高速铁路ATO系统门联动控制技术

龙时丹，陈志强，宋玉亮，赵 磊

（1.国家铁路局装备技术中心，北京100070；2.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京100070）

1 高速铁路ATO系统

高速铁路自动驾驶（ATO）系统在既有CTCS-3级列车运行控制系统提供列车自动防护（ATP）功能的基础上新增列车自动驾驶功能，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[1]。

从图1可以看出，高速铁路ATO系统车载设备由原车载ATP相关功能模块、新增车载ATO相关功能模块两大部分组成。

原车载ATP相关功能模块包括车载ATP主机、GSM-R无线通信单元、轨道电路信息接收单元、应答器信息接收单元、测速测距单元、司法记录单元、列车接口单元和人机界面单元（DMI）。GSM-R无线通信单元通过GSM-R天线与地面无线闭塞中心（RBC）建立无线连接，互相发送数据。轨道电路信息接收单元与轨道电路接收天线相连，获取地面轨道电路信息。应答器信息接收单元与应答器接收天线相连，获取地面应答器报文信息。测速测距单元通过测速传感器获取列车的速度和走行距离。ATP通过列车接口单元从车辆获取驾驶台激活状态、方向手柄位置、最大常用制动反馈、紧急制动反馈、休眠信号等信息，向车辆输出紧急制动、最大常用制动、中等常用制动、弱常用制动、切除牵引、过分相等命令。基于获取到的无线消息、轨道电路信息、应答器报文、列车速度、列车位置、车辆状态，车载ATP进行逻辑运算，向车辆输出控车命令，通过无线向RBC发送消息，通过DMI向司机显示实时的列车运行状态[2，3]。

新增ATO相关功能模块包括车载ATO主机、GPRS无线通信单元、测速测距单元和列车接口单元。GPRS无线通信单元通过GPRS天线与临时限速服务器（TSRS）建立无线连接，互相发送数据。为了满足列车进站精确停车，增加ATO专用的测速测距单元，从ATO专用的测速传感器获取数据，当列车进站后，在ATO的自动控车下，使列车停在精确停车窗内，车门和站台门对齐，便于乘客正常上下车。车载ATO通过列车接口单元与车辆建立连接，通过继电器接口获取列车左/右门开关按钮状态，通过继电器接口输出左/右门开门命令，通过多功能车辆总线（MVB）接口输出牵引、制动等命令信息和位置、速度等状态信息，通过MVB接口从车辆获取门控模式、发车按钮有效信号、牵引控制量反馈、制动控制级位反馈等状态及反馈信息。ATO与ATP建立连接，互相传递信息，分工协作，ATO负责自动驾驶，ATP负责安全防护。ATO将工作状态发送给ATP，ATP再将ATO相关工作状态转发给DMI，通过DMI向司机显示ATO的实时工作状态。司机也可以通过DMI输入无线呼叫命令，ATP将无线呼叫命令转发给ATO，ATO执行命令与TSRS建立通信连接[4，5]。

图1 高速铁路ATO系统车载设备结构图

2 车门/站台门联动要求及影响因素

2.1 车门/站台门联动要求

车站设置站台门时，ATO系统应实现车门/站台门联动控制。

高速铁路ATO系统具备8辆单组、8辆重联或16～18辆等不同编组列车的车门/站台门联动控制。

车门/站台门的开门联动控制由ATO或司机触发，关门联动控制由司机触发。

ATP在确认列车停稳且停准后，允许打开车门。由司机或ATO进行开门操作，ATO将开门命令发送给地面设备。地面设备根据编组信息和地面站台门设置情况，确认对应股道列车停稳且停准后，向对应的站台门系统发送开门命令，由站台门系统开启站台门。

司机进行关门操作，ATO将关门命令发送给地面设备。地面设备向对应的站台门系统发送关门命令，由站台门系统关闭站台门。

车地通信正常时，站台门开/关门命令应在2秒内由列车发送至站台门系统。

2.2 门控模式

在高速铁路ATO系统中存在MO/MC、AO/MC两种门控模式。其中，MO/MC为开门人工关门，AO/MC为自动开门人工关门，司机在MO/MC和AO/MC两种门控模式中选择其一。

当司机选择MO/MC门控模式时，进站停车后，满足开门条件时，司机手动按压开门按钮，打开车门，完成车门和站台门的联动控制。满足关门条件时，司机手动按压关门按钮，关闭车门，完成车门和站台门的联动关闭。

当司机选择AO/MC门控模式时，进站停车后，满足开门条件时，ATO自动给出开门命令，打开车门，完成车门和站台门的联动控制。满足关门条件时，司机手动按压关门按钮，关闭车门，完成车门和站台门的联动关闭。

但是，在以下几种情况下，ATO不提供自动开门功能：

1）ATP给出双侧门允许；

2）本股道运行计划为“通过”或运行计划不可用；

3）本股道运行计划为“不办客”；

4）列车停车精度大于ATO允许开门精度。

2.3 门允许

车站内布置有精确定位应答器，列车进站时，从精确定位应答器组获取停车位置信息包。其中，站台位置信息标记是左侧站台、右侧站台、双侧站台或无站台。当列车停稳停准后，ATP根据站台侧信息给出对应侧的门允许。得到门允许后，ATO或司机才可以打开车门，并开启车门/站台门的联动控制。

2.4 停车办客

车载ATO通过GPRS与地面TSRS相连，车载ATO向TSRS发送位置报告，TSRS向ATO发送运行计划，包括是否办客标志和到发通过标志，是否办客标志表示列车进站后办客或不办客，到发通过标志表示列车进站后是先停车再发车，还是直接通过车站。当运行计划为到发办客，门控模式为AO/MC，且其他条件均满足时，车载ATO才自动执行开门的门联动过程。

3 车门/站台门联动功能

3.1 门联动过程

车地通信正常时可实现车门/站台门联动控制，车门和站台门在联动过程中同步进行开/关门动作，车门与站台门联动控制示意图如图2所示。

图2 车门/站台门联动过程

门联动过程：

（1）列车进站停稳停准后，DMI显示停稳停准图标。车载ATO输出制动，向TSRS发送停稳停准信息。

（2）车载ATP从应答器获取到站台侧信息，向动车组输出开门允许信息，DMI显示对应的开门允许图标。车载ATO收到的运营计划为本站停车办客，在车载ATP给出车门允许信息后，根据门控模式，由车载ATO或司机打开车门，并触发车门/站台门联动控制过程。

（3）如果门控模式为MO/MC，司机手动打开车门。如果门控模式为AO/MC，车载ATO自动给出开门命令。同时，ATO向TSRS发送开门命令，TSRS根据编组信息和地面站台门设置情况，确认对应股道列车停稳停准后，向对应的列车控制中心（TCC）发送开门命令。TCC向站台门系统发送开门命令，车门/站台门同步打开，完成开门联动控制。

（4）门控模式为MO/MC或AO/MC，均由司机手动关闭车门。司机按压关门按钮，ATO向TSRS发送关门命令，TSRS向对应的TCC发送关门命令，TCC向站台门系统发送关门命令，车门/站台门同步关闭，完成关门联动控制。

3.2 按钮有效性检查

列车进站停稳停准后，司机按压开/关门按钮或ATO模拟按压开/关门按钮，打开或关闭车门，并启动车门/站台门的联动过程。车载ATO需要根据车载ATP的门允许信息对采集到的开/关门按钮动作进行有效性检查。表1为正常情况下门允许和有效的开门/关门按钮动作的对应关系。

表1 门允许与有效开/关门按钮动作的对应关系

但是，有些异常的开/关门按钮动作也需要进行处理，以提高系统的可用性。例如，站台门在左侧时，车载ATP给出左侧允许右侧不允许，司机按压开左门按钮，想要打开左门。由于司机误操作或按钮故障等原因，也同时收到开右门和关右门命令。虽然同时收到开右门和关右门这样一组互相矛盾的命令，由于ATP只给出了左侧允许，没有给出右侧允许，依据ATP的门允许信息，ATO不会输出右侧的门命令，但是应该输出正确的左侧门命令。也就是说，错误的右侧门命令不应影响正确的左侧门命令的输出。

所以，应分别对左/右门命令做有效性检查，对检查通过的左/右门命令执行门联动操作。

左/右门命令有效性检查应按如下方式进行：

（1）当ATP给出左侧门允许时，对左门命令进行有效性检查；如果同时收到开左门和关左门命令，认为左门命令无效，不输出左门命令；如果收到开左门和关左门两个命令中的一个命令，认为左门命令有效，输出左门命令；如果没有收到左门命令，不输出左门命令。

（2）当ATP给出右侧门允许时，对右门命令进行有效性检查；如果同时收到开右门和关右门命令，认为右门命令无效，不输出右门命令；如果收到开右门和关右门两个命令中的一个命令，认为右门命令有效，输出右门命令；如果没有收到右门命令，不输出右门命令。

（3）当ATP给出双侧门允许时，先对左门命令进行有效性检查，再对右门命令进行有效性检查，输出检查通过的左门命令和右门命令。

（4）如果ATP给出双侧不允许，不输出左门命令和右门命令。

3.3 生成门联动命令

列车进站停稳停准后，司机按压开/关门按钮，或ATO模拟按压开/关门按钮后，车载ATO采集到按钮动作，对按钮动作进行有效性检查，将通过检查的按钮动作转化门联动命令并发送出去。

如果收到一侧的门命令，发送这一侧的门命令，另一侧的门命令标记为无命令。

如果正在处理一侧的门命令，收到另一侧的门命令，分别监控左右两侧门命令的重发逻辑。如果到达左侧门命令的重发时间，发送左门命令时，将右门命令顺带发送出去。如果到达右侧门命令的重发时间，发送右门命令，将左门命令顺带发送出去。

如果同时收到左右两侧的门命令，同时发送两侧的门命令。

当某一侧门命令执行成功，应停止发送并清除这一侧的门命令。如果某一侧门命令发送出去之后，一直未收到执行成功的反馈信息，则这一侧的门命令最多重发两次。超过三次，停止发送并清除这一侧的门命令，并报告这一侧门联动失败。

如果正在执行某一侧的门命令，收到这一侧新的门命令，新命令替代旧命令，并重启该侧门命令的重发机制。

4 门联动命令的发送过程

车载ATO通过GPRS网络将门联动命令发送给地面的TSRS设备，TSRS将命令发送给对应的TCC，TCC再将命令发送给站台门系统，完成车门和站台门的联动控制。车载ATO从得到有效的门命令到将门命令发送给TSRS，需要进行四个步骤的操作：检查和保存门控命令、检查门控命令反馈、监控门控命令发送时机、发送两侧门控命令，保证门控命令可以正确、及时地发送给TSRS，实现车门和站台门的联动控制。

4.1 检查和保存门控命令

收到新的门命令，检查门命令的有效性。如果门命令通过检查，收到新的左侧门命令，保存左侧门命令，收到新的右侧门命令，保存右侧门命令。如果同时存在两侧的门命令，还需要对左侧门命令和右侧门命令做一致性检查，如果检查不通过，清除两侧的门命令，并报告门联动失败。

4.2 检查门控命令反馈

检查左右两侧门控命令反馈的逻辑相同，以检查左侧门控命令反馈为例，说明如何检查门控命令反馈。

如果当前存在左侧门命令，收到反馈信息表明左侧站台门状态与左侧门命令一致，说明左侧站台门联动成功，清除左侧门命令，并重置左侧门命令的重发机制。

对两侧门命令反馈分别进行检查，互不影响。

4.3 监控门命令发送时机

左右两侧门命令发送时机的处理逻辑相同，仍以左侧门命令的发送时机为例，说明如何监控门命令的发送时机。

如果当前存在左侧门命令，且一直未收到反馈信息，如果到达重发时间，重发次数未超过规定次数，标记本周期需要发送左侧门命令；如果到达重发时间，重发次数超过规定次数，报左侧站台门联动失败，清除左侧门命令，并重置左侧门命令的重发机制。

4.4 发送两侧门控命令

如果本周期需要发送左侧门命令或右侧门命令，合并两侧门命令，一起发送出去。

如果本周期需要发送左侧门命令，且此时存在右侧门命令时，将两侧门命令一起发送出去；当此时不存在右侧门命令，只发送左侧门命令，右侧门命令填写为无命令。

同理，如果本周期需要发送右侧门命令，且此时存在左侧门命令时，将两侧门命令一起发送出去；当此时不存在左侧门命令，只发送右侧门命令，左侧门命令填写为无命令。

发送左侧或右侧门命令时，记录各自的发送时间和已发送次数，基于这些信息实现两侧门控命令的重发机制。

5 结束语

将ATO技术引入高速铁路中，提升高速列车运行控制的自动化程度，实现列车既高速又高效的安全运行，是列车运行控制的一个重要发展方向。车门/站台门联动控制是高速铁路ATO系统的一项重要功能，本文介绍的车门/站台门联动控制方法已在京沈高铁试验段（沈阳西-朝阳）高速铁路ATO系统试验中得到检验，8辆编组CR400BF型复兴号及其重联情况下的车门/站台门联动控制效果良好，完全满足了高速铁路ATO系统车门/站台门联动控制功能的相关技术要求，证明这是一种安全、可靠、合理的方法，对高速铁路ATO系统的设计及实现、应用等具有一定的指导和借鉴价值。