CN101943898B - 车列实时控制系统 - Google Patents
车列实时控制系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101943898B CN101943898B CN2008101984695A CN200810198469A CN101943898B CN 101943898 B CN101943898 B CN 101943898B CN 2008101984695 A CN2008101984695 A CN 2008101984695A CN 200810198469 A CN200810198469 A CN 200810198469A CN 101943898 B CN101943898 B CN 101943898B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- time
- real
- node
- network
- communication
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Small-Scale Networks (AREA)
- Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)
Abstract
本发明涉及一种车列控制系统，尤其是一种车列实时网络控制系统。它包括至少两个智能控制节点，所述智能控制节点中包括一个主节点和至少一个从节点，所述主节点与从节点之间通过双CAN连接组网构成。本发明的车列实时网络控制系统参考TCN标准的要求，结合CAN网络的特点。我们采用双路CAN，实施冗余切换、实时通信控制方法，实现基于双CAN的车列实时控制网络。可以达到甚至超过MVB车列网络的性能要求，并且带来低成本、简单易用的特点，便于推广，从而提高国内车列控制系统的网络信息化程度。
Description
技术领域
本发明涉及一种车列控制系统，尤其是一种车列实时控制系统。
背景技术
目前，随着电子计算机以及网络技术的发展，车列因控制系统复杂，系统庞大，众多的智能节点设备之间存在许多信息交互，实施网络控制越来越形成一种必然趋势。关于车列、车列网络控制，有IEC61375—TCN(Train Communication Network)标准，它提出了网络双线冗余，实时、高可靠、开放互联的通信要求。TCN标准中定义的MVB(Multifunction Vehicle Bus)网络，在国内铁路或地铁行业已有使用，但使用过程都是采用进口网卡或成套系统设备，成本高，技术较封闭，难以在国内的车列上大范围推广。
作为众多的现场总线之一，CAN(Controller Area Network控制器局域网)网络已经广泛运用于汽车等诸多领域，具备可靠、开放互联并且成熟通用的特点。如何灵活地运用在车列上，满足车列设备间的特殊通信控制要求，还没有完整的解决方案。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种成本低、利于大规模推广的车列实时控制系统。
本发明是通过如下技术方案来实现上述目的的：
它包括至少两个智能控制节点，所述智能控制节点中包括一个主节点和至少一个从节点，所述主节点与从节点之间通过双CAN连接组网构成。
优选地，每个智能控制节点包括车列控制应用功能软硬件模块、基于实时协议的通信控制模块、信道冗余切换控制模块、双路CAN控制及驱动硬件模块。
优选地，主节点的通信控制模块将实施对CAN通信介质分配的强制调度控制，发送定时通信令牌，所有从节点的通信控制模块将按照主节点信令要求占有或释放网络介质资源。通过令牌同步，各节点需要定时通信的数据的传输到达时间与时延预先得到确认。
优选地，网络介质资源划分成若干等距的最小基本通信周期，每个基本周期分成定时周期相与零星周期相两部分，有实时要求的过程数据包将在定时周期相按照既定的时间点进行，无实时要求及零星的消息数据包将在零星周期相通过仲裁竞争完成。
优选地，基本周期进一步衍生出特征周期，实时性要求低的过程数据将以较大的特征周期通信。
优选地，进行特征周期分配表计算时，主节点控制每个基本周期内定时周期相分配的过程数据包所需的时间小于定时周期相时间。
优选地，线路故障界定将以实际关联的节点之间分段界定。
优选地，这里双线冗余区别于简单的双线信号重复，容量不变。在双线正常的状态下，它将实现双倍容量进行通信。
本发明的车列实时控制系统参考TCN标准的要求，结合CAN网络的特点。我们采用双路CAN，实施冗余切换、实时通信控制方法，实现基于双CAN的车列实时控制网络。可以达到甚至超过MVB车列网络的性能要求，并且带来低成本、简单易用的特点，便于推广，从而提高国内车列控制系统的网络信息化程度。
附图说明
图1是本发明第一实施例的节点构成与网络拓扑示意图；
图2是本发明第一实施例的工作流程示意图。
本发明目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
本发明参考TCN标准的要求，结合CAN网络的特点。我们采用双路CAN，实施冗余切换、实时通信控制方法，实现基于双CAN的车列实时控制网络。可以达到甚至超过MVB车列网络的性能要求，并且带来低成本、简单易用的特点，便于推广，从而提高国内车列控制系统的网络信息化程度。
如图1所示，本发明的第一实施例本发明基于双CAN的车列实时控制网络由车列上若干智能控制节点，通过双CAN连接组网构成，每个智能控制节点包括车列控制应用功能软硬件模块、基于实时协议的通信控制模块、信道冗余切换控制模块、双路CAN控制及驱动硬件模块等4块。本网络里，实现实时通信主动控制的节点将成为主节点，并且只有一个，其它实现实时通信从动控制的节点将称为从节点，网络的主从功能与应用功能无关。对于车列网络控制的应用，智能节点设备的构成除了应用功能软硬件模块之外，其余三块属于本发明部分，区别于当前其他网络智能节点设备的通信控制实现部分。
车列控制应用功能软硬件模块，用于实现车列的控制功能，如实现司机控制指令、车列速度、电机电流、设备状态等数据采集，车列电路系统的逻辑控制，车列电机的牵引控制，故障诊断等等，这些功能将分布于车列各个智能控制节点里。
与CAN多主通信无主从节点区分不同，本网络实行主从式通信模式，主节点的通信控制模块将实施对CAN通信介质分配的强制调度控制，发送定时通信令牌，所有从节点的通信控制模块将按照主节点信令要求占有或释放网络介质资源，网络介质资源指网络通信信号传输时占据的物理信道，即节点之间网络连接线。通过令牌同步，各节点需要定时通信的数据的传输到达时间与时延预先得到确认。
网络介质资源分配策略将网络介质资源划分成若干等距的最小基本通信周期，每个基本周期分成定时周期相与零星周期相两部分，有实时要求的过程数据包将在定时周期相按照既定的时间点进行，无实时要求及零星的消息数据包将在零星周期相通过仲裁竞争完成，仲裁过程在CAN通信中有详细描述，即在同一条通信线(通信介质)，当多个节点试图在同一时段启动通信时，将会造成信号重叠，数据被破坏的状况，所有节点的通信都可能失败，为了解决该问题，CAN通信规定了一种仲裁机制，在不破坏各节点数据的情况下，让各节点按照特定轮流占用通信线。为了满足不同的实时性需求，以基本周期为基础，衍生出特征周期，n次特征周期的时间将是基本周期时间的2的n次方倍，实时性要求低的过程数据将以较大的特征周期通信，根据最低的实时要求，将决定最大特征周期的N值，一般取值3～8。进行特征周期表计算时，主节点必须保证每个基本周期内定时周期相分配的过程数据包所需的时间小于定时周期相时间。上述实时要求具体指在发生通信时，从启动通信到完成通信的时限要求，每次发生必须是确定的时间完成。一般的因特网是非实时的，或快或慢，没有确定的时间。
如图2所示系统上电初运行时，首先完成CAN控制器的初始化，然后进入到主节点竞选过程：所有节点，上电一开始，在设定的时间内，当没有监测接收到主节点同步令牌或其他标识主节点信息的数据时，将发送主节点竞选帧。不同节点因启动发送时刻的不同，并结合CAN通信的仲裁机制，第一个成功完成发送竞选帧并且获得确认的节点将获得主节点权利。通过竞争与确认流程网络中最终将产生唯一的主节点，其它节点自动进入从节点状态，并将自己的过程数据包数量及对应的实时要求等通信信息发送给主节点，主节点通过运算确定最大特征周期，产生特征周期分配表，并通知发送到所有节点，完成实时协议的初运行后。
之后，在每次最大特征周期的开始，主节点将广播发送用于同步的的数据帧，各从节点收到同步令牌后，将按照既定的特征周期及基本周期定时相位置，获得同步，启动过程数据包的发送。在同一基本周期的定时周期相内，多个过程数据包将不区分先后顺序，将利用CAN的基于优先级的总线仲裁自由发送，可以减少许多调度运算，优化通信的实时性能。在每个零星周期相，所有消息数据包都将可能同时尝试发送，无论发送完成与否，在零星周期相完成前，必须关闭发送，避免影响周期相的数据通信，未完成的消息数据通信将在下一零星周期相再次启动。
当发现主节点丢失，自身无法竞争获得主节点地位时，从节点将按与预先设定的特征周期表，虚拟节点内部令牌，按照虚拟令牌启动通信，尝试进行基本通信。
在物理链路层，将实施信道冗余切换控制，一上电，所有网络节点将实时监视判断两路CAN(这里称之为A线和B线)的通信状态，包括节点数据链路、隔离驱动电路和外部传导网线的连接等。然后实施分段界定信任和非信任状态的通信控制策略。这里通信状态的分段对象将不是节点物理端口或整条线路而是具体到一个数据包所对应的源节点到目的节点之间的通信路径，通过细化到每个数据包通信路径，网络的通信状态将以所有数据包的通信路径进行分段界定和标识，地维持正常通信。
通常的双线冗余，例如在MVB网络中，A、B线的分工是一组界定为信任线，另一组界定为监视线，只能由信任线承担通信任务，监视线处于同步重复的发送接收或备用状态。在这里，不单独设定监视线，双线都可同时承担信任线的角色承担通信任务，并相互监视通信状态。此时在定时周期相，所有过程数据包将设定在A、B线之间轮流交替进行通信。出现故障，当某个数据包对应的A线或B线通信路径中一个处于非信任态时，该数据包将在唯一的信任线进行通信，其结果是该数据包的通信周期延长为双线通信时的2倍，实时周期通信的特性保持不变，满足一般实时通信控制的需要。出现故障，当某个数据包对应的A线或B线通信路径都均处于非信任态时，该数据包无法通信。相反，在正常的情况下，所有数据包将利用A、B线路资源同时进行通信，在相同的实时要求条件下，此方式的通信容量实现了单信任线方式下的2倍。
对于主节点，除了完成从节点相同的功能，还将对网络里所有的通信状态信息汇总，解析报告。
双路CAN控制及驱动硬件模块主要包括：2个CAN控制器，可以使用独立的CAN协议芯片如sja1000或节点应用处理器自带的CAN控制器接口；以高速光耦HCPL-0611实现的接收发送隔离电路；以CAN驱动器TJA1050实现的CAN驱动电路等。
通过本发明，实时通信控制协议，可以实现与MVB通信等同的实时通信性能；而且，主节点采取在每一个最大特征周期发送一次同步数据帧的方式，与MVB中主从帧配对同步的方式相比，几乎消除了对应的所有主帧，按照MVB的主帧长度与有效从帧的长度比例，容量约提升0.3～0.5倍。再次，本发明的冗余切换控制方式，在正常状态下，双路CAN同时独立使用，比TCN标准中的MVB双线冗余方式，在相同波特率情况下，恰好提高1倍的通信容量。综合计算，即使本发明中的CAN线路采用波特率500Kbps，而MVB采用标准波特率1.5Mbps，两者的通信容量却大体相当，而采用较低的波特率500Kbps相比波特率1.5Mbps，将更容易获得较好的EMC效果和实现长距离的通信。
相比较于TCN网络中节点采用的MVB网卡，进口价格都在2500元以上，而本发明网络中的网络接口主要包括双路CAN的硬件，成本在300元以内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种车列实时控制系统，它包括至少两个智能控制节点，其特征在于：所述智能控制节点中包括一个主节点和至少一个从节点，所述主节点与从节点之间通过双CAN连接组网构成；所述主节点的通信控制模块将实施对CAN通信介质分配的强制调度控制，发送定时通信令牌，所有从节点的通信控制模块将按照主节点信令要求占有或释放网络介质资源；通过令牌同步，各节点需要定时通信的数据的传输到达时间与时延预先得到确认。
2.如权利要求1所述的车列实时控制系统，其特征在于：每个智能控制节点包括车列控制应用功能软硬件模块、基于实时协议的通信控制模块、信道冗余切换控制模块、双路CAN控制及驱动硬件模块。
3.如权利要求2所述的车列实时控制系统，其特征在于：网络介质资源划分成若干等距的最小基本通信周期，每个基本周期分成定时周期相与零星周期相两部分，有实时要求的过程数据包将在定时周期相按照既定的时间点进行，无实时要求及零星的消息数据包将在零星周期相通过仲裁竞争完成。
4.如权利要求3所述的车列实时控制系统，其特征在于：基本周期进一步衍生出特征周期，实时性要求低的过程数据将以较大的特征周期通信。
5.如权利要求4所述的车列实时控制系统，其特征在于：进行特征周期分配表计算时，主节点控制每个基本周期内定时周期相分配的各过程数据包所需的时间和小于定时周期相时间。
6.如权利要求1或2所述的车列实时控制系统，其特征还在于：线路故障界定将以数据包对应的通信路径分段界定。
7.如6所述的车列实时控制系统，其特征在于：所述双路CAN的两组线路可同时处于信任状态并相互监视。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008101984695A CN101943898B (zh) | 2008-09-11 | 2008-09-11 | 车列实时控制系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008101984695A CN101943898B (zh) | 2008-09-11 | 2008-09-11 | 车列实时控制系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101943898A CN101943898A (zh) | 2011-01-12 |
| CN101943898B true CN101943898B (zh) | 2012-03-28 |
Family
ID=43435930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008101984695A Expired - Fee Related CN101943898B (zh) | 2008-09-11 | 2008-09-11 | 车列实时控制系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101943898B (zh) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102591278B (zh) * | 2012-02-01 | 2014-07-30 | 天津市电力公司 | 具有发电和负荷预测功能的微网控制系统的微网通讯控制方法 |
| CN102857397B (zh) * | 2012-10-09 | 2015-10-28 | 南京国电南自电网自动化有限公司 | 一种多主异步双工差分总线及通讯方法 |
| CN103023632B (zh) * | 2012-12-31 | 2016-06-22 | 广东工业大学 | 一种无线网卡的通讯方法 |
| US9283969B2 (en) * | 2013-05-28 | 2016-03-15 | Electro-Motive Diesel, Inc. | Locomotive/tender car communication system |
| US9524222B2 (en) * | 2013-09-16 | 2016-12-20 | GM Global Technology Operations LLC | Method and apparatus for fault detection in a controller area network |
| CN103576665B (zh) * | 2013-11-26 | 2015-12-02 | 中国科学院声学研究所 | Can总线控制系统 |
| CN104579878B (zh) * | 2014-11-24 | 2017-11-28 | 长春工业大学 | 一种基于OMNeT++的通用MVB网络建模方法 |
| CN105407136A (zh) * | 2015-10-20 | 2016-03-16 | 江苏国恩信息科技有限公司 | 一种列车网络通信实现方法 |
| CN109327373B (zh) * | 2017-07-31 | 2021-06-01 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | Wtb节点轮询方法 |
| CN109088908A (zh) * | 2018-06-06 | 2018-12-25 | 武汉酷犬数据科技有限公司 | 一种面向网络的分布式通用数据采集方法和系统 |
| CN110955170B (zh) * | 2018-09-27 | 2023-10-17 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 端到端的自适应同步方法及即插即用的牵引控制装置 |
| CN109263581A (zh) * | 2018-11-08 | 2019-01-25 | 湖北汽车工业学院 | 一种用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法 |
| CN110654421B (zh) * | 2019-11-08 | 2021-07-16 | 中车株洲电力机车有限公司 | 应用多功能车辆总线进行通信的方法及装置 |
| CN114489015B (zh) * | 2022-01-27 | 2024-08-02 | 东风商用车有限公司 | 一种基于车载控制器系统的故障诊断系统和方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1239789A (zh) * | 1998-02-24 | 1999-12-29 | 横河电机株式会社 | 通信系统和通信控制方法 |
| CN1909005A (zh) * | 2005-08-03 | 2007-02-07 | 上海神力科技有限公司 | 采用双can总线冗余通信的燃料电池测量控制装置 |
-
2008
- 2008-09-11 CN CN2008101984695A patent/CN101943898B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1239789A (zh) * | 1998-02-24 | 1999-12-29 | 横河电机株式会社 | 通信系统和通信控制方法 |
| CN1909005A (zh) * | 2005-08-03 | 2007-02-07 | 上海神力科技有限公司 | 采用双can总线冗余通信的燃料电池测量控制装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101943898A (zh) | 2011-01-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101943898B (zh) | 车列实时控制系统 | |
| CN111181829A (zh) | 列车以太网数据传输设备及列车以太网数据传输方法 | |
| CN110474943B (zh) | 基于mvb与以太网的车辆网冗余系统及网关切换方法 | |
| CN101237345B (zh) | 一种用于can总线的网络管理方法 | |
| CN103139060B (zh) | 基于双dsp的高容错性can总线数字网关 | |
| CN112887152B (zh) | 一种基于以太网的列车通信网络架构、方法及轨道列车 | |
| CN102035688B (zh) | 一种快速控制网络链路访问设计方法 | |
| CN101160828A (zh) | 基于智能平台管理接口的管理系统和方法 | |
| CN203968139U (zh) | 列车网络控制系统 | |
| CN109587020A (zh) | 一种带隔离的双余度机载雷达通信方法及装置 | |
| CN103825791A (zh) | 一种mvb总线主控并联冗余控制的方法 | |
| CN104038445A (zh) | 一种基于以太网的列车通信网络交换装置及系统 | |
| CN101345686B (zh) | 虚拟专用局域网服务环路的处理方法、装置和系统 | |
| CN111711583A (zh) | 一种支持多冗余协议配置的交换机、变电站网络系统 | |
| CN102111299A (zh) | 冗余网络系统及其冗余实现方法 | |
| CN106331091A (zh) | 一种直流站间通信切换方法 | |
| CN204256438U (zh) | 汽车双can总线拓扑结构 | |
| CN209373581U (zh) | 一种多驱动器的更新装置 | |
| CN101895560B (zh) | 一种开放性二级拓扑结构的现场总线dp-net | |
| CN105262658A (zh) | 一种交换设备、现场总线拓扑结构及传输数据的方法 | |
| CN102801542A (zh) | 一种基于通讯网关的通讯冗余容错系统 | |
| CN102271045B (zh) | 一种基于vpn实例的设备间备份的方法、设备和系统 | |
| CN112894805B (zh) | 一种基于工业宽带总线的机器人通信方法及系统 | |
| CN113885461A (zh) | 一种串并转换模块、设备、方法、装置和工业控制系统 | |
| CN101094238A (zh) | 多机框集群系统与机框 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 518000 MATTEL Industrial Park, Guihua Road, Baoan District Guanlan Road, Shenzhen, Guangdong 3, China Patentee after: SHENZHEN TONGYE TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: 518000 Guangdong city of Shenzhen province Luohu District Cui Bamboo Road Water Bay petrochemical industrial area 3 Building 7 floor East Patentee before: Shenzhen Tongye Technology Development Co., Ltd. |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120328 Termination date: 20160911 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |