP(车身电子稳定系统)

    1)在ABS和TCS的基础上发展成为现在的ESP系统

    6.png

    2)功能:ESP系统可以实现车辆的纵向动力学和横向动力学的稳定性控制,会用到方向盘转角控制器、制动主缸压力传感器用来判断驾驶员的驾驶意图;横摆角速度传感器、横向加速度传感器用来确定车辆实际的运行轨迹,用来计算质心侧偏角
    3)工作原理:ESP控制单元会接收到驾驶员的输入信号,通过汽车的动力学模型估计车辆的运动状态和车辆实际运行状态并且进行比较得到相应的控制指令(制动控制指令或者发动机的转矩需求控制指令),最后再由具体的执行器完成车辆的控制

    4.iBooster智能化助力器系统

    Snipaste_2019-12-19_15-55-42.png

    1)由博世推出

    2)功能:实现的功能和真空助力器功能是一样的,当驾驶员踩下制动踏板的时候提供制动助力功能。结构和ESP几乎一样,都是由电机、蜗轮蜗杆,再加上一条齿轮齿条机构将电机的驱动力矩转为齿条的推力从而为驾驶员提供助力。
    3)工作原理:驾驶员踩下制动踏板,iBooster的助力杆会朝助力器的阀体方向去移动,踏板行车传感器检测到助力器输入杆的位移后,将这个位移信号发给iBooster控制单元,控制单元计算出电机需求扭矩,再通过机械结构将扭矩转化为制动力
    4)优缺点:根据具体的行车工况,提供最合适的辅助制动力矩;另外对于新能源车,尤其是纯电动车产生真空助力要麻烦,成本也比较高,iBooster为此提供了全新的解决方案。

    5.线控制动的实现(以ABS为例)

    1)和线控驱动实现的方式一样,加装一套执行机构和控制系统,控制系统可以和线控驱动的控制系统结合起来,比较目标车速和实际车速进行驱动油门踏板或者驱动制动踏板。(适用情况:ABS系统控制接口无法获得)

    7.png

    2)对ABS ECU进行接管控制,比如ABS ECU接收期望制动压力信号,直接驱动HCU。(适用于ABS的控制接口开放的情况。)

    8.png

    三、线控转向

    线控转向的目的是实现横向控制,核心是实现方向盘的转角控制。

    1.机械转向系统基本结构

    9.png

    转向器总成:把方向盘的转动转为齿条的直线运动
    转向器拉杆总成:把齿条的直线运动转为轮胎的转动,这样就实现了车辆的转向

    2.HPS(液压转向系统)

    1)在机械转向结构的基础上再加上转向油泵、转向控制阀、转向动力缸、储油罐、油管就构成了HPS。

    10.png

    2)工作原理:在直线行驶的时候,是一个不打方向的油路,助力缸当中是没有产生高压油的;当转动方向盘时,阀芯就会转动。油泵中高压油就会通过阀芯和阀套之间的间隙流向助力缸的一侧。比如说向右转,高压油就会进入到助力缸的左侧,最终实现助力转向。

    Snipaste_2019-12-19_16-05-44.png

    3)优点
    ①动力转向可以减小作用在转向盘上的力,提高转向轻便性
    ②由于液压系统的阻尼作用,可以衰减道路冲击,提高行驶安全性
    4)缺点
    ①很难协调低速转向轻便性和高速沉稳的需求,HPS的油泵由发动机来驱动,低速的时候希望能获得大的助力,而发动机在低速时转速比较低,所以为了转向轻便可能使用大排放量的油泵;高速的时候希望能获得小的助力,而发动机在高速时转速比较高,油泵的流量会比较大,通常会有高速的时候转向过轻的感觉。
    ②即使在不转向的时,油泵也一直运转,增加了能量损失
    ③存在渗油与维护问题,提高了保修成本,泄漏的液压油会对环境造成污染
    ④低温工作性能较差

    3.EHPS(电动液压转向系统)

    11.png

    1)将HPS中由发动机驱动油泵转为电机驱动油泵。这样一来,转向的助力特性随着车速的变化而变化,只需要根据车速去控制电机的转速就可以实现。

    2)优点
    ①电控液压动力转向是在原液压式动力转向系统上发展起来的,原来的系统都可以利用,不需要更改布置
    ②低速时转向效果不变,高速时可以自动根据车速逐步减小助力,增大路感提高车辆行驶稳定性。
    ③采用电动机驱动油泵时可以节省能量
    3)缺点
    ①依然存在渗油问题
    ②零件增加,管路复杂,不便于安装维修及检测
    ③原有液压系统的基础上又增加了电子系统,使系统越加复杂,成本增加

    ④低温工作性能没有改善

    4.EPS(电动助力转向系统)

    1)EPS的出现EHPS的问题,且是实现线控转向的基础

    12.png

    2)工作过程:驾驶员打方向盘,转矩传感器检测到有转矩的信号,ECU接收该信号同时也接收车速等信号并且实时计算助力电机需要的助力转矩的大小和方向,然后驱动助力电机转动,从而辅助驾驶员转向。

    Snipaste_2019-12-19_16-29-23.png

    3)助力电机:现在市面上采用的助力电机大体包括永磁直流电机(用在前轴载荷不太大的车型上)和永磁同步电机(用在前轴载荷比较大的车型上)。

    4)EPS因为是助力系统,所以控制的是电机的输出力矩而不是转角,线控转向是实现方向盘转角的控制,所以要实现转向控制,就需要在EPS模式下增加转角闭环模式控制。现在的方向盘自动转向也是这样实现的。

    5.SBW(线控转向系统)

    1)汽车线控转向系统由方向盘总成、转向执行总成和主控制器(ECU)三个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助系统组成。

    11.jpg

    • 方向盘总成包括了方向盘、方向盘转角传感器、力矩传感器、方向盘回正力矩电机;将驾驶员的转向意图通过测量方向盘转角转换成数字信号,然后传递给主控制器,同时接受主控制器送来的力矩信号从而产生方向盘回正力矩提供给驾驶员相应的路感信息。
    • 主控制器会对采集的信号进行分析处理判明汽车的运动状态,然后向方向盘回正力矩电机和转向电机发送指令控制两个电机的工作,保证在各种工况下都具有理想的车辆响应,从而减轻驾驶员的负担,同时控制器还可以对驾驶员的操作指令进行判别,判断在当前状态下驾驶员操作是否合理。
    • 自动防故障系统:包括一些列的监控和实施算法,能够针对不同的故障形式和等级作出相应的处理从而实现最大限度的保持汽车正常行驶。
    • 电源系统:承担着控制器、两个执行马达以及其他车用电机的供电任务。其中仅仅是前轮转角执行马达的功率就有500-800W,加上汽车上的其他电子设备,电源的负担就已经想相当沉重了。所以要保证电网在大负荷下稳定工作,电源的性能就显得十分重要了。

    2)优点:

    • 轻易实现主动转向的功能
    • 获得比EPS更快的响应速度
    • 滤掉路面上的激震信号
    • 消除了撞车事故中转向柱后移引起伤害驾驶员的可能性
    • 去掉了转向系功能模块间的机械连接,布置方式灵活,可以获得更大的驾驶员腿部空间。

    四、智能泊车

    自动泊车系统.png

    1.车位识别

    1)超声波可以识别空间车位

    超声波.png

    2)摄像头可以识别线车位

    摄像头.png

    2.轨迹规划

    基本原理是阿克曼转向几何原理,解决的是在碰撞约束下的车辆运动轨迹规划的问题

    轨迹规划的基本原理是阿克尔曼转向几何原理,解决的是在碰撞约束下的车辆运动轨迹规划的间题.png

    3.泊车动作

    1)在泊车过程中要求车速控制在5~12km/h范围内,可以根据实际情况做出轨迹修正的调整,这里就涉及到APA系统与线控底盘系统的交互。半自动泊车系统只需要线控转向的支持,全自动泊车就需要线控转向线控驱动线控制动的支持

    14.png

    2)轨迹跟踪

    APA 控制器需要控制方向盘的转角,泊车过程中的车速和档位,因此需要线控底盘的支持

    五、总结

    智能网联汽车——底盘线控系统.jpg

    给出本文的思维导图,回忆一下~

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