《轨道列车智慧驾驶与应急处置》课件 第三章 重载列车自动驾驶技术

第三章重载列车自动驾驶技术第一节

自动驾驶的意义、应用现状和预期效益一、自动驾驶的意义1.实现安全平稳运行（1）提升自动化水平，减少误操作，提升铁路整体运行效率；（2）消除司机操作差异导致的能耗差异和部件磨损；（3）通过优化控制模型，减少冲动，提升舒适性和平稳性。3.绿色节能（1）学习优秀司机操纵方法，制定最优运行目标曲线，降低综合能耗；（2）对列车运行系统规划，减少空气制动，提高平均运用速度；（3）建立能耗优化模型，降低列车用电成本。2.优化人力配置（1）降低司机的工作强度，提升线路操纵一致性，降低操纵控制难度；（2）减少司乘人员的配置；（3）降低人员管理的复杂度和难度；（4）节省人力资源，降低人力成本。第一节、自动驾驶的意义、应用现状和预期效益二、重载列车自动驾驶的应用现状（1）

1.开放的运行线路，运行环境和运用场景复杂；

2.重载列车编组长、载重大，纵向冲动较大，动力学建模和列车与运行建模困难；

3.重载列车空气制动建模复杂，涉及空气波传动、制动装置特性、循环制动控制策略等；

4.导向安全的保护逻辑需要进行大量仿真、测试等；

5.运行、调度、人员等管理方式有待升级。

在货运运输领域，澳大利亚力拓集团从2012年启动了全自动列车（Autohaul）项目，但到目前为止仍处于测试过程中，澳大利亚力拓集团于2018年7月，在西澳皮尔巴拉地区首次用一列无人驾驶的货运列车完成了一批铁矿石产品的运输，列车由三台内燃机车牵引2.8万吨铁矿石，行驶280多公里。

国内，在重载运输领域，沈阳铁路局已完成了辅助优化操纵技术的研究与应用，西安铁路局完成了国产化HXD1型电力机车开行4000-5000吨货运列车自动驾驶试验和运用考核，太原铁路局正在进行大秦线HXD1型机车自动驾驶系统改造和试验验证(太原局国内首次实现2万吨重载组合列车辅助驾驶，攻克了2万吨重载组合列车长大下坡循环空气制动控制的难题，辅助驾驶系统首次与LKJ-15、国外车载控制系统(西门子、克诺尔、GE)配合)。浩吉铁路辅助驾驶在国铁集团重大课题的支持下，国内首次验证了CTC调度信息上车的功能，并开展了万吨重载列车辅助驾驶的线路试验，实现了自动起车、过分相控制、贯通试验及自动停车等辅助驾驶功能。自动驾驶的意义、应用现状和预期效益二、重载列车自动驾驶的应用现状（2）

包神铁路公司神朔铁路分公司和朔黄铁路公司也在积极开展货运电力机车智能驾驶技术研究，并投入运用。

包神铁路自动驾驶首次实现了从站段自动唤醒/休眠、自动整备、自动调车、机车自动编组、自动联挂、万吨重载列车正线自动驾驶，是机车自动驾驶从正线扩展到站段全场景应用的技术探索和实践。朔黄铁路自动驾驶可兼容正线普载5400吨、单元万吨、1+1组合2.1万吨等编组模式，C64、C70、C80等货车车辆，兼容基于LKJ15的固定闭塞和基于ATP的移动闭塞两种信号制式。

2024年8月，由中国中车集团与国家能源集团联合研制的2台“国能号”12轴机车，牵引着108节车厢的超万吨重载智能列车，从国能包神铁路集团朱盖塔站出发，终到河北黄骅港站，这标志着重载铁路智能驾驶成套技术在神朔铁路实现批量应用，成为中国重载铁路智能技术发展史上新的里程碑，项目团队攻克地理、线路、气候、长大坡度四大难题，实现了智能驾驶技术成果谱系化批量运用，具体成果表现为多个“我国第一”，神朔线成为国内首条智能化重载铁路。

2024年9月，我国无人驾驶重载列车在朔黄铁路首试成功。试验列车从朔黄铁路黄骅南站出发，经过两个半小时运行，顺利抵达东营西站，全程运行平稳，精准停靠在指定位置。试验中，重载列车自主完成了启动、加速、减速、制动、巡航、调度、停靠等一系列运行操作。据悉，此次试验的无人驾驶重载列车共108节，全长约1.3公里，总重达10800吨。三、自动驾驶预期效益

1.人资优化

1）每列机车只需配备1名司机，司乘人员人工成本可减少为原有的四分之一；

2）按平均每天60列计算，每年节省将超过亿元。2.节能减排

1）电力成本约占总运营成本的20%~25%；

2）采用自动驾驶系统后，预计能够产生年均3%的电力节省。3.降低成本

1）有效降低重载列车的冲击力，提高安全性和可靠性；

2）减少钩缓装置、渡板等部件的磨耗和故障率，降低维护成本。第二节

自动驾驶技术方案

自动驾驶技术方案一般采用LKJ2000+ATO方案、LKJ-15C+ATO方案等。

一、LKJ2000+ATO方案1.由辅助驾驶装置、显示器、无线通信单元(预留)组成

2.无线通信单元RTU预留与调度CTC无线安全通信接口，用于获取运行计划、车机联控、临时限速信息

3.更换新型号显示器（由TPX21A更换为TPX61CM）和新增语音喇叭，在机车网络显示的基础上新增辅助驾驶人机交互功能，实现语音播报通过总线扩展盒X6T接入LKJ2000的CAN外网（变更LKJ2000通信扩展板软件）。

4.通过MVB（ESD+）接入TCMS网络；通过以太网接入DDU、通过串口与双模列尾主机通信，实现列尾风压查询。

二、LKJ-15C+ATO方案1.系统组成①LKJ-15C+ATO方案的辅助驾驶系统由辅助驾驶装置、显示器组成。②LKJ2000替换为LKJ-15C。2.LKJ-15C+ATO与LKJ2000+ATO

方案区别①LKJ-15C通过以太网与辅助驾驶装置直接通信。②取消无线通信单元。③辅助驾驶装置通过LKJ-15C自带的安全无线通信插件，实现与地面CTC通信。第二节

自动驾驶技术方案三、自动驾驶信号系统对比自动驾驶信号系统对比表项目LKJ2000LKJ-15C安全完整性等级SIL0级SIL4级制动输出接口普通继电器安全继电器通信接口LKJ2000与ATO主机通过CAN通信，速率低，LKJ2000外围CAN通信设备较多，CAN通信有时不稳定。LKJ-15C与ATO主机通过以太网通信，速率高、通信稳定。系统维护ATO主机需要预存LKJ2000对应的车载线路数据，当线路数据变化时需要及时维护，工作量大，容易出错。ATO主机不需要预存LKJ车载线路数据，由LKJ-15C通过以太网实时发送。无线通信不具备无线通信功能，需另外加装RTU设备。集成BDS/GPS，WLAN、4G/GSM-R等无线通信功能，实现车地通信。采用LKJ-15C能够提高辅助驾驶系统在线路数据管理、维护及功能扩展等方面的性能。第二节

自动驾驶技术方案四、自动驾驶系统自动驾驶系统框图第二节

自动驾驶技术方案五、自动驾驶原理说明

1、在自动驾驶模式下，LKJ监控系统从主机获得线路基础数据，从IC卡获得线路的临时限速，通过司机输入获得编组信息，利用应答器进行位置校正；

2、自动驾驶装置从LKJ主机获得相关信息后，综合机车的位置、限速、坡道和弯道等信息，经过计算，向机车网络控制系统输出牵引/电制动指令或向制动系统输出空气制动指令；

3、牵引/电制动指令和空气制动指令在本务机车由牵引系统和制动系统实施，通过有线或无线重联传输到他务机车，实现同步操纵；

4、通过车载无线通讯单元将机车状态信息传输到地面；

5、通过地面数据开发软件分析监控数据，将优秀司机的操纵方法应用到自动驾驶装置、能耗分析和统计软件的模型建立，用于能耗情况的统计和分析。第二节

自动驾驶技术方案五、自动驾驶原理说明

举例1—牵引操作：

在自动驾驶模式下，自动驾驶装置通过LKJ主机获得牵引吨位、机车位置、限速、坡道、弯道等信息，并计算此时逼近限速所需的最优牵引力，转换为级位信息传输给网络控制系统的中央控制单元，中央控制单元在通过计算后将设定力矩信息传输给本务机车的牵引控制系统，牵引控制系统驱动牵引电机按目标值输出牵引力；同时本务机车的网络控制系统将通过有线或无线重联将级位信息传输给从控机车的网络控制系统，实现同步操纵。第二节

自动驾驶技术方案五、自动驾驶原理说明举例2—空气制动操作

在部分需要循环制动的困难区段，自动驾驶装置从LKJ主机获得牵引吨位、机车位置等列车信息，结合优秀司机的操纵办法编制的自动控制软件，在相应位置由自动驾驶装置输出制动施加或缓解指令给本务机车的制动系统，本务机车的制动系统具体实施，并通过有线或无线重联将其传输到从控机车的制动系统，实现同步操纵。第二节

自动驾驶技术方案六、自动驾驶系统主要设备及布局

不改变原有机车设备布局，通过增加设备实现自动驾驶，自动驾驶系统主要设备及布局见图所示。

例如国家能源集团包神铁路公司的神朔铁路将采用两个阶段分批改造形式完成机车和地面改造工作。其中，第一阶段改造主要在于车载设备加装，包括LKJ-15系统、智能驾驶控制装置以及障碍物检测系统等；第二阶段，完成除上述车载设备以外的机车改造，包括自动唤醒、智能数据处理系统等，以及地面设备改造。第二节

自动驾驶技术方案七、自动驾驶系统主要功能

基于“五色图”作业标准，在LKJ防护曲线下动态计算规划目标速度曲线，利用智能跟随控制实现列车零速发车、区间运行、自动停车等自动驾驶控制功能。自动驾驶系统主要功能图见上图。1.车站：自动起车控制

（1）编组等参数初始化；（2）规划曲线生成；（3）车站自动起车控制；（4）上坡道起车控制；（5）下坡道起车控制。2.区间：区间运行控制

（1）自动加速控制；（2）自动动贯通试验；（3）临时限速通过控制；（4）临时调度命令控制；（5）自动过分相控制；（6）信号跟随控制。3.区间：故障导向安全控制

（1）保护性降弓；（2)通信故障；（3）信号突变；（4)CCU系统异常；（5）ATO装置故障；（6）显示单元故障。4.车站：自动停车控制

（1）自动停车规划；（2)自动减速控制；（3）机外停车控制；（4）长大上坡停车控制；（5）长大下坡停车控制；（6)站内对标停车。八、关键技术和主要研究内容1.列车自动驾驶场景分析八、自动驾驶关键技术和主要研究内容2.机车设计及重载列车应用经验①超过3千多台各型电力机车在段运用；01③大秦线单元万吨、''1+1''两万吨组合列车；03⑤南非TFR铁路内-电/电-电编组，''4+0''万吨重载组合列车、''6+0''两万吨重载组合列车。05②神朔''3+0、2+1''，''2+2''万吨组合列车，朔黄单元万吨、1+1两万吨组合列车；02④唐呼、瓦日线''2+0''万吨重载组合列车；04自动驾驶系统相关设备包含自动驾驶装置、LKJ监控装置、网络控制系统及牵引系统、空气制动系统、钩缓系统和转向架。八、自动驾驶关键技术和主要研究内容3.复杂多系统集成及测试

电力机车相关设计工作

动力学设计，平稳性、舒适性；牵引/电制动、空气制动控制策略和算法；系统电源分配及电气线路设计；电磁兼容设计；系统测试和验证。

自动驾驶关键技术和主要研究内容电力机车相关设计工作单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅的阐述您的观点。您的内容已经简明扼要，字字珠玑，但信息却千丝万缕、错综复杂，需要用更多的文字来表述；但请您尽可能提炼思想的精髓，否则容易造成观者的阅读压力，适得其反。正如我们都希望改变世界，希望给别人带去光明，但更多时候我们只需要播下一颗种子，自然有微风吹拂，雨露滋养。恰如其分的表达观点，往往事半功倍。当您的内容到达这个限度时，或许已经不纯粹作用于演示，极大可能运用于阅读领域；无论是传播观点、知识分享还是汇报工作，内容的详尽固然重要，但请一定注意信息框架的清晰，这样才能使内容层次分明，页面简洁易读。如果您的内容确实非常重要又难以精简，也请使用分段处理，对内容进行简单的梳理和提炼，这样会使逻辑框架相对清晰。为了能让您有更直观的字数感受，并进一步方便使用，我们设置了文本的最大限度，当您输入的文字到这里时，已濒临页面容纳内容的上限，若还有更多内容，请酌情缩小字号，但我们不建议您的文本字号小于14磅，请您务必注意。单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅的阐述您的观点。您的内容已经简明扼要，字字珠玑，但信息却千丝万缕、错综复杂，需要用更多的文字来表述；但请您尽可能提炼思想的精髓。自动驾驶关键技术和主要研究内容导向安全控制策略进入/退出条件1）自动驾驶允许条件：TCMS允许，制动系统允许，ATO允许；2）自动驾驶进入条件：ATO分别向TCMS和制动系统发送启动指令；工况转换/保持原则3）自动驾驶退出条件：允许条件不满足。1）工况转换原则：牵引和制动工况之间需要经历惰行工况；2）工况保持原则：每个工况（牵引、惰行、制动）需要保持10s以上，以保证指令的可靠传输。八、自动驾驶关键技术和主要研究内容基本原则和控制逻辑1）故障导向安全；2）自动驾驶系统的所有功能受控于原有机车的安全控制逻辑和LKJ监控设备；典型控制逻辑如下3）人工驾驶优先等级高于自动驾驶。1）网络通信故障、ATO故障、牵引及制动力损失等故障导向停车；2）自动驾驶允许、进入、退出控制；3）牵引-惰行-空气制动工况转换控制；4）车钩力保护；采用的基本原则八、自动驾驶关键技术和主要研究内容自动驾驶系统仿真验证技术

以安全、平稳、准点、节能为准则对自动驾驶系统进行测试和优化。第三节

国产化HXD1型电力机车自动驾驶系统介绍西安铁路局国产化HXD1型机车自动驾驶列车第三节

国产化HXD1型电力机车自动驾驶系统介绍一、系统构成

机车自动驾驶系统主要由自动驾驶装置主机和自动驾驶人机界面单元（DMI）构成。自动驾驶装置主机是由左右对称的两系插件构成，I系故障可自动切换到II系。自动驾驶人机界面单元包含A和B机，构成冗余。

自动驾驶系统显示器中央为一块高分辨率彩屏，配以黑色外框。在屏幕右侧的为“菜单”和“F1”-“F9”的功能按键；屏幕下方有“发车”、“自动”、“手动”等两排功能按键；屏幕左侧上方有“A”、“B”两个切换按键及LED指示灯，左侧下方为IC卡插槽。自动驾驶装置外观DMI安装位置及效果示意图二、系统工作边界

1.自动驾驶系统在LKJ的安全防护下进行自动控车，自动驾驶系统控车过程中不影响LKJ通过施加空气制动来实现对列车的安全防护；

2.自动驾驶系统仅在区间运行时工作：机车调车（含中间站调车）、段内作业、出段与挂车、达到终点站后续作业不能激活，需要人工操作；

3.自动驾驶系统在机车司机的值守下实现自动控车功能，机车司机手动操纵优先；

4.自动驾驶系统在条件允许时替代机车司机进行牵引手柄及空气手柄的操纵；

5.鸣笛、警惕、灯光等与机车速度控制无关的操作需要由机车司机来执行；所有与LKJ相关的操作，如开车对标、侧线输入等，均需要机车司机进行。自动驾驶控制功能范围表功能序号子功能机车

司机自动驾驶系统备注段内

作业1机车上电√

2机车检查/试验√

3数据更新√

自动驾驶系统数据更新由时代电气技术人员更新出段与挂车1出段/调车√

2挂车√

3列车制动试验√

4LKJ信息输入√

5系统参数输入与确认√

LKJ参数与自动驾驶系统参数确认，自动驾驶系统参数输入列车

运行

控制1电钥匙操作√

2方向手柄给定√

3升、降受电弓√

4分、合主断√

5停放制动操纵√

6半自动过分相按钮√

基本不用，如果机车司机需要操作7自动驾驶模式的进入√

8自动驾驶模式的退出√√自动驾驶系统负责异常退出保护9主压缩机强泵指令

√

10无人警惕解锁操作√

11撒砂√√自动驾驶可实现预防性撒砂12主手柄-牵引与电制动

√速度控制13空气制动-大闸

√速度控制14空气制动-小闸

√速度控制15机车速度在限速曲线下

√速度控制16机车照明√

17静态贯通试验√

停车超过20min提醒司机进行贯通性试验18动态贯通试验

√

19瞭望(前方、道岔)√

20鸣笛√

防伤高发地段，注意鸣笛21车机联控√

部分车站需司机在人机界面单元输入车机联控信息22观察信号灯√

23LKJ相关操作√

单操双班、双操区段需要巡检24尾部风压查询

√

25零速起车-停车到零

√

26停车防溜

√

27零速启动

√

终点站1靠标/定点停车

√

2到达货场√

3机车摘挂√

4机车入段√

5退勤√

三、系统使用说明1.上电与断电

自动驾驶系统MCB电源开关安装于机械间低压控制柜的开关面板上，可以通过MCB开关单独控制自动驾驶系统的上电与断电。系统电源MCB开关位置之空开的位置编码暂定为“=95-F02”。

此外，在系统电源MCB开关闭合后，可以自动驾驶装置机箱风扇匣上的钮子电源开关分别控制ATO机箱的I系、II系的上电与断电。2.人机界面

交互界面分由上至下，由左至右的显示内容如下：

1.自动驾驶系统控制状态：显示是否自动驾驶控制，如果由自动驾驶系统控制运行则显示“自动控车”，否则显示“手动控车”；

2.机车运行模式：会根据实际情况显示“标准”、“慢行”、“达速”等信息；

3.实时速度显示；4.实时限速显示；

5.机车牵引/电制动实际发挥的等效级位：数值范围为0.0-12.0，当实际工况为电制动时，数字显示为红色；

6.定级位：A后面的数字表示自动驾驶给定的级位，数值范围为0.0-12.0，当设定工况为电制动时，数字显示为红色；M后面的数字表示司机控制器手柄实际所处的级位，数值范围为0.0-12.0，当司机控制器位于电制区时，数字显示为红色；

7.日期、时间显示；

8.运行数据显示区：包括速度标尺、列车车次、换长示意、站点信息、分相位置、信号灯状态，以红色实线表示限速曲线，以红色虚线表示列车制动限速曲线，以蓝色或其他虚线表示的规划速度曲线、以绿色实线表示的实际运行速度曲线；

9.轨道线路的坡道示意；

10.运行控制信息：包括电制动力、牵引力、列车管压力、制动缸压力和流量计，其中“/”左侧数值为自动驾驶的设定值，右侧为机车实际反馈数值；

11.运行提示文本信息。机车在运行过程中出现机车故障或异常，自动驾驶系统通过文本及语音提示司机进行相关操作，请机车司机按照提示信息进行操作。

12.时刻表信息。三、系统使用说明三、系统使用说明3.自动驾驶功能允许的前提条件

自动驾驶系统进行自动控车必须满足如下条件：

1）网络控制系统自动驾驶允许条件：

网络控制系统工作正常；

与控制相关设备通讯正常，MVB总线上的相关车载设备通信正常，自动驾驶装置、BCU、TCU1、TCU2；

机车为主控机车：机车插入电钥匙且无操作端冲突；

方向手柄在“向前”位；

主司机控制器手柄在“大零位”；

机车正常受流：受电弓已升起；主断已闭合（过分相过程例外）；

机车关键部件正常：主压缩机工作正常、牵引系统正常；

制动状态满足：停放制动已缓解；无惩罚制动施加；无紧急制动施加。三、系统使用说明3.自动驾驶功能允许的前提条件

2）制动系统

自动驾驶允许条件与外部设备通讯正常：连接到MVB总线上的CCU、自动驾驶装置通信正常；制动控制手柄位置满足：非零速情况下，自动制动手柄、单独制动手柄均必须在“运转”位；制动状态满足：无惩罚制动源；无紧急制动。制动系统处于本机投入状态；制动系统工作正常；3.自动驾驶功能允许的前提条件

3.自动驾驶系统自动驾驶允许条件

a.自动驾驶系统工作正常；

b.与外部设备通讯正常，MVB总线上与相关接口设备通讯正常，CCU、BCU正常；以太网总线上与相关接口设备通讯正常，DMI正常；RS422总线上与相关接口设备通讯正常，列尾装置主机CIR；CAN总线上与相关接口设备通讯正常，LKJ2000正常；

c.机车司机输入信息有效：关门车数量在合理范围内、列车编组信息有效、车次信息有效、百吨闸瓦压力值；

d.尾部风压正常：每隔1min检测一次尾部风压，尾部风压与列车管压力基本一致(相差10kPa)；

e.LKJ工作模式正常：LKJ系统处于通常模式或降级模式，LKJ不处在调车模式；

f.LKJ无保护动作：未触发紧急、常用和卸载；

g.基础数据版本一致：本地存储LKJ数据文件与LKJ2000数据版本一致；h.风源正常：总风压力不低于700kPa；i.制动机处于本机投入状态；j.无特殊行车，机车不处于分相区、贯通试验区域等。三、系统使用说明4.自动驾驶系统参数设置

在DMI上按下“设定”键，将会出现自动驾驶系统的参数设置对话框。可以在对话框中设置自动驾驶系统所需的参数。完成设置输入后，按下“确认”对应的按键，可以执行参数设置；若不想执行参数的设置，可以按下“退出”对应的按键，取消当前的设置改变。三、系统使用说明5.自动控制功能激活

自动驾驶系统会自动进行初始化，并判断自动驾驶条件是否满足。a.人机交互界面上出现蓝底白色文字提示“允许自动驾驶”；b.按下DMI的屏幕下方的“自动”键来激活自动驾驶功能；c.为了避免误操作而导致自动驾驶功能非预期地激活，需要司机进行二次确认，在弹出的提示对话框按下“确认”对应的按键来确认将自动控制功能激活；d.如果还不希望激活自动控制功能，可以按下对话框的“取消”对应按键来中止自动控制功能激活。

在自动功能激活后，DMI显示屏会在左上角显示“自动控车”字样。

如果机车处于运动状态激活了自动驾驶控制功能，系统将接管机车的驾驶控制。如果机车处于零速激活了自动控制功能，自动驾驶系统会根据之前的空气制动状态，控制BCU仍执行空气制动；此时，司机可以将自动制动手柄与单独制动手柄移回至“运转”位，自动控制功能不会被取消，BCU会在自动驾驶系统控制下仍施加对机车的空气制动，维持机车处于静止状态，等待信号开通及司机的发车指令。三、系统使用说明6.自动控制功能取消

在自动控制功能激活后，机车司机如果希望改由人工操纵机车，可以通过以下三种方式取消自动控制功能。a.在DMI上按下“手动”键取消。为了避免误操作导致预期之外的取消，在按下DMI“手动”键后，会弹出对话框，需要司机按下“确认”按键进行二次确认后，才会取消自动控制功能。退出自动驾驶模式后，DMI屏幕左上角将显示为“手动控车”字样，表示已经完成自动控制功能的取消。此方式仅适用于机车处于牵引/惰行工况。b.通过操纵主司机控制器手柄取消功能。机车处于牵引/惰行工况时，当司机操纵主司机控制器手柄离开大零位至牵引区，视为机车司机将自动控制功能的取消，机车将退出自动驾驶模式。机车处于非空气制动工况时，当司机操纵主司机控制器手柄离开大零位至电制区，视为机车司机将自动控制功能的取消，机车将退出自动驾驶模式。c.通过操纵制动控制手柄取消功能。自动驾驶系统采用人工控制优先的控制理念，当司机操纵自动制动手柄离开运转位进去制动区，都视为机车司机将自动控制功能的取消，机车将退出自动驾驶模式。机车处于非空气制动工况时，当司机操纵单独制动手柄离开运转位（非单缓），视为机车司机将自动控制功能的取消，机车将退出自动驾驶模式。

需要特别指出的是，当自动驾驶控制模式下，机车处于空气制动状态时，司机操纵主司机控制器手柄来取消自动功能时，系统不会退出自动驾驶模式，空气制动工况不会立刻听从制动手柄位置进行缓解，需要司机操纵制动控制手柄先移至制动区再移回运转区才能对空气制动进行缓解。三、系统使用说明7.自动控制情况下零速发车确认

在机车零速情况下，机车司机激活自动驾驶功能后，自动驾驶系统不会直接控制机车进行牵引与制动缓解进行发车。自动驾驶系统会对当前信号状态和制动手柄位置进行判断。当制动控制手柄均已移至“运转”位，并且前方信号灯不为红灯和红黄灯时，DMI界面上将提示蓝底白字“允许发车”。

在提示“允许发车”信息后，司机可以通过按下DMI屏幕下方的“发车”按键来启动零速发车控制，为了避免误操作，DMI将弹出对话框，由司机按下对话框对应的“确认”键，确认机车进行自动发车。三、系统使用说明8.DMI双系手动切换

机车司机可操作DMI左侧的A、B按键实现DMI的双系切换。按压A按键，切换至A系，指示灯A点亮，指示灯B灭；按压B按键，切换至B系，指示灯B点亮，指示灯A灭。三、系统使用说明1.DMI显示状态死机

当DMI显示数据不更新，可以通过DMI左上方的A、B按键，强制切换DMI的显示主系。按下A键后，A键上方的LED灯常亮时，DMI由A系控制数据输出至屏幕；按下B键后，B键下方的LED灯常亮时，DMI由B系控制数据输出至屏幕。四、常见故障处理2.自动驾驶模式异常退出022）当机车退出自动驾驶模式后处于电制动工况，司机可以通过将主司机控制器手柄移至电制区或操作自动制动手柄来接管机车的驾驶控制。011）当机车退出自动驾驶模式后处于牵引/惰行工况，司机可以通过操作主司机控制器手柄、制动手柄任意一个来接管机车的驾驶控制。00在自动驾驶控车模式下，因系统异常或人工操作原因提示“请人工接管”时，需要机车司机根据显示器的倒计时提示信息进行相应防护操作，保证列车运行安全。033）当机车退出自动驾驶模式后处于空气制动工况，司机只能操作自动制动手柄来接管机车的驾驶控制。四、常见故障处理注意事项：ATO机箱上方为风扇层，需保留充分的通风散热空间，机箱工作时请勿遮挡覆盖风扇匣上方的通风孔。ATO机箱与DMI显示屏请按照专用的维修手册进行维修，非授权的专业人员请勿擅自拆装维修，避免因操作不当对设备造成损坏。第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例

神朔铁路是我国西煤东运的大通道，正线全长270公里，最小转弯半径400m，最大限制坡度为12‰，全线桥梁、隧道、涵渠众多，线路复杂，为国家I级电气化重载铁路。

为了研究降低神朔铁路机车司乘人员操作强度，提升机车运用安全及可靠性，降低运用设备故障率，降低能耗，提升铁路运用效益，结合神朔铁路的实际情况，配合重载铁路智能驾驶系统技术规范，开发一套智能驾驶系统，具有以下功能：

实现“3+0”、“2+1”无线重联编组列车的机车智能驾驶；

实现机车在段内、站场的自动调车及自动编组；

实现列车自动行程规划、自动起动、降级模式自动运行、区间运行/停车/起动、临时限速控制，循环空气制动控制、机车自动过分相等功能；

实现分布式动力重载组合列车机车牵引力动态分配与调节功能；

实现车载障碍物自动检测功能；

实现列车故障导向安全控制功能；

与车载信号系统深度融合，保证列车在列车运行监控系统的防护曲线下安全运行；

实现列车智能运行的同时，系统不改变机车现有的控制方式和故障保护策略；

与智能运维系统的信息交互，提升机车智能驾驶系统的运维效率；

预留与地面环境感知系统的接口，制定机车智能驾驶系统的安全联动策略。第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例一、系统技术方案1.系统的设计目标

系统的设计目标为全自动化运行控制，包括：自动唤醒、自动整备、自动运行、导线安全的自动逻辑控制、自动休眠、等，以降低司机操作强度，确保操纵一致性；基于车地线通信技术和精准定位技术，融合地面调度、轨道信号等系统，实现机车自动注册、自动调车、自动无线重联编组、运行过程中的临时限速等，提升列车运行效率；智能化的列车自检技术，降低机车运用故障率，提升可用性；基于机器深度学习算法，提高机车自动操纵水平；采用智能感知技术，提升列车运行安全。

国内首个重载机车智能驾驶运用，车地一体化、全场景覆盖支撑智能控制，实现了段内、站场、正线及车站的自动化作业覆盖了正常和异常的全场景功能。第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例1.系统的设计目标神朔铁路重载铁路重载机车智能驾驶全场景图第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例2.系统设计原则

该系统设计原则为：

任何情况下人工安全操纵优先于智能驾驶系统；

不改变原有的安全防护与电气系统控制逻辑；

对机车各种故障以及其他影响列车安全运行的环境因素进行安全导向防护控制；

系统需要保证智能驾驶模式退出时的机车安全；

机车机械故障或其他故障，不允许进入智能驾驶模式；

留有与地面环境感知系统的接口。第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例二、系统原理智能驾驶系统主要由车载系统和地面系统两部分组成。系统原理框图第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例二、系统原理智能驾驶系统主要设备清单表序号名称数量主要功能备注1智能驾驶控制系统

智能驾驶控制装置1运行控制，包括起动、调速、停车等

智能显示单元1系统信息显示，人工激活、启动

自动唤醒单元1机车自动唤醒及休眠

2监控系统（LKJ15）

LKJ15机柜（含车载卫星定位）1线路基础数据信息、安全防护信息等。

显示单元1监控系统显示信息

BTM应答器天线1采集并传输地面应答器信号

测速雷达1机车测速

3智能数据处理装置1车载智能驾驶系统数据记录、存储

4障碍物检测系统1轨道异物检测

5无线重联同步控制系统1

既有6机车控制系统

牵引控制系统1TCU既有

制动控制系统1BCU既有

网络控制系统1上电、方向、受电弓、主断等控制既有

列尾装置1尾部风压既有

安全防护系统1弓网、走行部等感知系统的接口既有7地面调度控制中心

综合调度系统1与TMIS系统进行接口通信，获取调度信息，并进行机车注册/注销、行车许可等

综合控制系统1通过计算机联锁电路、轨道信号实现调度控制，包括调车、临时限速、无线换装、远程控制、以及无线重联自动编组等。

8地面无线通信系统

通信控制服务器1

通信基站若干根据试验要求配置

9地面差分定位系统

定位服务器1

定位基站若干根据试验要求配置

10应答器若干根据试验要求配置第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例1.自动唤醒/休眠

操纵人员在地面调度控制中心，通过车地通信系统将唤醒/休眠指令传递给机车自动唤醒单元，由自动唤醒单元控制蓄电池上电、断电操作，实现机车自动唤醒/休眠。系统功能原理第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例2.自动整备

操纵人员在地面调度控制中心，通过车地通信系统将整备指令传递给智能驾驶装置，由智能驾驶装置实现：

机车占用控制、方向选择、受电弓控制、主断控制、压缩机控制等整备操作。

实现升弓后的网压检查、蓄电池充电检查（人工辅助）、辅机检查（人工辅助）、牵引电机转向检查（人工辅助）、辅助设备检查（脚炉、膝炉、230V供电插座、电加热玻璃、卫生间、电度表等，人工辅助），机车保护功能检查（人工辅助），制动机试闸等整备检查。系统功能原理第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例3.自动运行控制

在运行过程中，由智能驾驶装置实现自动起车、速度自动调节、牵引/电制动/空气制动操作、必要的撒砂以及自动停车等操纵。系统功能原理自动运行控制图第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例A.牵引/电制动力控制

智能驾驶装置通过LKJ-15主机获得牵引吨位、机车位置、限速、坡道、弯道等信息，并计算此时逼近限速所需的最优牵引力，转换为级位信息传输给网络控制系统的中央控制单元，中央控制单元在通过计算后将设定力矩信息传输给主控机车的牵引控制系统，牵引控制系统驱动牵引电机按目标值输出牵引力；同时主控机车的网络控制系统将通过无线重联同步控制系统将级位信息传输给从控机车的网络控制系统，实现同步操纵。第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例B.空气制动控制

自动驾驶装置从LKJ-15主机获得牵引吨位、机车位置等列车信息，在相应位置由智能驾驶装置输出制动施加或缓解指令给主控机车的制动系统，主控机车的制动系统具体实施，并通过无线重联同步控制系统将其传输到从控机车的制动系统，实现同步操纵。第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例4.机车精准定位

基于车载雷达、车载应答器接收单元、以及卫星定位系统，在列车运行过程中，采用雷达测速定位技术作为基础定位方式，实现定位连续性；采用应答器技术进行点式位置校正，消除测速定位的累积误差；在空旷地带采用卫星差分定位近视实时位置校正。实现机车的精准定位，并控制机车位置精度在1m以内，控制大列位置精度在5m以内。第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例5.机车感知和轨道异物检测

智能驾驶系统采用激光雷达、近/远距离摄像头、毫m波雷达等设备，通过传感器数据处理融合主机对雷达距离检测信息、图像信息进行处理，形成障碍物距离与图像识别信息，并传输给机车智能驾驶系统和地面调度控制中心，同时预留与地面环境的感知系统的通讯接口。第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例6.智能数据分析和处理

实现对机车运行数据的远程下载、在线分析、故障判断和故障预测、数据记录等。根据上述功能描述，实现重载列车运行的自动控制，达到降低司乘人员配置和司乘人员工作量，提高运输效率，提升运行安全性的目的。第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例7.地面调度控制

地面调度控制中心负责逻辑处理，包括调度信息管理、临时限速管理、列车运行管理、无线重联编组等。调度信息管理和列车运行管理的逻辑包括：机车信息管理、调度命令管理、机车注册、机车注销、临时限速、灾害防护、行车许可、无线换装、以及机车远程控制等。接收机车信号系统发出的注册申请，并进行自动注册。第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例8.临时限速

地面调度控制中心通过无线通信系统，将临时限速发送给智能驾驶控制系统，由智能驾驶控制系统根据新的限速要求对规划曲线进行动态调整，确保机车速度在线路限速和临时限速双重要求之下。第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例运用场景分析

结合神华号机车的特性、运用环境及司乘人员操纵机车的相关规定，研究机车智能驾驶的应用场景，形成详细的场景说明文件，为机车智能驾驶系统设计提供场景描述、约束条件、功能边界及经验规则等内容。第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例三、系统组成及子系统方案

车载智能驾驶系统由智能驾驶控制系统、网络控制系统、车载监控系统、车载感知系统、精确定位系统，为满足机车自动唤醒/休眠功能对机车控制电路进行的升级改造、以及预留的地面感知系统相关接口。车载智能驾驶系统车载智能驾驶系统拓扑结构图第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例系统组成

智能驾驶控制系统主要包括智能驾驶控制主机、智能驾驶显示器、智能驾驶服务平台、自动唤醒单元及配套通信设备及线缆。智能驾驶控制系统

智能驾驶控制主机是控制列车运行的核心设备，采用2乘2取2的安全-冗余架构，保证设备的安全性与可靠性。冗余通道或模块单一故障不影响系统的运行，当冗余模块同时故障时，按照故障导向安全方式处理。

智能驾驶控制主机首先从LKJ监控系统获取线路信息、防护曲线及位置坐标信息等，输出列车运行规划曲线，并根据信号变化、负载变化、临时限速等变化对规划曲线进行自适应调整。

从车载感知系统、车载障碍物检测系统获取相关设备的预警信息，并根据预警信息进行保护动作。第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例智能驾驶控制主机单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅的阐述您的观点。您的内容已经简明扼要，字字珠玑，但信息却千丝万缕、错综复杂，需要用更多的文字来表述；但请您尽可能提炼思想的精髓，否则容易造成观者的阅读压力，适得其反。正如我们都希望改变世界，希望给别人带去光明，但更多时候我们只需要播下一颗种子，自然有微风吹拂，雨露滋养。恰如其分的表达观点，往往事半功倍。当您的内容到达这个限度时，或许已经不纯粹作用于演示，极大可能运用于阅读领域；无论是传播观点、知识分享还是汇报工作，内容的详尽固然重要，但请一定注意信息框架的清晰，这样才能使内容层次分明，页面简洁易读。如果您的内容确实非常重要又难以精简，也请使用分段处理，对内容进行简单的梳理和提炼，这样会使逻辑框架相对清晰。为了能让您有更直观的字数感受，并进一步方便使用，我们设置了文本的最大限度，当您输入的文字到这里时，已濒临页面容纳内容的上限，若还有更多内容，请酌情缩小字号，但我们不建议您的文本字号小于14磅，请您务必注意。单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅的阐述您的观点。您的内容已经简明扼要，字字珠玑，但信息却千丝万缕、错综复杂，需要用更多的文字来表述；但请您尽可能提炼思想的精髓。第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例智能驾驶控制主机接收地面控制信号，并将自动唤醒/休眠、整备以及调车信号通过指令发给机车网络控制系统和机车控制电路。通过与列尾装置进行通讯，获取列尾风压信息等。输出列车自动控制指令，并与中央控制单元CCU、制动控制单元BCU进行数据交互，实现牵引和制动控制。与智能驾驶显示器交互提供人机界面显示。第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例智能驾驶显示器

智能驾驶显示器负责与智能驾驶装置交互按键命令，并显示智能驾驶状态信息，提示报警信息给司乘人员。第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例系统主要功能

智能驾驶控制主机主要具有以下功能：A.行程规划

根据列车运行图规定，依据线路数据、LKJ存储的列车编组信息、机辆特性及工作模式选择进行全程规划，输出乘务区段优化曲线。列车运行中根据机车信号及调度指令（含临时限速、侧线行车等）要求，进行动态优化。B.牵引/电制动力控制

系统自动控制牵引、电制动操控列车按规划速度运行的功能，系统通过自适应闭环控制，根据列车实际速度实时调整优化输出的级位序列，达到动态跟踪控制速度的目标。C.空气制动控制

系统自动控制空气制动操控列车按规划速度运行、贯通试验、停车以及防溜的功能。D.过分相控制

在分相区段，采用自动或半自动过分相时，系统根据分相里程确定分相位置，控制列车在断电标前卸载，并以合理的速度越过电分相无电区，或按照信号控制列车在合适的停车位置停车。E.贯通实验

系统按照用户规定的地点和条件，在行程规划中体现贯通信息，并自动进行贯通试验。F.安全导向防护

当系统异常且司机未接管机车控制权时，系统应根据当前列车运行情况采取安全导向防护措施，如惰行、电制或空气制动停车。G.数据解析

系统能正确接收并解析LKJ数据，以便能够获取必要的信息，向外部发出智能驾驶功能必须的信息。H.车钩力计算

系统能根据牵引/制动控制力实时计算不同车辆间车钩力的大小，并确保车钩力在车钩的可承受范围之内，同时车钩力能在显示界面上显示。I.显示功能

系统具备动态实时显示列车运行的规划曲线、实际速度曲线、限速曲线等数据，并具备以图形或数字形式显示实际列车运行速度、限制速度、控制级位、制动控制设定值和日历时钟等数据。J.数据记录

系统能记录机车智能驾驶时列车的运行信息、控制信息、设备状态信息。第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例车载监控系统

车载监控系统采用LKJ-15监控装置，主要由LKJ-15C系统、机车安全信息综合监测装置（以下简称TAX）、列车运行状态信息系统（以下简称LAIS）等组成，主要为智能驾驶系统提供独立的、完整的列车运行安全防护，并为智能驾驶系统所需的限速信息、线路信息、机车定位、实际速度等信息。

同时，可以通过车地通信系统（地面通讯系统-基站），更新地面综合调度系统的调度指令（包含临时调度）。

本项目中，采用LKJ-15C系统取代原LKJ2000系统，LKJ-15系统车载设备由LKJ-15C主机单元、LKJ-15C扩展单元、车顶天线、BTM单元、人机界面单元（简称DMI）、机车信号主机、压力传感器、霍尔速度传感器、测速雷达、断路器、端子排、专用连接线缆等组成。第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例车载控制系统

车载控制系统主要由网络控制系统、牵引系统、制动系统、无线同步操控系统、列尾主机、以及相关硬件电路改造等组成，主要按照智能控制系统要求控制整机车的自动整备、自动升/降弓、自动分/合主断自动运行、以及牵引/制动力的自动调节，并通过无线同步操控系统将以上功能传递给无线重联的其他组合机车。同时监视整列车控制系统状态并将其状态反馈给智能控制系统以确保智能驾驶系统的安全可靠。

车载控制系统同时支持按照地面综合控制系统的指令要求通过AOM自动唤醒单元分别控制机车的DC110V控制电源上电/断电，以及模拟主控车的钥匙占用确保整列车不存在主权占用冲突问题。第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例障碍物检测系统

障碍物检测系统能对机车运行前方的铁路限界内障碍物进行检测、识别及报警。运用激光雷达技术、毫m波雷达技术、视频监控技术等，结合各自传感优势进行预警，保障机车在复杂路况下的运营安全。系统具备优良的探测功能、目标识别、事件记录等功能，且在昼夜不同光照条件、大风、大雨等不同环境下具有良好的适用性。障碍物检测系统第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例障碍物检测系统

前端感传感器主要包括车钩摄像机（近距离）、中距离摄像机、远距离摄像机、激光雷达和毫m波雷达等。摄像机安装在列车车头前端中部，其车钩和中距离摄像机用于检测200m内区域的障碍物，远距离摄像机用于检测200m~400m区域的障碍物，从而采集列车前方400m内的路况视频信息。雷达安装在列车车头前端顶部，其高分辨率和精准的距离、角度信息，可以准确高速的判断障碍物尺寸、方位和距离。毫m波雷达覆盖区域广，受光线、雨雪和粉尘等的影响小，能够全天候监测前方障碍物距离和方位信息。

障碍物检测主机由电源插件、电源扩展插件、CPU插件、GPU插件、存储插件、交换机插件及风扇层组成。机箱采用3U+1U结构，自带1U抽屉式风扇层，保证在高温下功能正常。整体外观如下：第四节

神朔铁路重载铁路自动驾驶应用案例车载感知系统

机车车载智能感知系统通过多种传感器采集机车相关状态数据，替代司乘人员的视觉、听觉、触觉等，实现机车车载状态的感知，为机车控制系统提供决策支持。此外完成运行状态远程监视、车载智能运维等功能，并预留与地面感知系统的通讯接口。

智能感知系统核心装置为ACS主机，ACS主机为3U60R机箱，机箱尺寸