第三章列车运行控制的主要技术与方法

列车运行控制系统概述1与列车运行相关的设备2列车运行控制的主要技术与方法3列车自动运行控制系统概述4目录列车自动驾驶系统（ATO）5列车自动防护系统（ATP）6列车自动监控系统（ATS）7基于通信的列车控制系统（CBTC）8目录9非正常情况下列车运行控制第3章列车运行控制的主要技术与方法

速度控制模式3.1测速技术

3.2列车定位技术

3.3无线通信技术

3.4闭塞方式

3.5本章学习重点

A.了解列车运行控制系统中主要采用的技术手段；B.掌握列车运行中当前使用的测速发电机、轮脉冲速度传感器、多普勒雷达的测速原理和适用范围；C.掌握城市轨道交通中闭塞技术的概念和分类，以及现在常用的的闭塞方式对列车运行的影响；第3章列车运行控制的主要技术与方法D.掌握速度控制模式的种类、不同模式下对列车运行的控制过程、理解各种模式的优缺点；E.了解轨道交通中用到的各种定位技术的工作原理和优缺点，熟悉城市轨道交通常用的定位技术的定位原理和工作过程；F.了解城市轨道交通中无线通信技术的种类和工作原理，熟悉各种无线通信技术在列车运行控制系统中的应用。第3章列车运行控制的主要技术与方法第3章列车运行控制的主要技术与方法

速度控制模式3.1测速技术

3.2列车定位技术

3.3无线通信技术

3.4闭塞方式

3.53.1测速技术

城市轨道交通中，列车的速度信息起着至关重要的作用。已知列车的即时速度信息，可以计算列车位置信息，并将速度信息和位置信息送到控制中心，根据全线的列车运行情况，控制中心生成相应的控制命令下达给各列车和沿线地面设备；列车根据接收到的控制命令，结合列车的速度信息、位置信息、线路地理条件和列车自身状况等信息，对列车进行具体控制，从而保证最佳的运行状态。

第3章列车运行控制的主要技术与方法车辆系统的稳定性也在很大程度上取决于它所采集到的速度信号的可靠性和精度，而所采集的速度信号包括当前速度值和速度的变化量。在列车的牵引控制、车轮滑动保护、列车控制、和车门控制过程中都要涉及到速度信号的采集问题。可见速度信息的测量和反映精确与否直接关系到列车运行的质量，这个任务是由许许多多的速度测量设备来完成的。

第3章列车运行控制的主要技术与方法介绍三种主要的测速技术：1．测速发电机2．轮轴脉冲速度传感器3．多普勒雷达第3章列车运行控制的主要技术与方法测速发电机通常会安装于车轮外侧，包括一个齿轮和两组带有永久磁铁的线圈，齿轮固定在机车轮轴上，随车轮转动，线圈固定在轴箱上。轮轴转动，带动齿轮切割磁力线，在线圈上产生感应电动势，其频率与列车速度（齿轮的转速）成正比。这样列车的速度信息就包含在感应电动势的频率特征里，经过频率——电压变化后，把列车实际运行的速度变换为电压值，通过测量电压的幅度得到速度值。

第3章列车运行控制的主要技术与方法发电机所产生交流电压的频率可按下列公式进行计算：第3章列车运行控制的主要技术与方法发电机产生的交流电压的频率与列车的运行速度（主轮的转速）成正比，再经过频率——电压的变换，可以将对列车实际运行速度的计算变换为对电压频率的测量。

f与车轮的直径有关。在速度相同时直径大的车轮其输出的速度电压频率低，反之则频率高。因此需设置一个车轮直径补偿电路，以消除不同直径的车轮所产生的差异。

第3章列车运行控制的主要技术与方法按照上述理论，发电机线圈故障或列车运行速度为零时，发电机的电压频率均为零，所以为了确保发电机线圈断线遵守故障-安全原则，规定：在频率变换电路中，列车速度为零时也产生一定的频率值；当频率为零时，设备就可以报警或自动停车。这样就可以区分列车速度为零还是设备故障。

第3章列车运行控制的主要技术与方法频率——电压变换电路的原理框图如图所示。在速度增高时，即交流信号增大，这时多谐振荡器为射极耦合触发器，其输出与测速发电机同步。当列车速度低于一定值（近似为零）时，电路由射极耦合触发器变为自激多谐振荡器。

发电机多谐振荡器微分电路单稳态电路

整形平滑电路去比较电路第3章列车运行控制的主要技术与方法第3章列车运行控制的主要技术与方法2．轮轴脉冲速度传感器目前在轨道交通中，基于轮轴脉冲速度传感器的列车测速定位方法是较为常用的方法。轮轴脉冲速度传感器是通过测量测速轮对的转速脉冲来计算列车的速度。设测速轮对转一圈速度传感器输出N个脉冲，测速轮对的直径为D，这样只需测量输出脉冲的频率就可以计算测速轮对的轮周线速度，如果轮对与钢轨接触面上的点与钢轨之间没有相对运动，那么这个轮周线速度就是列车沿轨道方向的线速度。

轮轴脉冲速度传感器即是通过在轴承盖上安装信号发生器，对车轮旋转计数。车轮每旋转一周，发生器输出一定数量的脉冲或方波信号，对信号发生器输出信号计数，测出脉冲或方波的频率即可得出列车运行的速度。

第3章列车运行控制的主要技术与方法轮轴脉冲速度传感器

第3章列车运行控制的主要技术与方法通常采用霍尔脉冲速度传感器。该传感器由铝盘和霍尔传感器探头组成。铝盘外缘有规则地粘贴了若干磁钢片，铝盘安装在机车动轮轴头的顶端，传感器探头安装在轴箱盖上。根据采用的霍尔元件不同，一个探头可以输出一路或两路速度信号。霍尔脉冲传感器是采用霍尔效应原理测量转速的。当磁钢片在霍尔元件下方时，霍尔元件可以探测到霍尔电势，不在下方时就无霍尔电势。当铝盘转动时，霍尔元件就会产生与铝盘转速成正比的霍尔电势脉冲，通过对此脉冲分析计算就可测得铝盘转速。

第3章列车运行控制的主要技术与方法另外，还可以在车轮外部安装旋转式光栅，当列车运行时由轮轴的旋转带动光栅旋转，在光栅的两侧安装发光装置和光电传感器，随着光栅的旋转，光电传感器可以接收发光装置的“光脉冲”信号，并将其转化为电脉冲信号送至车载计数器，由车载计数器对脉冲信号进行计数，通过检测该脉冲信号次数可以判断车轮的即时转角，继而得到列车的即时车速。

第3章列车运行控制的主要技术与方法当列车的轮对产生磨损、空转、滑行等情况时，采用脉冲传感器测速的误差较大，而且此种方法计数时，不能区别列车前进还是后退。但是这种方法简便、易于实现，受到了较广泛地使用。

第3章列车运行控制的主要技术与方法3．多普勒雷达

普勒雷达测速是一种直接测量速度和距离的方法。在列车上安装多普勒雷达，始终向轨面发射电磁波，由于列车和轨面之间有相对运动，根据多普勒频移效应原理，在发射波和反射波之间产生频移，通过测量频移就可以计算出列车的运行速度，进一步计算出列车运行的距离。近年来多普勒雷达测速的技术发展日趋成熟：测速精度不断提高、雷达趋于小型化和实用化，为实际应用提供了基础。

第3章列车运行控制的主要技术与方法第3章列车运行控制的主要技术与方法由于列车在运动过程中会产生多普勒效应，所以检测到信号的反射频率与发射的信号频率必然存在一定的差异性。如果列车在前进状态，反射的信号频率会高于发射信号频率；反之，则低于发射信号频率。而且，列车运行的速度越快，两个信号之间频率差距越大。通过测量两个信号之间的频率差就可以获取列车的运行方向和即时的运行速度。

第3章列车运行控制的主要技术与方法多普勒雷达