CN104750071B - 分布式且模块化的轨道车辆用电子系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及属于用于轨道车辆的电子控制领域，更具体地涉及一种分布式且模块化的轨道车辆用电子系统。所述电子系统至少包括通过总线而彼此之间相互通讯的主控板卡模块和受控板卡模块，其中所述主控板卡模块包括多个所述主控板卡，所述主控板卡实现所述电子系统的控制功能，所述受控板卡模块包括多种受控板卡，每一种所述受控板卡的数量为多个，所述受控板卡受到所述主控板卡的控制功能的控制并与外部部件连接。这样，本发明提供了一种用于轨道车辆的电子系统，其具有分布式控制和模块化的设计，容错性高且大大节省了维护成本和维修时间。

Description

分布式且模块化的轨道车辆用电子系统

技术领域

本发明涉及属于用于轨道车辆的电子控制领域，更具体地涉及一种分布式且模块化的轨道车辆用电子系统。

背景技术

目前的轨道交通车辆朝着越来越智能化、自动化方向发展，对用于实现特定控制功能的电子系统的要求也越高。传统的电子系统以集中控制为主，为每个控制功能研发特定的电子系统，专机专用。由于外部IO接口和控制功能均依据特定的应用场合需求进行设计，多个电子系统之间没有互换的可能性，单个电子系统内部更无法实现部件级替换，对轨道车辆电子系统的模块化、标准化设计带来了很大障碍。

发明内容

基于上述现有技术的缺陷，本发明的发明目的在于提供一种用于轨道车辆的电子系统，其具有分布式控制和模块化的设计，容错性高且大大节省了维护成本和维修时间。

为了实现上述的发明目的，本发明采用如下的技术方案。

一种分布式且模块化的轨道车辆用电子系统，所述电子系统至少包括通过总线而彼此之间相互通讯的主控板卡模块和受控板卡模块，其中，所述主控板卡模块包括多个所述主控板卡，所述主控板卡实现所述电子系统的控制功能，所述受控板卡模块包括多种受控板卡，每一种所述受控板卡的数量为多个，所述受控板卡受到所述主控板卡的控制功能的控制并与外部部件连接，所述受控板卡还包括电源板卡，所述电源板卡为整个所述电子系统供电。这样，提供了一种具有分布式设计和模块化结构的轨道车辆用电子系统，能够实现上述发明目的。

优选地，所述受控板卡至少包括扩展板卡，所述扩展板卡对所述主控板卡需要采集的信号或需要控制的对象数量进行扩展，并且所述扩展板卡一方面将采集到的数据通过所述总线发送给所述主控板卡，另一方面所述扩展板卡接收所述主控板卡的控制指令。

进一步地，所述受控板卡还包括通讯板卡，所述通讯板卡实现所述电子系统对所述外部部件的通讯。所述受控板卡包括多种所述通讯板卡，多种不同的通讯板卡实现不同的通讯方式，所述通讯板卡为TCN网络通讯板卡、以太网络通讯板卡、串口通讯板卡和/或CAN总线通讯板卡。

此外，所述主控板卡和所述受控板卡的一侧均包括规格和数量完全一致的总线连接端口，所述总线连接端口与所述总线连通以实现所述主控板卡和所述受控板卡之间通过所述总线的通讯。所述主控板卡和所述受控板卡的另一侧根据主控板卡和所述受控板卡的功能不同而具有不同的接口，所述主控板卡和所述受控板卡的所述另一侧与所述外部部件连接。在这种情况下，当单一所述主控板卡或单一所述受控板卡的功率或处理能力不足的情况下，将多个所述主控板卡并联之后与单一所述外部部件连接，或者将多个同一种所述受控板卡并联之后与单一所述外部部件连接。

此外，所述主控板卡和所述受控板卡的一侧均包括规格和数量完全一致的总线连接端口，所述总线连接端口与所述总线连通以实现所述主控板卡和所述受控板卡之间通过所述总线的通讯。所述主控板卡和所述受控板卡的另一侧具有功能相同的同样的接口，所述主控板卡和所述受控板卡的所述另一侧与所述外部部件连接。在这种情况下，当单一所述主控板卡或单一所述受控板卡的功率或处理能力不足的情况下，将多个所述主控板卡并联或者将多个所述受控板卡并联或者将所述主控板卡所述受控板卡并联之后与所述外部部件连接。

通过采用如上技术方案，本申请有两个很显著的优势：分布式控制和模块设计。通过分布式控制的系统架构，能够提高整个系统的可用性、容错性。当某块板卡故障时，仅影响与该板卡关联的这部分控制或通讯功能，对整个系统的功能影响有限；而且通过更换单个故障板卡，能够迅速恢复整个系统的功能，大大节省了维护成本和维修时间。

通过模块设计，提高了轨道交通车辆电子系统的标准化水平。通过使用一套成熟的电子板卡，适应不同的电子系统功能需求，大大简化了系统设计难度，提高了电子系统的互换性。

附图说明

图1示出了本发明的分布式且模块化的轨道车辆用电子系统的第一实施方式；

图2示出了本发明的分布式且模块化的轨道车辆用电子系统的第二实施方式；

图3示出了本发明的分布式且模块化的轨道车辆用电子系统的第三实施方式；

图4示出了本发明的分布式且模块化的轨道车辆用电子系统的第四实施方式。

附图中部件的附图标记说明

1电源板卡 2扩展板卡 3主控板卡 4通讯板卡

5背板连接器 6前面板连接器 7总线 8电子系统

9外部部件

具体实施方式

本发明在于提供一种用于轨道车辆的电子系统，其具有分布式控制和模块化的设计，容错性高且大大节省了维护成本和维修时间。下面结合附图对具体实施方式进行详细地说明。

在本发明的分布式且模块化的轨道车辆用电子系统8中所述电子系统8至少包括通过总线7而彼此之间相互通讯的主控板卡模块和受控板卡模块，其中，所述主控板卡模块包括多个所述主控板卡3，所述主控板卡3实现所述电子系统8的控制功能，所述受控板卡模块包括多种受控板卡，每一种所述受控板卡的数量为多个，所述受控板卡受到所述主控板卡3的控制功能的控制并与外部部件9连接。这样，提供了一种具有分布式设计和模块化结构的轨道车辆用电子系统，能够实现上述发明目的。

需要说明的是，虽然主控板卡和受控板卡在实施方式中应该具有多个，但是为了更清楚地显示，仅在附图中的每张图中将一种板卡示出为一个。

图1示出了本发明的分布式且模块化的轨道车辆用电子系统8的第一实施方式。其中，所述电子系统8包括主控板卡3和电源板卡1，所述电源板卡1为整个所述电子系统8供电。

图2示出了本发明的分布式且模块化的轨道车辆用电子系统8的第二实施方式。其中，与图1中示出的第一实施方式的技术方案相比，所述受控板卡包括扩展板卡2，所述扩展板卡2对所述主控板卡3需要采集的信号或需要控制的对象数量进行扩展，并且所述扩展板卡2一方面将采集到的数据通过所述总线7发送给所述主控板卡3，另一方面所述扩展板卡2接收所述主控板卡3的控制指令。

图3则示出了本发明的分布式且模块化的轨道车辆用电子系统8的第三实施方式。其中，与图1中示出的第一实施方式的技术方案相比，所述受控板卡还包括通讯板卡4，所述通讯板卡4实现所述电子系统8对所述外部部件9的通讯。所述受控板卡包括多种所述通讯板卡4，多种不同的通讯板卡4实现不同的通讯方式，所述通讯板卡4为TCN网络通讯板卡、以太网络通讯板卡、串口通讯板卡和/或CAN总线7通讯板卡。

图4则示出了本发明的分布式且模块化的轨道车辆用电子系统8的第四实施方式。其中，与图2中示出的第二实施方式的技术方案相比，该电子系统8由电源板卡1、主控板卡3、扩展板卡2、通讯板卡4的电子板卡及相关电子机械组成一个分布式控制系统，能够适应轨道车辆电子控制系统(例如牵引控制系统、网络控制系统等)的要求。

如上所述，在本实施方式中该电子系统8由四类电子板卡组成，分别为：电源板卡1、主控板卡3、扩展板卡2、通讯板卡4，各板卡内部均设微处理器、总线7通讯控制器、IO控制器等部件，每块板卡均设前面板连接器和背板连接器5，其中前面板连接器是电子系统8的对外接口，体现不同功能需求的特性，背板连接器5是电子系统8内部接口，各板卡之间通过背板总线7进行通讯。

这四类电子板卡共同组成电子板卡库，能够实现对已知电子系统8控制需求的完整覆盖。相同类别板卡的背板连接器5保持一致，但前面板连接器能够依据不同功能的电子系统8的需求有所不同。例如电源板卡1，背板连接器5的定义完全相同；而前面板连接器由于和车辆供电系统相连，连接器形式、针脚位置、电压规格都有可能不同。而不同前面板连接器的电源板卡1组成了电源板卡1库，不同的项目电子系统8可以从库中选择；如果某个新项目对电源接口有新的要求，可以在库中增加新的电源板卡1。

下面更进一步说明上述四类板卡的功能：

电源板卡1：为整个电子系统8供电，包括电子板卡及和板卡前面板相连的外部部件9；

主控板卡3：实现电子系统8主要控制功能的板卡，可依据控制功能选择多块主控板卡3；

扩展板卡2：由于主控板卡3的IO接口有限，当系统较复杂，需要的IO端口过多时，可以通过扩展板卡2对主控板需要采集的信号或需要控制的对象数量进行扩展。扩展板卡2一方面将采集到的数据通过背板总线7发给主控板卡3；另一方面接收主控板卡3对扩展板卡2的控制指令。

通讯板卡4：实现电子系统8对外通讯的功能，不同的通讯板卡4可以实现不同的通讯方式，例如：TCN网络通讯、以太网络通讯、串口通讯、CAN总线7通讯等。

通过这种方式，能够实现单个板块的模块化设计，电子系统8也能实现标准化和通用互换。

而对于新设计的轨道交通车辆电子系统8，进行以下设计流程：

依据车辆电源规格和接口类型，从电源板卡1库中选择满足要求的电源板卡1；

如果单块板卡功率不够，可以选择多块板卡并联输出；

依据电子系统8的控制功能，从主控板卡3库中选择满足要求的主控板卡3；

如果单块主控板卡3的功能和处理能力不够，可以选择多块主控板卡3；

如果主控板卡3的IO数量不能满足电子系统8的数量要求，可以依据信号类型(开关量、模拟量等)从扩展板卡2库中选择满足要求的扩展板卡2；

如果单块扩展控板卡的IO接口数量不够，可以选择多块扩展板卡2；

依据车辆与本电子系统8的通讯方式，从通讯板卡4库中选择满足要求的通讯板卡4；

如果有多种形式的通讯，可以选择多个通讯板卡4。

如果现有的电子板卡库中无法满足该电子系统8的需求，可以新设计电子板卡并加入电子板卡库中。

完成以上的流程，就可以实现对电子系统8的配置。

电子系统8的基本工作方式如下：

电子系统8的通过扩展板卡2的前面板连接器6读取外部传感器获取的状态信号；

扩展板卡2通过背板总线7将状态信号发给处理相关功能的主控板卡3；

主控板卡3汇总本地采集的前面板连接器6采集的信号和通过背板总线7获得的其它信号；

主控板卡3依据电子系统功能进行信号处理和逻辑运算，需要控制外部部件9的通过本板卡德尔前面板连接器6或扩展板卡2发给执行部件；需要发到其它电子系统8的信号通过通讯板卡4发给其它电子系统8。

通过以上具体实施方式中说明的不同实施方式，本发明提供了一种用于轨道车辆的电子系统，其具有分布式控制和模块化的设计，容错性高且大大节省了维护成本和维修时间。

需要说明的是，本发明的保护范围不限于上述具体实施方式中所说明的具体实施方式，而是只要满足权利要求中特征的组合就落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种分布式且模块化的轨道车辆用电子系统，其特征在于，所述电子系统至少包括通过总线而彼此之间相互通讯的主控板卡模块和受控板卡模块，其中，

所述主控板卡模块包括多个所述主控板卡，所述主控板卡实现所述电子系统的控制功能，

所述受控板卡模块包括多种受控板卡，每一种所述受控板卡的数量为多个，所述受控板卡受到所述主控板卡的控制功能的控制并与外部部件连接，

所述受控板卡还包括电源板卡，所述电源板卡为整个所述电子系统供电，

所述受控板卡包括扩展板卡，所述扩展板卡对所述主控板卡需要采集的信号或需要控制的对象数量进行扩展，并且所述扩展板卡一方面将采集到的数据通过所述总线发送给所述主控板卡，另一方面所述扩展板卡接收所述主控板卡的控制指令；

不同的所述信号或所述控制的对象连接于不同的所述扩展板卡，且与所述扩展板卡连接的所述控制的对象可更换。

2.根据权利要求1所述的分布式且模块化的轨道车辆用电子系统，其特征在于，所述受控板卡还包括通讯板卡，所述通讯板卡实现所述电子系统对所述外部部件的通讯。

3.根据权利要求2所述的分布式且模块化的轨道车辆用电子系统，其特征在于，所述受控板卡包括多种所述通讯板卡，多种不同的通讯板卡实现不同的通讯方式，所述通讯板卡为TCN网络通讯板卡、以太网络通讯板卡、串口通讯板卡和/或CAN总线通讯板卡。

4.根据权利要求1所述的分布式且模块化的轨道车辆用电子系统，其特征在于，所述主控板卡和所述受控板卡的一侧均包括规格和数量完全一致的总线连接端口，所述总线连接端口与所述总线连通以实现所述主控板卡和所述受控板卡之间通过所述总线的通讯。

5.根据权利要求4所述的分布式且模块化的轨道车辆用电子系统，其特征在于，所述主控板卡和所述受控板卡的另一侧根据主控板卡和所述受控板卡的功能不同而具有不同的接口，所述主控板卡和所述受控板卡的所述另一侧与所述外部部件连接。

6.根据权利要求5所述的分布式且模块化的轨道车辆用电子系统，其特征在于，当单一所述主控板卡或单一所述受控板卡的功率或处理能力不足的情况下，将多个所述主控板卡并联之后与单一所述外部部件连接，或者将多个同一种所述受控板卡并联之后与单一所述外部部件连接。

7.根据权利要求4所述的分布式且模块化的轨道车辆用电子系统，所述主控板卡和所述受控板卡的另一侧具有功能相同的同样的接口，所述主控板卡和所述受控板卡的所述另一侧与所述外部部件连接。

8.根据权利要求7所述的分布式且模块化的轨道车辆用电子系统，其特征在于，当单一所述主控板卡或单一所述受控板卡的功率或处理能力不足的情况下，将多个所述主控板卡并联或者将多个所述受控板卡并联或者将所述主控板卡所述受控板卡并联之后与所述外部部件连接。