CN104494649A - 一种辅助驾驶设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种辅助驾驶设备，与车载无线通信模块配合使用，包括主机模块，与主机模块连接的通信交换模块、开关量输入模块、开关量输出模块和电源模块，通信交换模块包括处理器模块和交换机，车载无线通信模块与交换机通讯，交换机连接处理器模块，处理器模块连接串口扩展芯片，处理器模块通过串口扩展芯片与主机模块通信；主机模块通过开关量输入模块采集列车的状态，主机模块通过开关量输出模块对列车的执行系统发出控制命令。本发明提供的辅助驾驶设备满足全自动无人驾驶线路的系统需求，可以实现远程对全列车的休眠、唤醒，并具备可靠性和可用性。

Description

一种辅助驾驶设备

技术领域

本发明涉及列车安全技术领域，尤其涉及一种辅助驾驶设备，更具体地涉及一种用于全自动无人驾驶地铁列车的信号辅助驾驶设备。

背景技术

进入新世纪以来,随着国民经济发展,我国城市化的进程大大加快,城市人口急剧膨胀,使得我国大城市的客运量迅速膨胀,造成交通拥挤、阻塞和混乱的现象日益严重，这些状况影响了城市经济和社会活动的正常秩序和居民的出行。而轨道交通，尤其是地铁，以其载客量大、不堵车等优点，成为越来越多人出行的选择。随着选择轨道交通的人日益增加，对于轨道交通的客运能力要求也在加大，增加轨道交通运营里程、提高列车运行密度成为了增加轨道交通客运能力最为经济、有效的手段。

目前，全自动无人驾驶技术以其高科技含量、高效率，正在成为国内地铁设计、建设方面的关注热点。全自动驾驶技术一方面要求列车的硬件条件支撑，另一方面离不开信号设备。目前车载信号设备主要包含ATP(英文全称为Automatic Train Protection，中文名称为列车自动保护系统)、ATO(英文全称为Automatic Train Operation，中文名称为自动列车运行装置)，基本实现了有人监督的自动驾驶技术。而全自动无人驾驶设备在国内鲜有应用，且国内目前没有自主知识产权的地铁全自动无人驾驶系统。

因此，针对以上不足，需要提供一种独立的辅助驾驶设备，基于既有的ATP、ATO设备，以满足全自动无人驾驶需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种辅助驾驶设备，满足全自动无人驾驶线路的系统需求，可以实现远程对全列车的休眠、唤醒，并具备可靠性和可用性。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种辅助驾驶设备，与车载无线通信模块配合使用，包括插箱和设置于插箱之中的主机模块，还包括与主机模块连接且设置于插箱中的通信交换模块、开关量输入模块、开关量输出模块和电源模块，通信交换模块包括处理器模块和交换机，车载无线通信模块与交换机通讯，交换机连接处理器模块，处理器模块连接串口扩展芯片，处理器模块通过串口扩展芯片与主机模块通信；

通信交换模块通过交换机接收车载无线通信模块的控制命令，交换机将控制命令转发给处理器模块，处理器模块将控制命令发送给主机模块；主机模块通过开关量输入模块采集列车的状态，主机模块通过开关量输出模块对列车的执行系统发出控制命令。

优选的，前述辅助驾驶设备设置于车头、尾两端，并分别与该端的车载无线通信模块连接，两个辅助驾驶设备通过串口扩展芯片相互连接，两个串口扩展芯片之间通过两组RS485通信线连接。

优选的，前述主机模块设有输入接口和输出接口，主机模块通过输入接口与开关量输入模块连接，主机模块通过输出接口与开关量输出模块连接。

优选的，前述输入接口与开关量输入模块、输出接口与开关量输出模块均通过SPI总线连接。

优选的，前述处理器采用PC104，交换机采用4端口交换机。

优选的，前述交换机还连接有ATP系统的通讯控制单元，并与ATP系统之间进行数据通信。

优选的，前述通信交换模块、电源模块、主机模块、开关量输入模块和开关量输出模块以双机热备方式设置于插箱中。

优选的，前述插箱为3U插箱。

优选的，前述电源模块与车辆蓄电池的永久母线连接。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明提供的辅助驾驶设备，与车载无线通信模块配合使用，包括主机模块、通信交换模块、开关量输入模块、开关量输出模块和电源模块，通信交换模块通过交换机接收车载无线通信模块的控制命令，交换机将控制命令转发给处理器模块，处理器模块将控制命令发送给主机模块；主机模块通过开关量输入模块采集列车的状态，主机模块通过开关量输出模块对列车的执行系统发出控制命令。本发明提供的辅助驾驶设备可配合ATP、ATO的控车操作，是一种独立的辅助驾驶设备，可以配合国产信号系统，满足全自动无人驾驶列车的系统要求，适用于国内的全自动无人驾驶线路，能实现远程和本地对全列车的休眠和唤醒控制。

本发明提供的辅助驾驶设备，采用双机热备的方式设置，每种模块都为2块设置，其中一个正常工作，另一个待机，当工作的模块出现问题时，待机的模块可以立刻开始工作，保证了列车的正常行驶要求；本发明在车头、为两端分别设置一个辅助驾驶设备并通过RS485通信线连接，其中车头端的辅助驾驶设备工作，车尾端的辅助驾驶设备待机，当车头端的辅助驾驶设备出现故障时，可以由车尾端的辅助驾驶设备完成工作；因此，本发明提供的辅助驾驶设备不仅支持双端唤醒和双端休眠，还保证了系统的可靠性和可用性。

本发明的通信交换模块的4端口交换机与ATP系统设备连接，ATP为SIL4级的安全信号设备，承载了所有安全控车功能，本发明将与无人驾驶相关的新增系统需求进行分级，所有安全功能集成到ATP设备中，非安全功能整合到辅助驾驶设备中，既能保证整个信号系统的安全性不受到影响，还能保证安全架构的清晰度和合理性。

附图说明

图1是本发明辅助驾驶设备的模块图；

图2是本发明辅助驾驶设备的结构示意图；

图3是本发明通信交换模块的结构示意图。

附图标记：1：车载无线通信模块；2：主机模块；3：通信交换模块；4：开关量输入模块；5：开关量输出模块；6：电源模块；7：车辆蓄电池的永久母线；8：车尾端的辅助驾驶设备；9：ATP系统；10：插箱；31：处理器模块；32：交换机；33：串口扩展芯片；34：通信交换模块背板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2所示，本发明实施例提供的一种辅助驾驶设备，与车载无线通信模块1配合使用，包括插箱10和设置于插箱10之中的主机模块2，还包括与主机模块2连接且设置于插箱10中的通信交换模块3、开关量输入模块4、开关量输出模块5和电源模块6。其中，插箱10为3U插箱，电源模块6与车辆蓄电池的永久母线7连接，在列车上能支持辅助驾驶设备24小时不间断地运行。

通信交换模块3、电源模块6、主机模块2、开关量输入模块4和开关量输出模块5以双机热备方式设置于插箱10中。每种模块都为2块设置，其中一个正常工作，另一个待机，当工作的模块出现问题时，待机的模块可以立刻开始工作，保证了列车的正常行驶要求，保证了无人驾驶系统的可靠性。

主机模块2设有输入接口和输出接口，输出接口为16路开关量输入接口，输出接口为14路开关量输出接口，可以实现无人驾驶下的特殊控车应用，例如：控制列车方向、蓄电池电量报警、全自动驾驶模式输出、列车跳跃前进和故障输入等。主机模块2通过输入接口与开关量输入模块4连接，主机模块2通过输出接口与开关量输出模块5连接。输入接口与开关量输入模块4、输出接口与开关量输出模块5均通过SPI总线连接。

主机模块2通过开关量输入模块4采集列车的状态，还能够采集本地的休眠、唤醒控制命令，经过逻辑处理后，主机模块2通过开关量输出模块5对列车的执行系统发出本地控制命令，实现本地对全列车断电、上电的控制。

如图3所示，通信交换模块3包括处理器模块31和交换机32，处理器31采用PC104，可以扩展网络接口和外部设备，交换机32采用4端口交换机。车载无线通信模块1与交换机32通讯，交换机32连接处理器模块31，处理器模块31连接串口扩展芯片33，处理器模块31通过串口扩展芯片33与主机模块2通信，具体的为，串口扩展芯片33连接通信交换模块背板34，通信交换模块背板34上设有RS232总线，处理器模块31通过该总线连接主机模块2的背板，从而实现获取控制命令以及命令的转发。交换机32还连接有ATP系统9的通讯控制单元，并与ATP系统9之间进行数据通信。通信交换模块3通过交换机32，与车载无线通信模块1、ATP系统9组成局域网，实现数据的实时共享。

ATP系统9为SIL4级的安全信号设备，承载了所有安全控车功能，本发明将与无人驾驶相关的新增系统需求进行分级，所有安全功能集成到ATP系统9设备中，非安全功能整合到辅助驾驶设备中，既能保证整个信号系统的安全性不受到影响，还能保证安全架构的清晰度和合理性。

车载无线通信模块1接收远程控制中心的远程休眠唤醒等控制命令，通信交换模块3通过交换机32接收车载无线通信模块1的控制命令，交换机32将控制命令转发给处理器模块31，处理器模块31将控制命令发送给主机模块2，主机模块2通过开关量输出模块5对列车的执行系统发出远程控制命令，控制全列车其他设备的断电和上电。

本实施例的辅助驾驶设备设置于车头、尾两端，并分别与该端的车载无线通信模块1连接，当车头端的辅助驾驶设备的全部开关量输出模5块均发生故障时，可通过通信线通知车尾端的辅助驾驶设备8，由车尾端的辅助驾驶设备8将命令信息通过开关量输出模块5传递给列车，由车尾端的辅助驾驶设备8实现对全列车的断电、上电；当车头端的辅助驾驶设备与该端车载无线通信模块1之间的通信出现问题时，车尾端的辅助驾驶设备8与该端车载无线通信模块1之间进行通信，并完成其余工作。两个辅助驾驶设备通过串口扩展芯片33相互连接，两个串口扩展芯片33之间通过两组RS485通信线连接，实现车头端和车尾端的辅助驾驶设备的通信；车头端辅助驾驶设备的主485通信线连接到车尾端辅助驾驶设备的从485通信线，车尾端辅助驾驶设备的主485通信线连接到车头端辅助驾驶设备的从485通信线，这样可以保证两端的辅助驾驶设备的数据共享，并且实时地相互检测运行状态；工作时，一组RS485通信线工作，另一组待机，当工作的一组发生故障时，可通过另一组待机的通信线继续完成数据的通信。

使用时，当远程控制中心向列车发出控制命令时，车载无线通信模块1接收远程控制中心发出的控制命令，辅助驾驶设备的通信交换模块3通过交换机32接收车载无线通信模块1的控制命令，交换机32将控制命令转发给处理器模块31，处理器模块31将控制命令发送给主机模块2，主机模块2通过开关量输出模块5对列车的执行系统发出远程控制命令，控制列车相应的设备执行该控制命令。

当列车获取本地的控制命令时，主机模块2通过开关量输入模块4采集列车的状态及控制命令，经过逻辑处理后，主机模块2通过开关量输出模块5对列车的执行系统发出本地控制命令，控制列车的相应设备执行该控制命令。

正常工作情况下，由车头端的辅助驾驶设备进行工作，当车头端的辅助驾驶设备运行过程中，某一正在工作的模块出现故障时，可由相应的待机模块替补，进行工作，当两个相同模块均出现故障时，由RS485通信线告知车尾端的辅助驾驶设备，由该辅助驾驶设备完成后续工作，例如，当正在工作的开关量输出模块出现故障时，由车头端待机的开关量输出模块替补进行工作，当两个开关量输出模块均出现故障时，由车尾端的辅助驾驶设备的开关量输出模块完成后续工作，控制列车相应设备执行控制命令。

当车头端的通信交换模块与车载无线通信模块的通信出现故障时，车头端的辅助驾驶设备通过RS485通信线将该信息传递给车尾端的辅助驾驶设备，由车尾端的辅助驾驶设备与车尾端的车载无线通信模块进行通信，并完成后去工作。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种辅助驾驶设备，与车载无线通信模块配合使用，包括插箱和设置于插箱之中的主机模块，其特征在于：还包括与所述主机模块连接且设置于所述插箱中的通信交换模块、开关量输入模块、开关量输出模块和电源模块，所述通信交换模块包括处理器模块和交换机，所述车载无线通信模块与所述交换机通讯，所述交换机连接所述处理器模块，所述处理器模块连接串口扩展芯片，所述处理器模块通过所述串口扩展芯片与所述主机模块通信；

所述通信交换模块通过所述交换机接收所述车载无线通信模块的控制命令，所述交换机将控制命令转发给所述处理器模块，所述处理器模块将控制命令发送给所述主机模块；所述主机模块通过开关量输入模块采集列车的状态，所述主机模块通过开关量输出模块对列车的执行系统发出控制命令。

2.根据权利要求1所述的辅助驾驶设备，其特征在于：所述辅助驾驶设备设置于车头、尾两端，并分别与该端的车载无线通信模块连接，所述两个辅助驾驶设备通过串口扩展芯片相互连接，两个所述串口扩展芯片之间通过两组RS485通信线连接。

3.根据权利要求1所述的辅助驾驶设备，其特征在于：所述主机模块设有输入接口和输出接口，所述主机模块通过所述输入接口与所述开关量输入模块连接，所述主机模块通过所述输出接口与所述开关量输出模块连接。

4.根据权利要求3所述的辅助驾驶设备，其特征在于：所述输入接口与所述开关量输入模块、所述输出接口与所述开关量输出模块均通过SPI总线连接。

5.根据权利要求1所述的辅助驾驶设备，其特征在于：所述处理器采用PC104，所述交换机采用4端口交换机。

6.根据权利要求1所述的辅助驾驶设备，其特征在于：所述交换机还连接有ATP系统的通讯控制单元，并与ATP系统之间进行数据通信。

7.根据权利要求1所述的辅助驾驶设备，其特征在于：所述通信交换模块、电源模块、主机模块、开关量输入模块和开关量输出模块以双机热备方式设置于插箱中。

8.根据权利要求1所述的辅助驾驶设备，其特征在于：所述插箱为3U插箱。

9.根据权利要求1所述的辅助驾驶设备，其特征在于：所述电源模块与车辆蓄电池的永久母线连接。