CN105438222A - 列车编组控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种列车编组控制系统，包括：至少一个车辆、列车总线，各车辆通过列车总线通信，各车辆编组形成列车，其中，车辆包括：车辆总线、TCN网关、控制单元，TCN网关形成列车总线与车辆总线之间的接口，控制单元用于存储列车的结构信息，至少一个车辆系统包括机车、动车与拖车。该系统中，各车辆中均设置TCN网关，使得各车辆自成一套网络，当机车、动车与拖车中任一种车辆的数量发生变化时，TCN网关可以通过初运行自动按照相应的顺序将节点编址，重新为车辆分配地址，以确定出车辆相对于主节点的位置，并通知所有节点列车的方向，可实现列车灵活编组，根据实际运营情况，调整列车编组数量，降低列车检备率，降低运维成本。
Description
技术领域
本发明涉及列车网络控制技术，尤其涉及一种列车编组控制系统。
背景技术
目前，国内高速铁路客运列车多为动力分散式动车组，具有两种编组方式：短编组和长编组。其中，短编组方式下，将少量车辆整编为一列车；长编组方式下，将多个车辆整编为一列车，将整列车作为一个有机整体进行调度控制等。
一般来说，短编组列车运营能力较小，适用于客流量小的场景；长编组列车由于其运营能力较高，因此比较适用于客流量大的场景。由于客流量并不是一成不变的。例如，节假日期间，客流量急剧增多。此时，为了提升运营能力，可通过重联方式将短编组列车重联起来以扩大运营能力。
然而，为了满足客流量大的需求，部分短编组列车需要在重联的情况下投入应用，因此，对短编组列车的运营、维护成本较高；而且，长编组列车作为一个整体，制造和调试难度大，成本高，同样存在运维成本高、资源浪费等问题。
发明内容
本发明提供一种列车编组控制系统，可实现列车灵活编组，根据实际运营情况，调整列车编组数量，减少资源浪费，降低车辆的运维成本。
第一个方面，本发明提供一种列车编组控制系统，包括：至少一个车辆、列车总线，各所述车辆通过所述列车总线通信，各所述车辆编组形成列车，其中，所述车辆包括：车辆总线、列车通信网络TCN网关、控制单元，所述TCN网关形成所述列车总线与所述车辆总线之间的接口，所述控制单元用于存储所述列车的结构信息；
所述至少一个车辆包括：a+e个机车、b+d个动车，c个拖车，且编组方式为：a×MC+b×M+c×T+d×M+e×MC，MC为机车，M为动车，T为拖车，a的取值为0或1，e的取值为0或1，且a和e至少有一个取值为1，0≤b+c+d≤15，1≤a+b+c+d+e≤16；
当a、b、c、d、e中至少一个发生变化时，所述列车总线用于引发初运行以进行初始配置操作；所述TCN网关用于根据所述初始化配置操作，重新确定所述列车的结构信息。
在第一个方面的第一种可能的实现方式中，对于所述至少一个车辆中的任意一个车辆X，所述列车的结构信息包括：
所述车辆X的位置和方向，所述位置为所述车辆X相对于主节点的位置，所述主节点为所述至少一个车辆中任意一个车辆，所述方向为所述列车的运行方向；所述至少一个车辆中除所述车辆X外的其他车辆的位置、数量。
结合第一个方面的第一种可能的实现方式，在第一个方面的第二种可能的实现方式中，所述机车还包括：人机界面；
所述列车总线还用于将各所述车辆的车型配置信息通过所述TCN网关汇总至所述机车的控制单元，所述机车的控制单元用于将所述列车的结构信息以及汇总的所述车型信息通过所述车辆总线传输至所述人机界面，所述人机界面用于根据所述列车的结构信息以及所述车型配置信息显示所述列车。
在第一个方面的第三种可能的实现方式中，所述机车中的TCN网关为冗余设备。
在第一个方面的第四种可能的实现方式中，所述机车中的控制单元为中央控制单元CCU，所述动车中的控制单元为车辆控制单元VCU，所述拖车中的控制单元为车辆控制单元VCU。
在第一个方面的第五种可能的实现方式中，所述车辆还包括：列车管理和控制系统TCMS设备和/或多功能车辆总线MVB设备，所述TCMS设备的接口与所述车辆总线连接，所述MVB设备的接口与所述车辆总线连接。
结合第一个方面、第一个方面的第一种至第五种中任一种可能的实现方式，在第一个方面的第六种可能的实现方式中，所述列车总线为绞线式列车总线WTB或以太网总线，所述车辆总线为多功能车辆总线MVB或以太网总线。
结合第一个方面的第五种可能的实现方式，在第一个方面的第七种可能的实现方式中，所述列车总线为相互冗余的绞线式列车总线WTB与以太网总线，所述车辆总线包括多功能车辆总线MVB和以太网总线，所述TCMS设备具有MVB接口与以太网接口，所述TCMS设备通过所述MVB总线或所述以太网总线与所述控制单元通信，所述至少一个车辆通过所述MVB总线或所述以太网总线通信。
本发明实施例提供的列车编组控制系统，包括：至少一个车辆、列车总线，各车辆通过列车总线通信，各车辆编组形成列车，其中，车辆包括：车辆总线、列车通信网络TCN网关、控制单元，TCN网关形成列车总线与车辆总线之间的接口，控制单元用于存储列车的结构信息，至少一个车辆系统包括机车、动车与拖车。该系统中，各车辆中均设置TCN网关，使得各车辆自成一套网络，当机车、动车与拖车中任一种车辆的数量发生变化时，TCN网关可以通过初运行自动按照相应的顺序将节点编址，重新为车辆分配地址，以确定出车辆相对于主节点的位置，并通知所有节点列车的方向，从而实现动、拖车数量自由变化、车种自由配置、单辆车180°翻转、1-16辆车灵活编组，可实现列车灵活编组，根据实际运营情况，调整列车编组数量，减少资源浪费，进而降低列车检备率，提高列车利用率，大大缩短列车的制造和高级修程周期降低运维成本。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的列车编组控制系统的结构示意图；
图2为本发明列车编组控制系统中车辆的位置确定示意图；
图3为本发明另一实施例提供的列车编组控制系统的结构示意图；
图4为本发明另一实施例提供的列车编组控制系统的结构示意图；
图5为本发明列车编组控制系统中列车总线为以太网的结构示意图；
图6为本发明列车编组控制系统中列车总线、车辆总线均为以太网的结构示意图；
图7为本发明列车编组控制系统中三层网络结构的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明一实施例提供的列车编组控制系统的结构示意图。如图1所示，本实施例中，列车编组控制系统包括：至少一个车辆(如图中任意两条竖直淡虚线之间所示)、列车总线(如图中粗黑实线所示)。各所述车辆通过所述列车总线通信，各所述车辆编组形成列车，其中，所述车辆包括：车辆总线(如图中粗黑虚线所述)、列车通信网络TCN网关、控制单元，所述TCN网关形成所述列车总线与所述车辆总线之间的接口(如图中WTB/MVB所示)，所述控制单元用于存储所述列车的结构信息；控制单元例如为中央控制单元(CentralControlUnit，CCU)、车辆控制单元(VehicleControlUnit，VCU)，其中，TCN网关例如为WTB转MVB网关。
所述至少一个车辆包括：a+e个机车、b+d个动车，c个拖车，且编组方式为：a×MC+b×M+c×T+d×M+e×MC，MC为机车，M为动车，T为拖车，a的取值为0或1，e的取值为0或1，且a和e至少有一个取值为1，0≤b+c+d≤15，1≤a+b+c+d+e≤16，其中，动车为具有牵引力的车辆，拖车为无动力的车辆，机车为控制运行方向的车辆。
当a、b、c、d、e中至少一个发生变化时，所述列车总线11引发初运行以进行初始配置操作；所述TCN网关用于根据所述初始化配置操作，重新确定所述列车的结构信息。
具体的，当列车组成发生变化，即a、b、c、d、e中至少一个参数发生变化，例如，增加一辆拖车；再如，取消一辆动车，会在列车总线上引发初运行，进行一系列的初始化配置操作，如车辆联挂，绞线式列车总线(WireTrainBus，WTB)自动重新组态，给各车辆指定地址和取向、分发新的拓扑。下面，对列车总线上引发初运行，TCN网关根据所述初始化配置操作，重新确定列车的结构信息为例，对本发明进行详细说明。
具体的，对于1-16灵活编组列车来说，如何识别车辆至关重要。本发明实施例中，对于至少一个车辆中的任意一个车辆X，其包括的TCN网关可以通过初运行自动按照相应的顺序将节点编址，从而确定出车辆X相对于主节点的位置，并通知所有节点列车的方向。当列车组成发生变化、列车总线引发初运行以进行初始配置操作之后，TCN执行初运行程序重新为车辆X的分配地址。初运行后，车辆X获得列车的结构信息包括：所述车辆X的位置和方向，所述位置为所述车辆X相对于主节点的位置，所述主节点为所述至少一个车辆中任意一个车辆，所述方向为所述列车的运行方向；所述至少一个车辆中除所述车辆X外的其他车辆的位置、数量，以及其他车辆的型号和种类及支持的功能等。具体的，可参见图2，图2为本发明列车编组控制系统中车辆的位置确定示意图。
如图2所示，该编组的列车包括4辆车：3辆机车Mc1、Mc2、Mc3以及1辆拖车，当Mc2为主节点，位置为[01，02]时，其右边与运行方向一致的各车辆的位置依次递增，为[03，04]、[05，06]，而其左边与运行方向相反的各车辆的位置依次递减，为[62，63]。需要说明的是，本图中底端虽然存在两辆机车：Mc2、Mc3，由于其挂联，因此可视为一辆机车。
再请参照图1，机车还包括：人机界面；所述列车总线还用于将各所述车辆的车型配置信息通过所述TCN网关汇总至所述机车的控制单元，所述机车的控制单元用于将所述列车的结构信息以及汇总的所述车型信息通过所述车辆总线传输至所述人机界面，所述人机界面用于根据所述列车的结构信息以及所述车型配置信息显示所述列车。
具体的，每种车型配置信息存放于本节车厢内的CCU/VCU中，列车上电后，通过列车总线汇总各车辆的车型配置信息，头车CCU将每个车辆控制系统的车型配置信息通过列车总线接口发送给人机界面(HumanMachineInterface，HMI)，HMI依据列车的结构信息以及车型配置信息显示所述列车。
本发明实施例提供的列车编组控制系统，包括：至少一个车辆、列车总线，各车辆通过列车总线通信，各车辆编组形成列车，其中，车辆包括：车辆总线、列车通信网络TCN网关、控制单元，TCN网关形成列车总线与车辆总线之间的接口，控制单元用于存储列车的结构信息，至少一个车辆系统包括机车、动车与拖车。该系统中，各车辆中均设置TCN网关，使得各车辆自成一套网络，当机车、动车与拖车中任一种车辆的数量发生变化时，TCN网关可以通过初运行自动按照相应的顺序将节点编址，重新为车辆分配地址，以确定出车辆相对于主节点的位置，并通知所有节点列车的方向，从而实现动、拖车数量自由变化、车种自由配置、单辆车180°翻转、1-16辆车灵活编组，可实现列车灵活编组，根据实际运营情况，调整列车编组数量，减少资源浪费，进而降低列车检备率，提高列车利用率，大大缩短列车的制造和高级修程周期降低运维成本。
可选的，在本发明一实施例中，上述的列车编组控制系统中，所述车辆还包括：列车管理和控制系统(TravelContentManageSystem，TCMS)设备)/或多功能车辆总线(MultifunctionVehicleBus，MVB)设备，所述TCMS设备的接口与所述车辆总线连接，所述MVB设备的接口与所述车辆总线连接。其中，所述TCMS设备的接口与所述车辆总线连接，所述MVB设备的接口与所述车辆总线连接。
具体的，请参照图1，TCMS设备例如为：远程输入输出模块(RemoteInput/OutputModule，RIOM)、远程数据传输装置(DiagnosticDownloadUnit，DDU)、司机台远程输入输出模块RIOMCAB等。MVB设备例如为牵引控制单元(TractionControlUnit，TCU)、辅助控制单元(AuxiliaryControlUnit，ACU)、制动控制单元(ElectronicBrakeControlUnit，EBCU)、空调及采暖(Heating,VentilationandAirConditioning，HVAC)控制单元、门控制单元(DoorcontrolUnit，DCU)、旅客信息系统(PassengerInformationSystem，PIS)、充电机单元(BatteryCharger，BC)、轴温检测装置(HotAxleDetectSystem，HADS)等。
可选的，上述的列车编组控制系统中，重要设备可以为冗余设备，例如，机车中的TCN网关、CCU、HMI、RIOM、RIOMCAB为冗余设备；再如，列车总线为冗余设置。
再请参照图1，本实施例例如为3X动车组采用两级网络拓扑结构，列车级总线采用WTB，车辆总线采用EMD电气中距离介质的多功能车辆总线MVB，中间每辆车自成一套网络，采用电气中距离介质(ElectricalMiddleDistance，EMD)的多功能车辆总线MVB，与列车安全运行相关子系统有硬线备份冗余。
如图1所示，至少一个车辆包括：a+e个机车、b+d个动车，c个拖车，且编组方式为：a×MC+b×M+c×T+d×M+e×MC，MC为机车，M为动车，T为拖车，a的取值为0或1，e的取值为0或1，0≤b+c+d≤15，1≤a+b+c+d+e≤16。具体的，根据客流量需求，a和e的取值为0或1，且a与e中至少有一个值为1，b+c+d可以在0～15之间变化：即能够满足1-16辆可变编组，除头车外，能够进行中间动车和拖车增加和减少；为满足调车的需要，头车可低速独立运行；中间动车和拖车能够进行180°翻转且不影响动车组的功能。下面，以a＝e＝1，b＝1，c＝d＝0、以及a＝e＝1，c＝3，b＝d＝1为例对本发明列车编组控制系统进行详细说明，具体的，可参见图3与图4。
图3为本发明另一实施例提供的列车编组控制系统的结构示意图。如图3所示：本实施例中，编组方式为1×MC+0×M+0×T+1×M+1×MC，列车仅包括两辆机车MC01、MC03以及一辆动车M02。
图4为本发明另一实施例提供的列车编组控制系统的结构示意图。如图3所示：本实施例中，编组方式为1×MC+1×M+3×T+1×M+1×MC，列车仅包括两辆机车MC01、MC07、两辆动车M02、M06以及3辆拖车T03、T04、T05。
可选的，在本发明一实施例中，所述列车总线为绞线式列车总线WTB或以太网总线，所述车辆总线为多功能车辆总线MVB或以太网总线。
例如，上述各实施例中，列车总线采用WTB，车辆总线采用MVB，每辆车均设置有WTB转MVB网关，即TCN网关。然而，本发明并不以此为限制，在其他可行实现方式中，可将列车总线变换为以太网总线，其他不变，从而将以太网高带宽、开放性、通用性等优点引入列车通信网络中，具体的，可参见图5，图5为本发明列车编组控制系统中列车总线为以太网的结构示意图。
再如，在其他可行实现方式中，可将列车总线与车辆总线均变换为以太网总线，其他不变，具体的，可参见图6，图6为本发明列车编组控制系统中列车总线、车辆总线均为以太网的结构示意图。
又如，在其他可行实现方式中，所述列车总线为相互冗余的绞线式列车总线WTB与以太网总线，所述车辆总线包括多功能车辆总线MVB和以太网总线，所述TCMS设备具有MVB接口与以太网接口，所述TCMS设备通过所述MVB总线与所述控制单元通信，所述至少一个车辆通过所述以太网通信。
具体的，TCMS设备既有MVB接口又有以太网接口。各车辆与VCU之间通过MVB总线进行通信，列车级通信通过WTB总线或者以太网总线传输数据，优先使用以太网。具体的，可参见图7，图7为本发明列车编组控制系统中三层网络结构的结构示意图。如图7所示，粗黑实线为骨干以太网(EthernetTrainBackbone，ETB)，细黑实线为WTB，粗黑虚线为编组以太网(EthernetConsistNetwork，ECN)，细黑虚线为MVB。
根据上述各实施例可知：本发明实施例提供的列车编组控制系统，可根据动车组运用的环境条件、线路条件、供电条件、通信信号、运用服务设施和运输组织模式等，对车辆灵活编组以控制列车的编组方式，使得列车灵活的以长编组方式或短编组方式运行，可同时满足既有干线铁路和客运专线要求。因此，该列车编组控制系统更加智能和经济实用。另外，在运营管理方面，车种少，大幅降低列车检备率，提高运用检修效率，还可大大缩短列车的制造和高级修程周期、增加定员，提高运能，降低定员成本，提高性价比，在系统可靠性方面，采用冗余的通信电缆和车端连接器；重要网络设备冗余，普通拖车采用非冗余网关，以保证网络失效时制动指令能够从硬线获取。再者，本发明实施例适应客运专线长交路、大运量运营需求，实现夕发朝至，提高了夜行车的舒适性，中间拖车的任意调节，适应了春运、暑运、重要节假日加车运营的需求，适用于不同用户多样化的运营需求。
另外，从环境、经济效益来讲：采用本发明实施例提供的列车编组控制系统进行编组的动车组，该动车组与CRH1、CRH2、CRH5动车组相比，制造成本降低约40％，检修备用率可由22.6％降低到14.5％，降低8.1％；3X型短编组相比CRH2A、CRH5和CRH1A分别降低50％、53％和49％；3X型长编组相比CRH2B、CRH1B分别降低50％/66％和58％/64％，3X短编组人公里能耗为相比CRH2A、CRH5和CRH1A分别降低30％、50％和40％；3X长编组人公里能耗为相比CRH2B、CRH1B分别降低29％和42％。…
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。
Claims (8)
1.一种列车编组控制系统，其特征在于，包括：至少一个车辆、列车总线，各所述车辆通过所述列车总线通信，各所述车辆编组形成列车，其中，所述车辆包括：车辆总线、列车通信网络TCN网关、控制单元，所述TCN网关形成所述列车总线与所述车辆总线之间的接口，所述控制单元用于存储所述列车的结构信息；
所述至少一个车辆包括：a+e个机车、b+d个动车，c个拖车，且编组方式为：a×MC+b×M+c×T+d×M+e×MC，MC为机车，M为动车，T为拖车，a的取值为0或1，e的取值为0或1，且a和e至少有一个取值为1，0≤b+c+d≤15，1≤a+b+c+d+e≤16；
当a、b、c、d、e中至少一个发生变化时，所述列车总线用于引发初运行以进行初始配置操作；所述TCN网关用于根据所述初始化配置操作，重新确定所述列车的结构信息。
2.根据权利要求1所述的列车编组控制系统，其特征在于，对于所述至少一个车辆中的任意一个车辆X，所述列车的结构信息包括：
所述车辆X的位置和方向，所述位置为所述车辆X相对于主节点的位置，所述主节点为所述至少一个车辆中任意一个车辆，所述方向为所述列车的运行方向；所述至少一个车辆中除所述车辆X外的其他车辆的位置、数量。
3.根据权利要求2所述的列车编组控制系统，其特征在于，所述机车还包括：人机界面；
所述列车总线还用于将各所述车辆的车型配置信息通过所述TCN网关汇总至所述机车的控制单元，所述机车的控制单元用于将所述列车的结构信息以及汇总的所述车型信息通过所述车辆总线传输至所述人机界面，所述人机界面用于根据所述列车的结构信息以及所述车型配置信息显示所述列车。
4.根据权利要求1所述的列车编组控制系统，其特征在于，所述机车中的TCN网关为冗余设备。
5.根据权利要求1所述的列车编组控制系统，其特征在于，所述机车中的控制单元为中央控制单元CCU，所述动车中的控制单元为车辆控制单元VCU，所述拖车中的控制单元为车辆控制单元VCU。
6.根据权利要求1所述的列车编组控制系统，其特征在于，所述车辆还包括：列车管理和控制系统TCMS设备和/或多功能车辆总线MVB设备，所述TCMS设备的接口与所述车辆总线连接，所述MVB设备的接口与所述车辆总线连接。
7.根据权利要求1～6任一项所述的列车编组控制系统，其特征在于，所述列车总线为绞线式列车总线WTB或以太网总线，所述车辆总线为多功能车辆总线MVB或以太网总线。
8.根据权利要求6所述的列车编组控制系统，其特征在于，所述列车总线为相互冗余的绞线式列车总线WTB与以太网总线，所述车辆总线包括多功能车辆总线MVB和以太网总线，所述TCMS设备具有MVB接口与以太网接口，所述TCMS设备通过所述MVB总线或所述以太网总线与所述控制单元通信，所述至少一个车辆通过所述MVB总线或所述以太网总线通信。
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