《轨道列车智慧驾驶与应急处置》课件全套 1-9 第一章 城市轨道交通全自动运行系统 - 第九章 动力集中动车组故障应急处理

第一章城市轨道交通全自动运行系统第一节

全自动运行系统概述

在20世纪60~80年代期间，英国、德国等国家对列车的城市轨道交通全自动驾驶进行了不同程度的探索与尝试，但未达到GOA4的运行等级；1981年，日本开通了神户（Kobe）首条真正意义上的GOA4的运行等级线路（PortIslandLine）；随后，法国（1983年法国里尔的1号线--世界第二条全自动无人驾驶线路）、加拿大等国对全自动运行技术进行多次革新和应用；2003年，新加坡开通运营了首条全自动驾驶线路；2008年，德国开通了国内首条全自动无人驾驶线路。2008年以前，城市轨道交通全自动运行技术推广比较慢，且多用于小运量或机场线等特殊需求的线路。2008年后，随着CBTC技术的迅猛发展，各地对地铁能力和运营需求的急剧增加，结合2003年第一条大运量全自动运行线路新加坡东北线成功建成运营，全自动运行技术开始在中、高运量地铁广泛运用。其中，包括中国、新加坡、韩国在内的亚洲国家尤其重视该技术。第一节

全自动运行系统概述

国际公共交通协会UTP调查数据显示，截止2018年初，全球39个城市开通运营62条，996km的全自动运行线路。根据国际公共交通协会(internationalassociationofpublictransport，UITP)估计，到2020年国际上75%新线将采用FAO技术，40%的既有线改造时将采用FAO技术，2025年FAO系统的总里程将达到2200km。

国内轨道交通规划线路中，北京、深圳、广州、苏州、武汉、南京、成都、西安等地均按照全自动运行的标准进行建设，陆续开通运营。截止到2024年9月26日，我国现在无人驾驶线路有：北京地铁首条无人驾驶燕房线、大兴机场线；上海地铁首条无人驾驶APM浦江线和上海10、14、15、18号线；广州首条无人驾驶地铁APM珠江新城线、22号线首通段；成都地铁9号线；深圳地铁20号线；太原地铁2号线；香港地铁南港岛线；西安地铁16、10、8号线，等等，都已实现无人驾驶。第一节

全自动运行系统概述

2019年，由中国城市轨道交通协会正在编制的中国城市轨道交通协会团体标准--《城市轨道交通全自动运行系统》，在GB/T325901的基础上，对全自动运行系统进行了重新定义：全自动运行系统是基于现代计算机、通信、控制和系统集成等技术，由信号、车辆、综合监控、通信站台门等与列车运行相关的设备组成，实现列车运行全过程自动化运行的新一代城市轨道交通系统，由控制中心通过大型计算机网络监视和控制整条线路的站际联系、信号控制系统、列车运行、车辆调度等运营环节。

国际公共交通协会(UITP)将列车运行的自动化等级((GradeofAutomation，简称GOA)划分为5级：

GOA0是无ATP的全目视司机驾驶；

GOA1是有ATP的司机手动驾驶；

GOA2是带司机的自动运行STO；

GOA3是有人值守的全自动无人驾驶DTO；

GOA4是无人值守的全自动无人驾驶UTO。第一节

全自动运行系统概述

根据我国《城市轨道交通全自动运行系统建设指南》，以轨道交通线路自动化运营程度（根据运营工作人员和系统所承担的列车运行基本功能的责任划分确定的列车运行的自动化分级）定义了5个等级，从低至高依次为GOA0至GOA4。

GOA0：TOS（目视下行车模式）

在GOA0的自动化等级下，列车运行由司机全部负责，系统无法实现自动监控和防护。线路上的道岔和轨道区段由系统控制。

GOA1：NTO（非自动列车运行）

在GOA1的自动化等级下，司机在ATP保护下驾驶列车，观察线路轨道情况并在紧急情况下停车，司机遵循轨旁信号或车载信号来控制列车的牵引和制动，信号系统监督司机的操作。这种非连续或连续的监督只能在特定位置实现，特别是信号显示和速度控制。

列车的启动、停车、关闭车门，安全从站台出发以及紧急情况或突然变更进路的处理，均由司机操作；且在该模式下有自动列车防护ATP装置。第一节

全自动运行系统概述

GOA2：STO（半自动列车运行）

列车的启停与区间运营都是自动控制的，部分需要司机确认列车启动，车门开关可人工或自动实现，紧急情况需要人工介入。

换言之，在GOA2的自动化等级下，司机在列车驾驶室里，观察线路轨道情况并在紧急情况下停车。系统将自动监控列车的牵引和制动，提供连续的速度距离曲线列车安全从站台出发，由司机操作，列车车门可自动关闭。目前，我国城市轨道交通运营最常用的运营模式，即ATO驾驶模式。

GOA3：DTO（有人值守下的自动化运行）

无需司机，但是需要乘务员干预车门开关，甚至处理紧急情况。在GOA3的自动化等级下，由于没有司机在列车驾驶室观察线路轨道情况和在紧急情况下停车，因此相较于GOA2级，系统必须增加辅助的检测装置。在GOA3的自动化等级下，需要一名运营人员在列车上。列车关闭车门，安全从站台出发，可自动控制，也可人工控制。该等级也是全自动运行的一种模式。

GOA4：UTO（无人值守下的自动化运行）

所有运营场景和紧急处理场景全部实现自动化，无需人工干预。在GOA4的自动化等级下，由于没有运营人员在列车上，因此相较于GOA3级，系统必须增加辅助的检测装置。列车关闭车门，安全从站台出发，均为自动控制。其他如发生列车脱轨或检测到烟雾或者火灾危险情况和紧急情况，需要运营人员介入处理。第一节

全自动运行系统概述

GOA4是全自动运行的最高等级，国内已经运营成熟的北京地铁燕房线即是以GOA4等级标准建设的典范。全自动运行实现了列车从早间上电、库内唤醒、进入正线服务、自动运行、进站停车、开关门、自动折返、清客、停止正线服务、回库、自动调车、洗车、列车休眠等一整套自动化的正常功能，并能够实现由控制中心远程监控的列车车辆制动故障、车门状态丢失、站台门状态丢失、再关门控制、对位隔离、车辆火灾、乘客紧急呼叫、紧急手柄触发、远程广播、远程紧急制动、障碍物脱轨检测等非正常运行功能。从运营组织规则分析，全自动运行场景可大致分为41个大场景，包括正常场景、非正常场景（故障场景）、应急场景等。第一节

全自动运行系统概述4.降低运营成本3.提髙运营能力2.提升运营组织灵活性1.提升运营的安全性全自动运行系统优势第二节

城市轨道交通全自动运行线路与传统线路的区别3)增强上传能力--增加列车状态、故障报警信息上传功能；C2)增加自动检测功能--障碍物检测和脱轨检测功能；B4)增强自动化功能--自动唤醒、自动休眠、自检等功能；D1)关键设备均采用冗余--减少运行故障，完善的故障自诊断和自愈功能提高了整个系统的可用性和可靠性；A5)增加低压系统恢复供电功能--快速充电。E技术层面的差异性--车辆方面:第二节

城市轨道交通全自动运行线路与传统线路的区别技术层面的差异性--信号系统方面:1)关键设备均采用冗余--减少运行故障，完善的故障自诊断和自愈功能提高了整个系统的可用性和可靠性；012)增强控制中心配置级别--控制中心级核心设备热备冗余，或是在车辆段异地灾备；023)为线路工作人员提供可靠安全防护--—车站/场段增加人员防护按钮、与车门/站台门实现故障对位隔离功能、站台关门按钮(PCB)；034)增强维护监测功能--—信号车载设备和车辆设备的状态需实时上传维护监测系统；045)采用自动化车辆段/停车场--—自动洗车控制、唤醒、休眠等。05第二节

城市轨道交通全自动运行线路与传统线路的区别11)优化关键设备配置，从系统软件容量及处理功能、硬件冗余功能及处理能力等进行更新，达到系统实时性要求；22)增加对车辆信息显示及收集功能--—对全自动运行提供信息服务；33)完善集成、互联范围优化调整--—车辆段纳入正线统一控制后，综合监控系统的集成和互联系统的管理和监控范围进行扩充，从而满足全线监控功能。技术层面的差异性--综合监控系统方面:第二节

城市轨道交通全自动运行线路与传统线路的区别

1)建立可靠通信骨干网、专用无线系统可靠性要求增加；

2)增强与车辆接口--将车载无线通信设备状态信息提供给车辆，使控制中心能随时监控列车设备的情况；

3)车载无线设备增加自检功能--增强通信车载设备安全、稳定性；

4)新增车载应急电话--每节车厢在车门处新增车载应急电话，通过无线通信系统实现乘客与控制中心的双向通信；

5)完善视频监控--在列车司机室内增加摄像机照射前方，增强列车前后方视频监控功能；

6)增强车内视频监视联动功能，发生情况时，可立即切换到相关画面；区间视频、广播设置，满足控制中心应急工况下对区间有效监控以及人员疏散指引；

7)优化车地通信方案--增强、综合考虑车地通信传输带宽和质量。技术层面的差异性--通信系统方面:第二节

城市轨道交通全自动运行线路与传统线路的区别

1)自动化车辆段--在车场基地设置与正线一致的ATC控制系统，车辆洗车、试车、出入库等均由信号系统控制，自动完成；

2)完善的人员防护措施--全自动运行区设隔离措施(门禁、栅栏等)，且分区控制，通过对大库门、视频监控、广播、人员出入通道、接触网等联锁控制，实现运用设备、人员的安全防护。技术层面的差异性--车辆基地方面:第二节

城市轨道交通全自动运行线路与传统线路的区别

1)优化控制中心工艺布置--根据全自动运行的功能需求，优化控制中心行调、设备调度、乘客调度、维修(车辆)调度等的工艺布置，保证中心调度员有效、便捷操作；

2)席位设置--控制中心将由对司机的调度关系转变为直接面向车辆和乘客，在控制中心调度席位将做相应调整；

3)预案系统--控制中心依托高效智能的综合自动化系统，结合人工监视和干预机制，建立健全应急预案体系，当列车由于某种原因在区间发生停车、火灾、车门无法关闭等情况，控制中心能够通过报警信息迅速做出反应，启动应急预案，及时响应并采取措施，提高对灾害、事故等情况下的应急处理能力。技术层面的差异性--控制中心方面:第二节

城市轨道交通全自动运行线路与传统线路的区别运营层面差异性

运营层面主要指运营管理模式和维护保障两部分内容。

全自动运行线路运营管理模式与常规线路有共通之处，例如都采用控制中心和车站两级管理，及控制中心、车站以及现场三级控制的模式。但是在管控范围、岗位设置以及实现方式方面存在差异。对于全自动运行线路，其控制中心级管控范围更大、集中化程度更高、应急预案更丰富。与常规线路对比，车辆、站台轨行区、车辆基地全自动区域均纳入控制中心集中统一管控，车站涉及行车管控工作较弱化；人员方面控制中心级设置乘客调、车辆调或综合维修调，替代原来由司机管控的车辆上各系统设备状态信息和乘客服务工作。

全自动运行线路维护保障与有人驾驶线路存在较大差异，结合全自动运行线路的运营工况涉及多系统、综合联动处置，以及与系统设置相匹配的原则，宜采用综合化维护团队，设置多职能服务人员队伍，多专业综合处置正常、故障以及灾害运营工况。同样对于多职能队伍人员的基本能力以及综合素质要求较高，需要建立完善的培训以及预案体系。第三节

城市轨道交通全自动运行岗位职责或设置的变化1.乘务的变化

采用全自动运行之后，对传统乘务岗位带来的变化最大。传统线路模式下，列车乘务虽然在一线工作，但基本被“束缚于”司机室，几乎不直接面向乘客提供服务。当采用全自动运行之后，特别是采用客室值守或无人值守方式时，列车乘务将“摆脱司机室束缚”，将有机会从单一的重复性劳动转变到从事更具挑战与价值的工作，即直接面向乘客提供客运服务和对相关设备进行巡检。

在UTO运作模式下，列车乘务的大部分时间将用在为乘客提供服务以及巡检相关设备上，仅在发生突发情况时，才介入进行手动驾驶列车。城市轨道交通全自动运行岗位职责或设置的变化2.控制中心（OCC）的变化

随着传统乘务的部分职责移交给OCC，OCC的部分岗位及其对应职责均将产生一定变化，主要表现为OCC将增加车辆监控以及乘客服务的职能，以实现远程服务列车及站台乘客和远程监视及控制车辆。与传统线路调度相比，全自动运行下调度人员新增的岗位职责至少包括车辆监控及乘客服务的职责，具体如下：

（1）车辆监控职责包括：

全自动运行模式下的车辆远程监控。

列车的远程休眠、唤醒等操作。

列车故障时应根据故障现象进行判断，对于远程无法判断或处理的故障，应尽快安排相关人员现场处置。

（2）乘客服务职责包括：

全自动运行模式下的车辆远程乘客服务。

列车发生乘客报警、迫停区间等突发事件时与乘客紧急通话、进行远程广播。

通过CCTV监视客流等。城市轨道交通全自动运行岗位职责或设置的变化3.段（场）控制中心（DCC）的变化传统线路DCC一般由乘务和车辆专业人员联合组成，其中运转值班员（场调）、信号楼值班员、乘务派班员归属于乘务专业，车辆检修调度隶属于车辆专业。01采用全自动运行模式后，段场内洗车、调车、发车、收车等许多业务可以通过全自动运行系统进行集中控制，而且段场内的现场监控和出入自动化区域的管理也可以通过远程手段进行管控，因此DCC的业务模式也将发生深刻的变革。02传统4-5个岗位的DCC岗位设置模式，在全自动运行模式下，根据不同的运营实际可以精简到2-3个岗位即可完成。例如，有的运营线路就将负责段场内行车调度作业的信号楼值班员交由OCC的行调予以兼任。03城市轨道交通全自动运行岗位职责或设置的变化4.培训的区别

全自动运行系统培训体系与传统运营模式培训体系的主要差别体现在：培训课程设计、培训教材编写、培训周期确定、培训考核要求等，尤其对于复合岗位人员胜任性培训方面，要制定针对性计划，以达到全自动运行的要求。

培训的重点发生了变化。岗位复合及职责变化势必给岗位培训周期带来新的要求。与传统运营模式人员岗位培训内容较为单一，跨专业培训内容较少有所不同，复合岗位人员不仅要接受某一专业的业务知识培训，同时还要对岗位复合后所涉及的多专业多技能接受针对性的培训，故培养周期就应根据业务技能的掌握深度与广度的不同要求而变化。

同时因为岗位复合带来的一专多能的要求，在运营生产过程中应确保复合岗位人员的技能保持在一定的水平，避免操作技能日渐生疏、退化的情况。故运营单位应充分考虑强化培训，制定并开展科学合理的培训计划，确保岗位复合人员业务技能水平符合全自动运营模式的需要。第四节

城市轨道交通全自动运行系统应用及发展1.全自动运行系统全球建设情况

2002年，世界上第一条无人驾驶地铁在丹麦首都哥本哈根投入使用。

2008年以前，全自动运行技术推广比较慢，且多用于小运量或机场线等特殊需求的线路。2008年后，随着CBTC技术的迅猛发展，各地对地铁能力和运营需求的急剧增加，全自动运行技术开始在中、高运量地铁广泛运用。城市轨道交通全自动运行系统应用及发展2.国内新线全自动建设情况

国内轨道交通规划和在建线路中，北京、深圳、广州、苏州、武汉、南京、成都、西安等地均按照全自动运行的标准进行建设，陆续开通运营。

目前，国内已建或在建的全自动运行线路，均按照GOA4标准建设，运营方式大多计划由有人值守的模式(DTO)逐步过渡到无人值守的模式(UTO)。城市轨道交通全自动运行系统应用及发展3.我国现有无人驾驶地铁线路简介

截止到2021年2月27日，我国现在无人驾驶线路有：

北京地铁首条无人驾驶燕房线、大兴机场线；

上海地铁首条无人驾驶APM浦江线和上海10、14、15、18号线；

广州首条无人驾驶地铁APM珠江新城线、22号线首通段；

成都地铁9号线；

深圳地铁20号线；

太原地铁2号线；

香港地铁南港岛线；

西安地铁16、10、8号线，等等。城市轨道交通全自动运行系统应用及发展北京地铁首条无人驾驶燕房线城市轨道交通全自动运行系统应用及发展北京地铁大兴机场线城市轨道交通全自动运行系统应用及发展上海地铁10号线国内首条采用全自动无人驾驶技术的线路城市轨道交通全自动运行系统应用及发展上海APM浦江轨交线城市轨道交通全自动运行系统应用及发展广州首条无人驾驶地铁APM珠江新城线城市轨道交通全自动运行系统应用及发展太原地铁2号线全自动无人驾驶车辆城市轨道交通全自动运行系统应用及发展西安地铁16号线、10号线和8号线第五节

城市轨道交通全自动运行系统架构

城市轨道交通全自动运行系统是涉及多专业的综合性系统工程，各专业联系密切，深度集成，提升了轨道交通的整体自动化水平。其中，信号、车辆、综合监控、通信、站台门系统称为全自动运行的五大核心系统，各系统相较于传统线路在系统架构、功能接口、设备配置方面均有所增强。城市轨道交通全自动运行系统架构信号系统在控制中心增设车辆调度和乘客调度，用于实现车辆和乘客的相关监视、控制功能；设置备用控制中心，实现对控制中心的冗余备份；场段增设地面ATP/ATO设备，设置人员防护开关（SPKS）、休眠唤醒应答器等；正线车站增设站台门开/关门按钮、清客确认按钮及SPKS开关等。01车辆系统是全自动运行系统的载体，由于全自动运行列车一般不配置司机，因此需要高可靠性、高可用性车辆系统的支撑。全自动运行系统中，车辆司机室一般设置为开放式驾驶室，增加障碍物及脱轨检测装置，增加休眠唤醒功能，车辆关键设备冗余等。02综合监控通过集成和互联的方式，将各分散孤立的设备系统形成统一的监控层硬件和软件平台，实现对自动化系统设备的集中监控和管理。综合监控系统在全自动运行线路中可单独设置，也可与信号ATS子系统集成，构建以行车指挥为核心的行车综合自动化系统。03第五节

城市轨道交通全自动运行系统架构

04通信系统在全自动运行系统中需为调度人员提供车辆现场图像、故障信息以及相关联动指令的传输通道。由于在全自动运行中，车上不设置司机/乘务员，乘客遇到紧急情况需直接与中心调度人员联系，因此主要涉及通信系统的无线通信、视频监视、广播、乘客信息子系统等。

站台门系统除了常规线路具有的功能外，增加与车门的对位隔离、站台门/车门间隙探测等功能，为实现这些功能，在设备配置方面，增加与信号系统的网络接口，实现对位隔离信息互传；增加间隙探测设备等。

除上述五大核心系统外，全自动运行系统还涉及车辆段/停车场等在内的配套系统，各系统密切联动、高效协同，共同推动全自动运行的实现。第六节

城市轨道交通全自动运行系统工作原理1.唤醒与休眠

（1）唤醒

每天早上投入运营前，OCC会根据运行时刻表提前对即将投入运营的车辆进行高、低压上电，并进行唤醒操作；车载收到唤醒命令后，车辆和车载控制器（VOBC）首先进行上电自检操作，车辆将通过列车监控管理系统（TCMS）将车辆自检结果发送给VOBC，VOBC会将自身的自检结果和车辆的自检结果汇总报告给OCC。

如果自检成功，列车满足静、动态测试条件，VOBC向轨旁区域控制器（ZC）申请列车静态测试和动态测试授权，获得授权后，由VOBC发起、车辆配合，进行列车静、动态测试。如果测试成功，VOBC将向OCC汇报唤醒成功；如果自检失败或不满足测试条件，将不进行列车静、动态测试，则列车唤醒失败。

如果列车静态或动态测试过程中，某一项测试失败，均将中止执行下一步，并向OCC汇报列车唤醒失败。如果列车唤醒失败，则需要进行人工干预。

（2）休眠

列车退出正线运行，返回停车库或正线存车线，OCC会根据VOBC实时发送的当前列车状态，判断列车是否具备休眠条件，自动或人工向VOBC发送休眠命令；VOBC收到命令后，通过与车辆TCMS进行交互，最后将休眠结果反馈给OCC。同时，司机也可以按压休眠按钮人工进行休眠。当TCMS和VOBC采集到休眠按钮被按压后，将分别执行休眠操作，并将休眠结果反馈给OCC。

以下情况VOBC、TCMS不应该执行休眠操作：

①钥匙有效时，应先提示关闭钥匙，钥匙关闭前不执行休眠；

②VOBC判断自身发生重大故障时，将不能给出休眠允许；

③车辆通过TCMS向VOBC汇报车辆存在重大故障时，将不能给出休眠允许。城市轨道交通全自动运行系统工作原理2.站台区域控制--停站控制STEP4STEP3STEP2STEP1列车以无人驾驶模式满足进站条件后，进行对标停车控制：①如果自动停在停车窗内，VOBC向OCC汇报停稳信息；②如果欠标超过5m时，VOBC向OCC报警，并继续运行进行对标停车；③如果欠标或冲标未超过5m，VOBC向OCC汇报未停稳信息，并以向前或向后跳跃方式进行对标调整，向前或向后可多次进行跳跃动作；④如果冲标超过5m时，VOBC直接越过本站运行至下一站，向OCC报警，并通过车载乘客信息系统（PIS）向列车乘客进行广播。城市轨道交通全自动运行系统工作原理2.站台区域控制--车门和站台门控制

如果列车有个别车门有故障现象，车辆TCMS会将故障信息报告给VOBC；VOBC将车门状态信息发送给与之通信的计算机联锁（CBI）系统，同时汇报给OCC；CBI系统将信息发送给对应站台的站台门系统，然后站台门系统将对应的站台门进行对位隔离，列车停站开关门时，故障的车门和对应站台门将不参与开关门动作。

如果某个站台有个别站台门有故障现象，站台门系统会将故障信息发送给CBI系统；CBI系统将站台门信息发送给即将进站的VOBC，同时汇报给OCC；VOBC会将站台门信息发送给车辆TCMS，然后车辆TCMS将对应的车门进行对位隔离，列车停站开关门时，故障的站台门和对应车门将不参与开关门动作。城市轨道交通全自动运行系统工作原理2.站台区域控制--再关门控制

当列车停站时，车辆进行关门操作，若开、关车门3次后仍未成功关闭，车辆将通过TCMS给VOBC反馈进入防夹状态；站台人员确认可以关门后，按压站台关门按钮，由CBI系统通知VOBC输出关车门和站台门命令。城市轨道交通全自动运行系统工作原理3.远程控制功能1--远程触发紧急制动及制动缓解

为了应对紧急情况，OCC应该能够对全自动无人驾驶列车发送紧急制动指令，使列车紧急停车；也可以远程将导致紧急制动的条件恢复，远程缓解紧急制动。城市轨道交通全自动运行系统工作原理3.远程控制功能2--视频与广播

列车每节车厢和司机室内、外需安置摄像头，用于监控客室内、司机室和前方隧道情况。一旦出现紧急情况，视频监控系统能够即时将视频切换至事发地点，为乘客和OCC工作人员提供即时的现场信息，便于相关紧急情况的处理。OCC通过地面无线中心将广播信息发送给车载无线单元，列车广播系统根据车载无线单元的广播信息，实时进行列车广播。城市轨道交通全自动运行系统工作原理3.远程控制功能3--其他功能OCC还具有远程控制客室照明的打开与关闭、远程监测列车状态等功能。城市轨道交通全自动运行系统工作原理4.紧急情况处理1--紧急手柄与紧急呼叫

为了应对客室中的紧急事件，在每个客室内设置一个紧急手柄，乘客可以在紧急情况下拉下该手柄。一旦手柄被拉下，车辆TCMS和VOBC都将施加紧急制动命令，使列车停车。同时客室内还设置紧急对讲装置，允许乘客请求与OCC进行实时通信。城市轨道交通全自动运行系统工作原理4.紧急情况处理2--火灾报警系统

全自动无人驾驶列车配备火灾报警系统,当发生火灾时车辆向VOBC提供火灾报警信息；VOBC将火灾报警信息上报至OCC，OCC通过CCTV确认现场火灾情况。当车站发生火灾时，车站火灾报警系统将车站的火灾报警信息传送给OCC，OCC进行火灾确认。当火灾被确认后，将向乘客进行广播，并采取相应措施，对乘客进行救援和疏散。城市轨道交通全自动运行系统工作原理4.紧急情况处理3--蠕动模式

当VOBC与车辆TCMS网络间或车辆网络出现故障，或者牵引制动反馈异常等情况但制动硬线未报故障时，列车将向OCC申请进入蠕动模式。蠕动模式是列车限速运行（如25km/h）的一种后备运行模式。当OCC确认列车进入蠕动模式后，列车将在列车自动防护（ATP）系统的监督下运行进入站台停车，等待司机上车进行救援；如果VOBC与车辆TCMS间通信中断且制动硬线上报故障时，VOBC将向OCC申请救援。城市轨道交通全自动运行系统工作原理4.紧急情况处理4--雨雪模式

雨雪模式是指当列车运行于雨雪等导致列车牵引力和制动力下降的工况下，信号系统采用的特殊控制模式。该模式下VOBC会限制最大牵引和最大制动的输出，从而尽量防止空转打滑及按照限制的牵引和制动进行列车运行控制。OCC可以对全自动无人驾驶列车设置雨雪模式，并根据天气情况为全线设置临时限速，从而更好地保证特殊天气情况下列车的运行安全。第七节

城市轨道交通全自动运行系统接口1.信号系统与车站广播接口6.信号系统与综合监控系统接口2.信号系统与洗车机接口3.信号系统与停车列检库及洗车库库门接口4.信号系统与站台门系统接口5.专用无线通信与车辆广播接口第八节

城市轨道交通全自动运行系统总体说明及模式转换1.总体说明

全自动运行系统是一项多专业、综合性工程，涉及车辆、信号、综合监控、通信、站台门、场段（车库门、洗车机）等系统。各系统应增加或完善设备配置及功能，满足全自动运行总体要求，并提高系统RAMS性能指标，保障全自动运行系统的安全、高效、稳定运行。城市轨道交通全自动运行系统总体说明及模式转换2.模式转换

1.全自动运行模式（FAM）下实现列车的全自动运行功能。该模式为全自动运行线路的主要驾驶模式，仅当列车处于全自动运行区域中才能使用。

2.蠕动模式（CAM）为全自动运行模式下，车辆网络检测到故障，或车辆TCMS与车载信号系统通信故障时，列车限速运行的一种模式。

3.远程限制运行模式（RRM）为全自动运行模式下，在列车运营过程中，列车发生某些设备故障必须降级至RRM模式运行时，中心调度人员能对指定区域内的列车进行设置远程RRM指令，列车根据该指令，可在限速条件下完成自动定位功能，降低对运营的影响。

各模式之间转换示意图如右图所示。谢谢第二章智能动车组自动驾驶技术

一、列车运行自动化等级

国际公共交通协会（UITP）将列车运行的自动化等级（GoA）划分5级：

1.GoA0：无ATP防护，目视下的人工驾驶。

2.GoA1：ATP防护下的人工驾驶。

3.GoA2：司机监督下的自动驾驶,半自动列车运行STO（Semi-automatictrainoperation）。

4.GoA3：有人值守下列车自动运行DTO（Driverless

train

operation）。

5.GoA3：无人值守下的列车自动运行UTO（Unattended

train

operation)第一节

列车运行的自动化的等级（GoA）划分及国内外技术发展现状

司机、调度员和车站值班员联络图见左图，调度中心向车站下达限速调度命令；车站值班员签认限速调度命令；向车站列控中心传送限速调度信息；列控中心选择限速报文并向应答器传送；列车在经过有源应答器时接收限速信息。二、国内技术发展现状在右侧编辑区输入内容1.2016年3月珠三角佛肇、莞惠城际线路CTCS2+ATO开通运营，是世界上首次将自动驾驶技术运用到时速200公里等级铁路的范例。01在右侧编辑区输入内容2.2019年1月高速铁路ATO系统在京沈客专载客试用，成为世界上首条开通时速350公里动车组自动驾驶的运营线路。022020年初浩吉铁路智能技术综合试验结束，装备LKJ+辅助（自动）驾驶系统的列车完成了功能验证试验。3.2019年底京张智能高铁开通运营，两列装备自动驾驶系统的智能动车组在京张高铁扩大试用。03三、国外技术发展现状

1.英国--西门子，泰晤士联线，采用ETCS-2+ATO，应用在160km/h的城际铁路上。

2.澳大利亚--安萨尔多，货运自动驾驶，采用ETCS-2+ATO，货运铁路，2019年开始运营。

3.墨西哥--CAF泰雷兹，采用ETCS-2+ATO，应用在160km/h墨西哥城至托卢卡城际铁路，原计划2018年运营，后来于2022年开始运营。

4.日本新干线，2021年开始试验300km/h自动驾驶。5.法国SNCF铁路，2022年在法国铁路开始试验网运营列车自动驾驶。一、高铁ATO系统五大功能1.车站自动发车；2.区间自动运行（过分相、气密）；3.车站自动精准停车；4.车站自动开门（防护）；5.车站/站台门联动控制。二、技术构成及功能解析1.ATO车载设备ATO车载设备包含地铁ATO、人机界面、GSM-R、站台定位应答器和通信控制服务器等。2.CTCS列控设备CTCS列控设备包括CTCS-2/3级ATP、临时限速服务器、列控中心、调度集中。（一）技术基础技术构成及功能解析（二）ATO车载设备结构ATO车载设备结构由ATO主机单元、ATO接口单元和ATO通信单元组成。第三节

动车组自动驾驶技术的特点及研究11.实现了时速350公里高速铁路复杂线路下的动车组自动驾驶技术，开通了世界上首条高速铁路自动驾驶系统。22.自动驾驶技术自主可控，可持续提升高速铁路智能化水平。33.实现了CTCS-2/3级列控系统线路的互联互通。一、特点二、移动闭塞列车自动运行技术移动闭塞列车自动运行技术，见图。三、动车运用所无人自动驾驶技术研究

无人自动驾驶是当动车组列车在端站、动车运用所到发线和联络线内运行时，采用设置地面司机操作台，对自动驾驶车载设备扩展远程操控功能，通过宽带无线通信控制技术，结合视频监控技术，实现宽带无线通信覆盖特定区域远程操控或遥控自动驾驶作业。该功能有效降低司机劳动强度和提高现场作业的安全性。第四节

京张智能高速动车组智能行车

一、概述

京张智能高速动车组智能行车体现在自动驾驶、应急自走行、安全监测三个方面。京张智能高速动车组搭载CTCS-3级ATP+ATO铁路列控系统，在ATP系统的防护下，实现有人值守的自动驾驶功能。每个端车上都没有一套完整的ATO系统，两套系统独立运行。

1.ATO系统架构

车载设备在CTCS-2／CTCS-3级列控系统的基础上，增加ATO单元、GPRS电台及相关配套设备；地面在TSRS、CTC、TCC等设备上增加功能；车站股道增加精确定位应答器，构成京张高铁ATO系统。

2.ATO技术指标

ATO安全等级为SIL2级，安全相关功能由ATP系统实现，具体满足如下指标：

（1）ATO设备及功能不影响既有ATP设备的安全功能；

（2）ATO设备EMC指标满足GB／T24338.4的相关要求；

（3）ATO设备安全信息传输设计符合GB／T24339.1-2009、GB／T24339.2-2009的相关要求；

（4）ATO设备平均无故障时间（MTBF）不小于105h；

（5）ATO设备设计符合GB／T21562-2008、GB／T28808-2012、GB／T28809-2012及TB／T2615-94的相关要求；

（6）列车以平稳的减速度在目标停车点停车窗内停车，减速度的变化率满足冲击率的要求，控制列车减速度的变化率小于0.75m／s3；

（7）ATO系统自动速度控制功能精度为±2km／h；

（8）采用一次连续制动模式制动至目标停车点，且在进站前无非线路限速要求的减速台阶，站台定点停车精度指标为±0.5m，在完成精确停车的同时，ATO施加保持制动防止列车不会溜车。当施加牵引时，ATO取消保持制动命令。一、概述3.ATO主要功能

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、车门开门防护、车门／站台门联动控制。

ATO系统运行时由ATP设备保证列车运行的安全，ATO设备始终在ATP设备的监控下工作，其运行控制速度不超过ATP的防护速度。当ATO系统不具备使用条件时，转为人工控制（二）接口方案1.系统组成

京张智能高速动车组采用标准配置与奥运配置两种配置方式，对于ATO系统，两种配置系统组成相同。

ATO车载设备组件在车顶、车上、车下区域均有分布。

ATO车载设备主要包括：ATO主机、GPRS天线、ATO速度传感器、多普勒雷达（选用）、ATP开门允许选择开关、门模式开关、“ATO启动”灯按钮、ATO供电空开等。（二）接口方案2.机械接口

1）ATO主机

ATO主机工作电压为𝐷𝐶110𝑉(−30%∼+25%)，工作温度为−25∼+70℃ATO主机安装于头车二位端上方工具柜，在承重底板上预埋铆螺母（M10，4PC），以底部固定的方式安装。2）GPRS天线

ATOGPRS天线型号为KATHREIN741009，GPRS天线重量约为0.5kg，工作温度为-40℃～＋70℃。ATO系统GPRS天线安装于TC车外部车顶二位端空调机组后方区域。3）ATO速度传感器

ATO速度传感器，采用型号为HS22G5D的120齿霍尔速度传感器，模数1.5，速度传感器的额定工作电压为DC15V或24V，工作温度为-40℃～＋120℃，防护等级为IP68。

ATO速度传感器安装于TC车二位端转向架3轴二位侧，采用两个M8的螺栓进行紧固。为配合ATO系统提高测速精度，车辆取消该轴轴端接地装置，安装120齿测速齿轮，安装接口与80齿齿轮一致。4）多普勒雷达

ATO采用多普勒雷达型号采用德意达公司的DRS05／1SIC，多普勒雷达天线安装于TC车设备舱区域，车辆提供天线吊装支架，设备舱底板为天线开孔。5）ATP开门允许选择开关

ATP开门允许选择开关型号为：CRH16PC9663，此开关为CRH16系列手柄转动角度90的二档定位式转换开关。ATP开门允许选择开关安装于司机室故障面板上，ATP开门允许选择开关包括“ATP允许”位和“人工允许”位。当开关置于“ATP允许”位时，由ATP释放车门；当置于“人工允许”位时，由司机释放车门。（二）接口方案6）门模式开关和“ATO启动”灯按钮

门模式开关型号为：CG8S-2T92，此开关为CRH8系列手柄转动角度60的二档定位式转换开关。门模式开关安装于司机室二级操作区。门模式开关包括“MO／MC”位和“AO／MC”位。当开关置于“MO／MC”位时，由司机控制门开／关；当置于“AO／MC”时，由ATO控制开门，司机控制关门。“ATO启动”灯按钮型号为3SB3606-0AA41，绿色带灯自复位按钮，带有4对常开触点，“ATO启动”灯按钮安装于司机操作台区域。3.电气接口1）接口基本原则

ATO与车辆接口遵循以下原则：a.车辆只采信激活端ATO发送的控制和状态数据，及继电器接口控制命令。b.当进入自动驾驶模式时，车载设备通过网络输出的“ATO有效”字段为“有效”，同时继电器接口输出“ATO有效”干接点信号为“闭合”；当退出自动驾驶模式时，车载设备通过网络输出的“ATO有效”字段为“无效”，同时继电器接口输出“ATO有效”干接点信号为“断开”。c.当同时满足以下条件时，车辆判断“ATO有效”状态为有效，并执行ATO发送的TCMS控制命令（包括牵引、制动、保持制动、恒速命令（预留））和继电器接口控制命令（开门命令）：TCMS网络信息中“ATO有效”为“有效”；继电器接口中“ATO有效”输出干接点信号为“闭合”。d.当车辆判断不允许进入自动驾驶模式时，向ATO发送“动车组允许ATO控车”为“不允许”，同时不执行ATO输出的牵引、制动、保持制动、恒速命令（预留）、开门命令，并将“ATO启动”灯作灭灯处理。e.车辆按照实际收到的ATO控制命令通过TCMS网络向ATO进行反馈，当车辆判断与ATO网络通信异常时，将命令反馈数据字段清零复位。f.车载设备ATP休眠时，ATO退出自动驾驶模式，并将网络信号和继电器信号的“ATO有效”置为“无效”。g.车载设备ATP上电或唤醒时，未进入自动驾驶模式前，ATO设置网络信号和继电器信号的“ATO有效”为“无效”。具备自动驾驶模式条件并转入自动驾驶模式后，ATO设置网络信号和继电器信号的“ATO有效”为“有效”。3.电气接口2)TCMS网络接口

ATO系统与TCMS系统采用MVB／以太网通信，TCMS为主设备，ATO为从设备，ATO与TCMS之间采用双向通信，应用数据的刷新周期不超过500ms。3.电气接口3)继电器接口

继电器接口分为电平信号接口和干接点信号接口两种方式，车辆提供的电源DC110V(−30%/+25%)，电流最大不超过100mA。ATP、ATO与车辆继电器接口以及车辆各开关接口如右图所示。4.控制方案1）ATO系统进入和退出AM工作模式

当ATP处于完全监控模式（FS），且具备下列ATO使用条件时，ATO会将“ATO启动”灯信号发送给TCMS，通过“ATO启动”灯闪烁对司机进行提示。

司机按压“ATO启动”按钮方可进入AM模式，当TCMS采集到“ATO启动”按钮由未被按下状态到被按下状态，并持续1s（暂定）后，判断按钮状态有效，并向ATO连续发送3s（暂定）“ATO启动”按钮有效状态。

当ATP处于其他工作模式时，原则上不允许进入ATO模式。

进入AM模式的必要条件：

①处于FS模式（来源ATP车载设备）；

②方向手柄前向（来源ATP车载设备）；

③牵引制动手柄处于零位（来源ATP车载设备）；

④ATO工作正常（来源ATP车载设备）；

⑤ATP未输出紧急制动（来源ATP车载设备）；

⑥动车组允许ATO模式（来源车辆）；

ATO车载设备处于AM模式时，ATO发送给TCMS的“ATO有效”信号为“有效”，同时，TCMS通过硬线采集的“ATO有效”信号为“有效”。只有两个信号均为“有效”时，车辆才执行ATO发送的控制命令（包括牵引、制动、保持制动、恒速命令（预留）、开门命令）。同时，TCMS向ATO发送的“ATO有效命令反馈”信号为“ATO有效”。

ATO车载设备处于AM模式时，警惕功能只能通过脚踏或按钮实现。司机若操作列车牵引、制动手柄，则车载设备自动退出AM模式。接口方案1）ATO系统进入和退出AM工作模式

ATO车载设备处于AM模式时，若满足任一退出AM模式的必要条件，应自动退出AM模式并提示司机，若需司机在5s内确认（通过ATP和ATO共用的DMI），则ATP不输出常用制动，确认后转为司机操作；若未及时确认（0到5s空白期时间内车辆惰行），则5s后ATP输出最大常用制动，确认后ATP缓解该制动。

退出AM模式的必要条件：

①方向手柄不在向前位（来源ATP车载设备）；

②牵引制动手柄处于非零位（来源ATP车载设备）；

③ATO工作不正常（来源ATP车载设备）；

④ATP输出紧急制动（不包括ATP输出1、4、7级制动）（来源ATP车载设备）；接口方案1）ATO系统进入和退出AM工作模式

⑤动车组不允许ATO模式（来源车辆）。

AM自动退出后，无论司机是否确认，ATO有效均变为“无效”；

AM自动退出，ATP未输出最大常用前，车辆应采取如下保护措施：

①当牵引制动手柄处于制动位时，车辆TCMS转为接收司机手柄的制动指令；当处于牵引位时，只有手柄回零位后再处于牵引位，车辆TCMS才转为接收司机手柄的牵引指令；

②HMI显示屏“ATO有效”图标消失；

③HMI显示屏弹出1级故障；

④原有故障中，2级故障需要司机根据显示屏的提示对故障进行甄别，并采取相应的措施。

ATO车载设备记录司机的确认操作，并在DMI上显示当前工作模式。与之对应，车辆的HMI没有相关图标显示，显示处于ATO控车。（图标与ATP的DMI上显示的图标保持一致，显示条件为同时收到“ATO有效”的网络和继电器信号有效时；无效时不显示图标。）4.控制方案2）动车组允许ATO模式的条件

存在以下任一条件时，动车组车辆不具备ATO控车的条件，车辆向ATO系统输出“允许ATO模式”为不允许；其他情况下，车辆向ATO系统输出“允许ATO模式”为允许：

①8辆编组有2个及以上动车的牵引被切除；

②至少有一个车辆的空气制动不可用；

③车辆存在限速保护时；

④车辆自动施加常用制动时；

⑤车辆施加紧急制动（EB或UB）时；

⑥保持制动缓解／隔离时；

⑦动车组车辆监视到车载ATO系统的通信状态失效。

以上7种不允许进入ATO的条件以一个字节进行故障描述并传输给ATO，同时车辆系统记录并输出故障诊断代码。

动车组车辆不允许进入AM模式时，车辆不采用ATO输出控制指令。4.控制方案3）车站自动发车

对于始发站，司机以C2部分模式或C3目视模式发车，当列车在运行过程中进入完全模式并且满足进入AM模式条件时，“ATO启动”灯闪烁，司机可按压“ATO启动”按钮进入AM模式。（进入AM模式的结果：网络信号的“ATO有效”为有效和继电器“ATO有效”的干节点闭合。）

对于中间站，车载设备处于AM模式，ATO确认车门关闭，方向手柄向前，牵引制动手柄处于零位，且发车条件具备后，闪烁“ATO启动”灯提示司机，司机确认车门关闭后，根据发车提示按压“ATO启动”按钮，ATO根据列车运行计划信息，控制列车发车。

若发车时车载设备无法转入AM模式，需由司机人工驾驶列车从车站出发，待具备进入AM模式条件后，“ATO启动”灯闪烁，司机可按压“ATO启动”按钮进入AM模式。

“ATO启动”灯状态含义：常亮，AM模式；闪烁，AM模式下从常亮到闪烁，发车提示；非AM模式由熄灭到闪烁，提示进入AM模式；熄灭，非AM模式。

当ATO启动输出牵引时，取消保持制动施加和制动输出信号。车辆根据缓解条件自动缓解保持制动。4.控制方案4）区间自动运行

①车载ATO设备根据地面设备提供的运行计划或按预选驾驶策略，控制列车加速、巡航（ATO的恒速）、惰行、减速和停车，实现自动按运行图运行。

②若运行计划不可用时，车载设备不退出AM模式，并自动选择预选驾驶策略中的默认策略控制列车。预选驾驶策略设置如下：

策略1：低于ATP曲线5km／h，为默认策略。

策略2：低于ATP曲线2km／h

策略3：低于ATP曲线8km／h

③区间信号关闭时，ATO按照ATP的防护曲线在ATP的目标停车点前一定距离（可配置）自动停车。区间重新开放信号后，若满足车载设备进入AM模式条件，提示司机确认，此时司机可重新按压“ATO启动”按钮进入AM模式自动运行；

④当进入AM模式时，在司机显示屏HMI上显示动车组处于自动驾驶模式；当退出AM模式时，在车载ATO的DMI上提示ATO已退出；

⑤当进入AM模式时，由ATO系统将牵引的百分比指令通过网络传输给车辆的TC-MS系统；

⑥当进入AM模式时，ATO的制动控制指令通过网络信号传输级位信息；

⑦ATO不输出紧急制动EB；

⑧当进入AM模式时，ATO系统的巡航模式由ATO系统完成，由ATO系统将牵引的百分比和制动的级位指令传输给车辆TCMS系统；

⑨“ATO有效”信号转为无效，车辆TCMS转为接收司机手柄的指令；

⑩当进入AM模式后，牵引制动手柄不处于零位，当处于制动位时，车辆TCMS转为接收司机手柄的制动指令；当处于牵引位时，只有手柄回零位后再处于牵引位，车辆TCMS才转为接收司机手柄的牵引指令；

⑪当进入AM模式后，方向手柄非前向时，车辆TCMS转为接收司机手柄的指令。4.控制方案5）车站自动停车

车载ATO设备通过精确定位应答器进行位置校正，并根据地面设备提供的停车标位置及列车运行状况，自动控制列车准确地在车站股道停车标处停车。当列车停稳停准后，车辆判断ATO状态为有效时，保持制动由ATO系统施加，“保持制动施加命令”通过TCMS发送给车辆，当输出为“保持制动施加有效”时，ATO输出保持制动，同时持续输出大于等于4级的制动级位。在保持制动施加时，BCU响应ATP＋ATO输出的最高制动级位；保持制动缓解由车辆系统TCMS自动缓解。当ATO状态为无效时，该字段为“保持制动施加无效”，保持制动的施加和缓解由车辆执行。当ATO有效时，若ATO在停车期间未输出“保持制动施加有效”，由ATP进行遛逸防护确保安全；ATO有效时BCU不响应保持制动缓解硬线指令。

动车组换端时，ATP进入休眠模式，ATO退出AM模式，ATO不再施加保持制动，保持制动由车辆继续施加。另一端激活后，ATO在进入AM模式前，不输出保持制动。4.控制方案6）车门开关控制

①车载ATP设备应判断列车停准且停稳，并根据轨道相关应答器中的站台侧信息，进行车门开门防护。站台侧信息为“左侧”或“右侧”，输出“允许开左门”或“允许开右门”。

站台侧信息为“双侧”，同时输出“允许开左门”和“允许开右门”。

列车停车精度大于ATP允许开门精度时，不得输出“开门允许”。

ATP在列车运动过程中不输出“开门允许”。

ATP在停准停稳后且列车速度为0时，方可输出“开门允许”。

ATP输出“开门允许”后在短时间（ms）内输出开门指令，同时伴随屏蔽门控制指令。

②新增一个2位开关“ATP开门允许”选择开关，设置“ATP允许”和“人工允许”。车载ATO设备控制列车在站台停准且停稳后，根据“门控模式”开关和“ATP开门允许”开关信息，进行车门开关控制。

ATP系统通过继电器干节点将“开左门允许”或“开右门允许”信号叠加到现有车辆“释放左门”或“释放右门”硬线控制信号；同时车辆TCMS系统根据以上控制信号点亮相应的“门释放”指示灯；

ATO系统通过继电器干节点将“开左门”或“开右门”信号叠加到现有车辆的“开左门”或“开右门”硬线控制信号，实现“开左门”或“开右门”功能。

③车辆新增一个2位置开关，采集门控的MO／MC，AO／MC模式通过网络输出给ATO系统。ATO提供以下两种车门控制方式：

手动开门／手动关门（MO／MC）；由司机负责开／关车门。

自动开门／手动关门（AO／MC）；由ATO自动打开车门，由司机手动关闭车门；在AO／MC模式下，允许司机人工操作车门。4.控制方案6）车门开关控制

④车辆控制系统应该按照ATO门控模式的选择开关位置与车门控制按钮进行硬线联锁。

门模式开关处于MO／MC位置时，门控方式与现有控制方式相同；

门模式开关处于AO／MC位置时，由ATO输出的开门控制信号与司机控制的开门信号并联，由司机手动关闭车门。车辆系统提供车门的人工控制功能，且优先级高于ATO车门控制指令。

⑤下列情况之一时，ATO不提供自动开门功能：

ATP给出双侧门允许；

本股道运行计划为“通过”或运行计划不可用；

本股道运行计划为“不办客”；

列车停车精度大于ATO允许开门精度。

ATO不提供自动开门功能时，应在ATO的DMI及TCMS的HMI上进行提示。车辆的TCMS屏上的车门界面上显示ATP人工允许状态和ATO的AO／MC和MO／MC状态。

“ATP隔离开关”在“隔离”位时，ATP不输出开门允许。

在设置站台门的情况下，为避免“ATP门允许”给出后，本地进行开门操作，当ATP开门允许选择开关处于“ATP开门允许”位，通过网络将“ATP开门允许”信号发送给车门，若此信号有效，车门屏蔽本地开门功能。4.控制方案7）车门／站台门联动控制01①设置站台门的线路，在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。②车站／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。③车地通信正常时，站台门开／关门命令应2s（暂定）内由列车发送至站台门系统。车辆可配置车门动作延时时间（2s，暂定），以满足站台门和车门同步打开、关闭。02034.控制方案8）隧道信息

①车载ATO设备在列车接近隧道时，通过MVB向TCMS发送隧道信息，隧道信息包括：隧道入口距车头距离（备注：隧道入口距车头距离值）以及隧道长度（备注：当长度超过65534m时，ATO将本字段置为65534m）。

②地面设备仅提供长度大于300m的隧道信息。相邻隧道间距大于500m小于1000m时，隧道信息应合并描述。

当“ATO故障信息”为“故障”时，ATO将表示隧道信息的字段置为默认值，车辆不采信该字段信息。当“ATO故障信息”为“无故障”时，TCMS将该字段信息传输给空调系统用于压力保护。

备注：隧道信息为连续的距离信息。4.控制方案9）自动过分相

车载ATO设备以AM模式运行时，不影响ATP自动过分相功能。

动车组处于ATO的AM模式控车时，在过分相信号有效期间，ATO系统通过网络输出给车辆的“牵引／制动命令状态标志”不为牵引，“牵引控制量”设为0。二、应急自走行

1.必要性

动车组在运行过程中，因遇到接触网断电、全列高压或牵引设备故障导致列车无动力，在不依靠外界救援的情况下，车辆无法运行。京张动车组考虑到特殊原因，需要保证故障工况下动车组不需要外部救援就能够自走行，应急自走行需求度较高。2.功能需求

1）动车组利用车载电源系统，在接触网断电或高压设备故障情况下，具备应急自走行的功能。其中应急自走行即应考虑动车组具备在京张高铁任何一个区间发生供电故障时，动车组均可通过此功能、应急自走行至就近车站的能力（可以反向行车），同时还应考虑至少具备自走行20公里的能力，其中5‰上坡道5公里、平直道15公里，走行速度30km／h。

2）动车组利用上述车载电源系统，除具备应急自走行功能，还可兼顾具备应急空调供电功能。3.设备构成

为实现京张智能高速动车组应急自走行和空调应急供电功能，京张智能高速动车组新增双向充电机和动力蓄电池，取消原单向充电机，将DC110V电池系统与DC635V电池系统整合为一箱动力蓄电池。4.电路拓扑结构及功能描述

在动车组的头尾车分别增加一套双向充电机＋动力蓄电池。当车辆正常运营时，双向充电机通过交／直流模块为动力蓄电池充电，同时通过直／直流模块为车辆DC110V母线负载（辅助设备）供电。

HMI上设有空调应急供电和应急自走行模式可选，当接触网断电或全列高压及牵引设备故障时，需在HMI上手动激活应急供电模式，双向充电机激活直／交流逆变模块，将动力蓄电池的直流电压转换为3＊AC380V电压为空调系统供电；当需要启动应急自走行时，动力蓄电池闭合输出接触器将直流电接入牵引变流器中间直流环节，经牵引逆变器带动牵引电机供电运行。

动力蓄电池通过非隔离型双向AC／DC模块接入3AC380V母线：

正常工况下，3AC380V通过双向𝐴𝐶/𝐷𝐶动力蓄电池组充电，再经隔离型DC／DC为整列DC110V母线供电；

应急自走行工况下，动力蓄电池通过双向充电机向3AC380V交流母线提供电源，为应急牵引相关冷却通风负载以及空调、空压机应急供电，同时通过动力电缆并联接入牵引变流器中间直流环节，为牵引逆变器供电。4.电路拓扑结构及功能描述在使用低压DC110V电源时，动力蓄电池通过隔离型𝐷𝐶/𝐷𝐶并入DC110V母线，为低压负载供电。利用应急自走行系统可实现如下功能：1提升30‰坡道起动能力，提高山区适应性；2动力电池长时为全列DC110V低压负载供电；3在弓网或高压系统发生故障时，实现车辆应急自走行驶出隧道／桥梁或到达最近车站；4可启动应急空调供电，延长列车停放时间；5可启动主空压机，为全列用风设备供风，满足乘客乘坐舒适性。64.电路拓扑结构及功能描述

京张智能高速动车组由两个对称的牵引单元（1-4车和5-8车）组成，综合考虑车下设备排布空间、动力冗余性、经济性与可用性等因素，在2／7车车下设置接触器分线箱，其中1车动力蓄电池可为2车或4车牵引变流器供电，8车动力蓄电池可为5车或7车牵引变流器供电，使用应急自走行功能时单个牵引单元仅启用1台牵引变流器。1／8车双向充电机采用并网供电模式，为3AC380V辅助负载供电。5.工作模式

在启用应急自走行或应急空调模式时，基于电路拓扑结构，可实现以下工作模式的转换。

四种工作模式中，工作模式①与工作模式②，属于动车组正常运用情况，自动转换工作模式，不需要手动操作；工作模式③与工作模式④，属于接触网无电下的故障工况，需要司机手动操作进入该模式：

为满足乘客乘坐舒适性，可进入工作模式③；

为尽快驶离接触网无电区，可进入工作模式④；

为满足京张智能高速动车组技术要求，整车设计方案中新增工作模式③、工作模式④和工作模式⑤。6.应用场景分析

针对工作模式③与工作模式④的自救援情况，可考虑以下场景下应用该应急工作模式。

应急自走行进入工况较多，限制因素主要包括电池剩余电量、停车地点、季节因素等。

综上，由于车载动力蓄电池电量有限，除非停车点距离车站较近，否则应在进入应急自走行模式时，不启动空调制冷／制热，确保动力蓄电池剩余电量能够完全用于应急自走行需要。7.设备选型1)动力蓄电池

考虑到钛酸锂电池已在CR400BF平台动车组批量应用，为满足应急自走行功能对安全／可靠性的要求，京张智能高速动车组采用钛酸锂电池作为动力源，与其他类型电池相比，钛酸锂电池具有如下优势：

（1）倍率放电能力强；

（2）低温放电性能优；

（3）循环寿命长；

（4）无记忆效应。7.设备选型2)双向充电机

双向充电机以CR400BF平台动车组充电机为基础进行设计，增加AC／DC模块，实现双向供电功能，包含2组AC／DC模块和2组DC／DC模块，系统冗余性更高。双向充电机具有如下功能和性能：a.AC／DC采用三相四象限整流技术，为动力蓄电池及𝐷𝐶/𝐷𝐶供电；b.应急自走行模式下：DC635V电池放电，经𝐷𝐶/𝐴𝐶逆变和LC滤波，输出正弦3AC380V电源；c.𝐷𝐶/𝐷𝐶是移相全桥变换器，满足DC／DC长期满载运行；d.具有漏电检测、过压／过流、充放电保护、缺相保护等安全保护功能，采用强迫风冷；e.具有3AC380V和DC110V零压启动功能。

其双向充电机工作模式如下：正常工作模式：列车正常升弓运行时，双向AC／DC模块工作在整流模式下，从3AC380V中压母线取电，为DC635V动力蓄电池和DC／DC充电机供电。双向AC／DC模块检测到输入三相电符合整流器启动条件后，闭合预充电接触器，当直流支撑电容电压达到预定电压值时闭合主接触器，当不控整流电压值达到启动条件时切换到可控整流模式，给DC635V电池及DC／DC模块供电。充电机主要由两个功率模块PM1、PM2，每个功率模块额定输出40kW，充电机对外额定输出80kW，采用移相全桥DC／DC电路，直流电经过全桥逆变变为交流电，通过变压器传递到变压器副边，副边交流电经过全波整流后变为脉动的直流电，在经过LC滤波输出稳定的直流电压。

牵引供电模式：弓网故障或高压系统故障时，DC635V动力蓄电池同时给牵引中间环节和双向AC／DC模块供电，驱动整车自走行，同时给冷却风机、冷却泵、空压机等必要中压负载供电。8.应急自走行操作1）操作说明和操作前注意事项

进入应急自走行和空调应急供电功能，司机需在占用端HMI上进行操作。HMI上设有“应急自走行”和“应急空调”供电模式选项，当接触网断电或全列高压设备故障时，司机可在HMI上手动激活该模式。

进入应急自走行和应急空调模式前，注意事项如下：

（1）启动应急自走行模式时，必须选择2辆动车，车号选择仅有如下组合方式：2车和7车、4车和5车、2车和5车、4车和7车；

（2）启动应急自走行模式前，需确认所选动车的牵引变流器无故障且未被切除；

（3）若无法启动应急自走行或应急空调模式，需查看故障记录，确认无动力电池“三级”故障后，操作小复位，可尝试选择其他车辆组合方式再次进入应急自走行模式；

（4）点击“启动应急自走行”模式后，启动等待数s，待看到HMI上绿色图标亮起后表明已进入该模式；

（5）启动应急空调模式前，需确认全列空调未处于手动控制方式；

（6）中压母线发生短路故障、电池电量过低时，不能进入应急自走行和应急空调模式；

（7）启动应急自走行或应急空调模式，换端无提示，换端插入钥匙后模式不自动退出。8.应急自走行操作3）运行中注意事项（1）应急自走行模式下高于一定速度值后牵引力自动退出，低于自动恢复；1（2）应急自走行模式下，仅能使用牵引级位模式行车，不具备自动恒速控制功能；2（3）应急自走行模式下，无自动过分相功能；3（4）应急自走行模式下，仅能施加空气制动，模式启动后需时刻确认总风管压力在正常范围内；4（5）应急自走行模式下，可参考HMI上“走行信息”界面和语音提示信息，进行行车规划；5（6）应急自走行和应急空调模式下，没有电池低电压保护，达到保护值后会自动退出模式，请运行中时刻关注动力电池电压值；6（7）为尽可能确保应急自走行驶出无电区，应急自走行前须退出应急空调模式，节省电量。79.应急自走行能力

考虑到应急自走行时，动力电池需进行大功率3C放电，应急自走行时可满足最大上坡道为15‰。10.主动灭火装置1）技术方案动力蓄电池作为应急自走行动力源，箱内排布有2000余个锂电池单体，且其内部空间狭小与高压接触器、熔断器等电气部件距离较近，一旦发生火灾，如果不及时阻止，后果不堪设想。动力蓄电池箱火灾防控装置是一套专注于列车蓄电池箱内部热失控火灾防控的智能装置，实现电池箱内部早期火灾感知、智能判断、抑制初期火灾，具备电池热失控早期预警、自动喷放、手动启动喷放功能。实现对电池箱火灾实时检测与火灾防控功能。1／8车动力蓄电池箱外安装有1台控制器、1台消防箱；动力蓄电池箱内安装有6个火灾探测器用来采集电池箱内部区域的烟雾浓度和温度，2条感温电缆用来采集电池箱体内区域的超温信息。火灾探测器将信息通过CAN总线传输给控制器，同时控制器通过连续采集感温电缆阻值信息来确定火灾情况，如有火情控制器自启动灭火。电池箱火灾防控装置将信息通过RS485通讯方式发送给烟火报警系统，再由烟火报警系统将信息发送给车辆TCMS系统。10.主动灭火装置2）系统控制逻辑之自启动逻辑

当2条感温电缆报警、2个火灾探测器报警，或1个火灾探测器、1条感温电缆报警，控制器控制启动消防箱喷放药剂。10.主动灭火装置系统控制逻辑之手动启动逻辑为防止电池箱火灾防控装置在火灾产生时功能失效，在出现以下情况时，可通过手动按钮人工启动消防箱喷放药剂：观察到车下蓄电池箱位置冒烟或起明火时；01观测到车下蓄电池箱有热失控产生的爆炸声音时。02三、车载安全监控系统技术概念

长期以来，在保障动车组运行安全方面，中车长客股份开展了大量的研究工作，并形成了轴温监测装置、转向架失稳检测装置、车体平稳性监控装置等多种技术路线的独立监测系统。尽管对高铁列车运行安全发挥了保障作用，但是由于前期的安全监测系统是在不同时期陆续进行试验和安装的，只能实现对轴承温度、构架振动、车体振动等物理量分别进行监测，无法形成多系统、多学科的综合安全评估体系，且在标准、接口和安装规范方面也有必要进行完善和统一。因此，在前期已有的动车组安全设备的基础上，基于标准化、平台化的要求，针对我国动车组运用安全监控的现状与需要，研制动车组安全与运维集成平台，以实现下列目标：平台化、综合分析评估；监测运营和检修一体化；高铁动车组未来发展提供运营状态的评估信息。四、系统构建原理

车载安全监控系统分为车载安全监测系统、车地信息无线传输系统和地面运维支持系统三个部分。系统构建原理车辆级诊断车载安全监测系统的数据来源于两部分：TCMS已集成的监测数据通过列车网络获取，TCMS未集成的监测数据和新测功能（如轴承和传动系统监测、转向架失稳监测、车体平稳性监测）的监测数据从车辆级主机获取。01车辆级诊断对通过车辆级安全监测网获取数据，对本车辆的部件或功能进行状态实时监测，如轴承超温、转向架失稳等，并将监测数据和诊断结果通过安全监测网传送给列车级主机，作