城市轨道交通ATO测试系统设计与实现

摘要

列车自动驾驶子系统ATO(Automatic Train Operation)是列车自动控制系统ATC(Automatic Train Control System)的重要组成部分，它和列车自动监控子系统ATS(Automatic Train Supervision)，列车自动防护子系统ATP(Automatic Train Protection)共同构成城市轨道交通信号系统，是城市轨道交通运输生产的基础设备之一。 ATO系统能够按照系统设定的运行曲线和ATS系统的指令选择最佳运行工况，实现列车速度的自动调整和节能控制，包括牵引、巡航、惰行、制动和停车的控制以及车门开关的控制功能。ATO系统可以代替司机的大部分操作，有助于规范化列车的运行操作、准确执行行车计划、提高行车效率，并实现列车运行的最佳控制及节能处理。这对提高乘客舒适度，提高列车正点率，节约能源等具有重要作用。 目前，国内的ATO系统基本上是引进国外的设备和技术，研究开发ATO系统不仅是为了拥有自主产权的城市轨道交通ATO系统，也是为开发城市轨道交通ATC系统创造基本条件。而在研究的同时，如果通过列车实际运行来进行试验，无论对人力还是物力来说都是很大的浪费，而且试验的安全性也得不到保证，用计算机仿真技术模拟复杂的机车设备环境和列车运行环境，以研究列车运行监督和运行控制理论与方法，并作为一种实验手段来完成对各种车载设备的测试和评价，是一种十分经济而又安全可靠的方法。 本文在轨道交通牵引计算的理论研究基础上，构建了城市轨道交通动车组的牵引计算模型和环境模型，并利用计算机仿真技术和先进的虚拟仪器测试技术开发了城市轨道交通自动驾驶ATO的仿真测试系统，硬件环境是用专业的工业数据采集与自动化应用度身定制的虚拟仪器PXI模块化仪器平台，软件环境是利用图形化的编程工具LABVIEW 8.2。该测试系统不但可以用于城市轨道交通自动驾驶ATO系统的前期静态测试，而且在ATO系统的设计和开发中也起到了非常好的辅助作用。 在实验室仿真条件下的运行结果表明，该ATO测试系统能够较好的模拟城市轨道交通列车的运行环境和运行方式，完成各种测试任务，在实际开发中起到了至关重要的作用。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:主要符号对照表

声明

致谢

1绪论

1.1列车自动驾驶ATO系统概述

1.2仿真测试技术简介

1.3研究的创新点

1.4论文的结构及研究内容

2 ATO测试系统需求分析

2.1 ATO系统架构

2.1.1 ATO系统定义

2.1.2 ATO系统构成

2.1.3 ATO系统设备间信号流

2.2 ATO系统功能

2.2.1自动驾驶功能

2.2.2自动出发功能

2.2.3自动速度控制功能

2.2.4列车精确停车及目标制动功能

2.2.5车地双向通讯功能

2.2.6门控功能

2.2.7人机交互功能

2.3 ATO仿真测试系统模块设计

3城市轨道牵引计算模型

3.1城市轨道交通牵引计算理论

3.1.1城市轨道交通的特点

3.1.2城市轨道交通牵引计算概论

3.2牵引力

3.3运行阻力

3.3.1基本阻力

3.3.2附加阻力

3.4制动力

3.5列车运动合力模型

3.5.1列车启动过程

3.5.2列车中间运行过程

3.5.3列车进站制动过程

4仿真测试系统平台

4.1虚拟仪器概论

4.1.1虚拟仪器概念

4.1.2虚拟仪器优势

4.1.3虚拟仪器测试台搭建

4.2软件开发平台

4.2.1 Labview图形化编程环境

4.2.2 Labview开发特点

4.3虚拟仪器硬件开发平台

4.3.1虚拟仪器总线架构选型

4.3.2 PXI系统架构

4.3.3 PXI功能模块选型

5仿真测试系统实现

5.1 ATO仿真测试系统总体架构

5.2仿真测试流程图

5.3牵引计算模型设计实现

5.3.1牵引计算模型总体架构

5.3.2牵引计算模型数据结构

5.3.3牵引计算模型程序实现

5.4与ATO设备通讯设计实现

5.4.1与ATO设备通讯模块总体架构

5.4.2与ATO设备通讯模块流程图

5.4.3与ATO设备通讯程序实现

6 ATO仿真测试及结果分析

6.1 ATO系统测试实施

6.1.1测试预备

6.1.2测试用例

6.1.3实验环境

6.2测试结果图表

6.2.1测试结果图

6.2.2测试运行数据表

7结论

参考文献

作者简历