CN107878504A - 列车车载控制系统和列车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列车及其车载控制系统，其中，系统包括：车载控制器，车载控制器包括逻辑运算单元、第一IO接口单元和第二IO接口单元，逻辑运算单元、第一IO接口单元均设置在列车的一端，第二IO接口单元设置在列车的另一端，且逻辑运算单元通过工业现场总线分别与第一IO接口单元和第二IO接口单元相连；其中，逻辑运算单元用于根据第一IO接口单元或第二IO接口单元采集到的列车的至少包括钥匙激活信号的控制信号控制列车执行与控制信号对应的控车指令，其中，逻辑运算单元用于根据钥匙激活信号判断列车的运行方向。该系统能够实现双向自动驾驶功能，且在配置上减少了一套逻辑运算单元，成本低，竞争力高。

Description

列车车载控制系统和列车

技术领域

本发明涉及列车控制技术领域，具体涉及一种列车车载控制系统和一种列车。

背景技术

VOBC(Vehicle Onboard Controller，车载控制器)作为列车安全控制的核心系统，通过高速的无线网络进行车地间无线通信，实现对列车的连续监控，获得最佳的行车间隔；通过列车自主定位，基于速度距离曲线对列车提供超速防护，在保证列车安全的前提下有效缩短追踪距离；实现ATO(Automatic Train Operation，列车自动控制)功能，自动控制列车的启动、巡航、精确停车以及车门与屏蔽门的联动，达到高效、节能、舒适的运营要求。目前主流信号厂商的VOBC通常采用二乘二取二架构或三取二架构，车头和车尾各放置一套，正向行驶时，车头VOBC处于正常控车状态，车尾VOBC处于休眠状态；反向行驶时，车尾VOBC处于正常控车状态，车头VOBC处于休眠状态。

相关技术中，如图1所示，车头车尾双套车载控制系统配置相同，包括：VOBC，能够实现ATP(Automatic Train Protection，列车自动保护)功能和ATO功能，每端配置一台DMI(Driver machine interface，人机交互界面)；车头车尾各配置一套无线AP，实现车地无线的高速通信；车头车尾各配置一套BTM(Balise transmitter module，车载应答器)，用于接收地面无源应答器和有源应答器报文；车头车尾各安装两个速度传感器，用于测速测距以进行列车自身定位；车头车尾各安装一个多普勒雷达，用于在车轮空转打滑时进行速度矫正；双套VOBC均连入列车网络，用于ATO控车和列车其它信息的通信；列车IO为VOBC与列车之间的继电接口单元，包括紧急制动、最大常用制动、开关门允许、钥匙激活、列车完整性等IO接口单元。

上述技术中，在车头车尾各放置一套车载VOBC控制系统，在列车运行时，只有一套处于工作状态，另一套处于休眠状态，利用率低，且所有设备均冗余配置，系统成本高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种列车车载控制系统。该系统能够实现双向自动驾驶功能，且成本低，产品竞争力高。

本发明的第二个目的在于提出一种列车。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种列车车载控制系统，包括：车载控制器，所述车载控制器包括逻辑运算单元、第一IO接口单元和第二IO接口单元，所述逻辑运算单元、所述第一IO接口单元均设置在所述列车的一端，所述第二IO接口单元设置在所述列车的另一端，且所述逻辑运算单元通过工业现场总线分别与所述第一IO接口单元和所述第二IO接口单元相连；其中，所述逻辑运算单元用于根据所述第一IO接口单元或所述第二IO接口单元采集到的所述列车的控制信号控制所述列车执行与所述控制信号对应的控车指令，其中，所述控制信号至少包括钥匙激活信号，所述逻辑运算单元用于根据所述钥匙激活信号判断所述列车的运行方向。

本发明实施例的列车车载控制系统，通过一个车载控制器即可实现列车双向行驶的控制，成本低，产品竞争力高。

另外，根据本发明实施例的列车车载控制系统还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述列车车载控制系统，还包括：车载应答器和与所述车载应答器对应的车载应答器天线，所述车载应答器和所述车载应答器天线均设置在所述列车的中部；第一速度传感器和第二速度传感器，所述第一速度传感器和所述第二速度传感器均与所述车载控制器相连，所述第一速度传感器和所述第二速度传感器均设置在所述列车的一端，或者，所述第一速度传感器设置在所述列车的一端，所述第二速度传感器设置在所述列车的另一端；其中，所述逻辑运算单元根据所述列车的运行方向确定所述车载应答器的应答器报文接收方向，以及所述第一速度传感器和所述第二速度传感器的相位方向。

根据本发明的一个实施例，所述第一速度传感器和所述第二速度传感器均为线速度传感器或角速度传感器。

根据本发明的一个实施例，所述列车车载控制系统，还包括：第一交换机和第二交换机，所述第一交换机和所述第二交换机均设置在所述列车的一端，且在所述列车的一端均配置有与所述第一交换机相连的第一车载接入点，在所述列车的另一端配置有与所述第二交换机相连的第二车载接入点，以实现所述列车与地面之间的无线通信。

根据本发明的一个实施例，所述列车车载控制系统，还包括：第一多普勒雷达和第二多普勒雷达，所述第一多普勒雷达设置在所述列车的一端和所述第二多普勒雷达设置在所述列车的另一端，且所述第一多普勒雷达和所述第二多普勒雷达均与所述车载控制器相连。

根据本发明的一个实施例，所述列车车载控制系统，还包括：第一人机交互单元和第二人机交互单元，所述第一人机交互单元设置在所述列车的一端，所述第二人机交互单元设置在所述列车的另一端，且所述第一人机交互单元和所述第二人机交互单元均通过列车网络与所述车载控制器相连，其中，所述车载控制器根据列车网络地址判断所述第一人机交互单元和所述第二人机交互单元的位置。

根据本发明的一个实施例，所述车载控制器采用冗余安全架构。

根据本发明的一个实施例，所述逻辑运算单元包括与所述第一IO接口单元对应的第一逻辑运算器和与所述第二IO接口单元对应的第二逻辑运算器，其中，所述第一逻辑运算器、所述第一IO接口单元、所述第二逻辑运算器和所述第二IO接口单元均采用二取二架构。

根据本发明的一个实施例，所述车载控制器还包括：切换单元，所述切换单元分别与所述第一逻辑运算器和所述第二逻辑运算器相连，所述切换单元用于根据所述列车的运行方向控制所述第一逻辑运算器或所述第二逻辑运算器工作。

根据本发明的一个实施例，所述第一人机交互单元和所述第二人机交互单元均采用冷备方式，以根据所述钥匙激活信号切换至上电状态，其中，所述列车的一端为车头时，所述第一人机交互单元处于上电状态，所述列车的另一端为车头时，所述第二人机交互单元处于上电状态。

根据本发明的一个实施例，所述工业现场总线至少包括CAN总线、以太网总线、MVB(Multifunction Vehicle Bus，多功能车辆总线)总线、Profibus总线。

进一步地，本发明提出了一种列车，其包括上述的列车车载控制系统。

本发明实施例的列车，通过采用上述列车车载控制系统，不仅能够实现双向自动驾驶功能和速度防护功能，且成本低，具有更强的产品竞争力。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是相关技术中的列车车载控制系统的结构示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的列车车载控制系统的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的车载控制器的结构示意图；以及

图4是根据本发明实施例的列车的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例提出的列车车载控制系统和列车。

图2是根据本发明一个实施例的列车车载控制系统的结构示意图。如图2所示，该列车车载控制系统100包括车载控制器10。

其中，车载控制器10包括逻辑运算单元11、第一IO接口单元12和第二IO接口单元13，逻辑运算单元11、第一IO接口单元11均设置在列车的一端，第二IO接口单元13设置在列车的另一端，且逻辑运算单元11通过工业现场总线分别与第一IO接口单元12和第二IO接口单元13相连。

在一个示例中，上述列车的一端可以是车头、另一端是车尾，即言，逻辑运算单元11、第一IO接口单元11均设置在列车的车头，第二IO接口单元13设置在列车的车尾，可参见图2。

在另一个示例中，上述列车的一端可以是车尾、另一端是车头，即言，逻辑运算单元11、第一IO接口单元11均设置在列车的车尾，第二IO接口单元13设置在列车的车头。

可选地，工业现场总线可以但不限于是CAN总线、MVB总线、以太网总线、Profibus总线。

在本发明的实施例中，逻辑运算单元11用于根据第一IO接口单元12或第二IO接口单元13采集到的列车的控制信号控制列车执行与控制信号对应的控车指令。其中，控制信号至少包括钥匙激活信号，逻辑运算单元11用于根据钥匙激活信号判断列车的运行方向。

具体地，如图2所示，第一IO接口单元12与列车一端(即图2中的A端)的IO接口相连，第二IO接口单元13与列车另一端(即图2中的B端)的IO接口相连。第一IO接口单元12接收到列车A端传输的钥匙激活信号后，逻辑运算单元11判断列车的运行方向为B→A，即A端为列车的车头，第一IO接口单元12继续接收列车A端传输的其它控制信号，如紧急制动信号、最大常用制动信号、开关门允许信号等，进而逻辑运算单元11根据第一IO接口单元12采集到的控制信号控制列车执行与控制信号对应的控车指令，如控制列车紧急制动、最大常用制动、允许开门等；第二IO接口单元13接收到列车B端传输的钥匙激活信号后，逻辑运算单元11判断列车的运行方向为A→B，即B端为列车的车头，第二IO接口单元13继续接收列车B端传输的其它控制信号，如紧急制动信号、最大常用制动信号、开关门允许信号等，进而逻辑运算单元11根据第二IO接口单元13采集到的控制信号控制列车执行与控制信号对应的控车指令，如控制列车紧急制动、最大常用制动、允许开门等。由此，通过一个车载控制器即可实现列车双向行驶的控制。

在本发明的一些示例中，控制信号还可以包括列车的完整性信号，即在对列车进行控制时，需要确认列车信息的完整性，以保证列车的安全运行。

可选地，列车的IO接口可以为继电接口，以实现列车的控制信号与车载控制器之间的传输。

在本发明的实施例中，为了保证车载控制器10的可靠性，车载控制器10可以采用冗余安全架构，如二乘二取二架构或二乘三取二架构。即言，可以设置两个逻辑运算单元11，当其中一系故障时，可以自动由另一系进行控车，使得列车行驶不会受到影响，或者，当列车运行方向改变时，可以切换至另一系进行控车，以增加两系的利用率。

在本发明的一个具体示例中，如图3所示，逻辑运算单元11包括与第一IO接口单元12对应的第一逻辑运算器111和与第二IO接口单元13对应的第二逻辑运算器112，其中，第一逻辑运算器111、第一IO接口单元12、第二逻辑运算器112和第二IO接口单元13均采用二取二架构。

进一步地，车载控制器10还可以包括切换单元14。其中，切换单元14分别与第一逻辑运算器111和第二逻辑运算器112相连，切换单元14用于根据列车的运行方向控制第一逻辑运算器111或第二逻辑运算器112工作。

具体地，如图3所示，逻辑运算单元11与第一IO接口单元12和第二IO接口单元13之间采用CAN总线连接。第一IO接口单元12所在的列车端为列车车头时，切换单元14控制第一逻辑运算器111工作，并通过第一逻辑运算器111中的第一逻辑控制器CPU1和第一逻辑控制器CPU2对两条CAN总线传输的第一IO接口单元CPU1和第一IO接口单元CPU2采集的数据(如控制信号)进行二取二表决，即第一逻辑控制器CPU1和第一逻辑控制器CPU2均确认第一IO接口单元CPU1和第一IO接口单元CPU2采集的数据一致后，进行相应控制。同理，第二IO接口单元13所在的列车端为列车车头时，切换单元14控制第二逻辑运算器112工作，并通过第二逻辑运算器111中的第二逻辑控制器CPU1和第二逻辑控制器CPU2对两条CAN总线传输的第二IO接口单元CPU1和第二IO接口单元CPU2采集的数据(如控制信号)进行二取二表决，即第二逻辑控制器CPU1和第二逻辑控制器CPU2均确认第二IO接口单元CPU1和第二IO接口单元CPU2采集的数据一致后，进行相应控制。

其中，需要说明的是，第一IO接口单元12、第二IO接口单元13与逻辑运算单元11之间的通信协议可以是满足EN50159要求的通信协议。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，该列车车载控制系统100还包括车载应答器21、与车载应答器21对应的应答器天线22、第一速度传感器31和第二速度传感器32。

其中，车载应答器21和应答器天线22均设置在列车的中部。第一速度传感器31和第二速度传感器32均与车载控制器10相连，第一速度传感器31和第二速度传感器32均设置在列车的一端(参见图2所示)，或者，第一速度传感器31设置在列车的一端，第二速度传感器32设置在列车的另一端。其中，逻辑运算单元11根据列车的运行方向确定车载应答器20的应答器报文接收方向，以及第一速度传感器31和第二速度传感器32的相位方向。

可以理解，为便于安装，可优选将第一速度传感器31和第二速度传感器32均设置在列车的一端，且与逻辑运算单元11设置在列车的同一端。

在列车载运行时，第一速度传感器31和/或第二速度传感器32传输至逻辑运算单元11的为脉冲信号，在列车的运行方向确定后，逻辑运算单元11即可确定第一速度传感器31和/或第二速度传感器32的相位方向。

可选地，第一速度传感器31和第二速度传感器32均可以是线速度传感器或角速度传感器，用于采集列车的线速度或角速度。具体可以是但不限于是光电车速传感器、磁电式车速/转速传感器、霍尔式车速传感器、旋转式车速传感器等。

具体地，如图2所示，当列车经过地面应答器上方时，地面应答器接收到车载应答器天线22发送的电磁能量后，地面应答器将电磁能量转换为工作电源，以启动对应的电子电路工作，并向车载应答器21传送无源应答器报文(如线路坡度、轨道区段、限速参数、道岔信息、特殊定位信息等)或有源应答器报文(如接车进路参数、临时限速信息等)。其中，在逻辑运算单元11确定列车的运行方向后，可进一步确定应答器报文的接收方向，以便于列车司机根据应答器报文通过车载控制器对列车进行控制。

并且，在逻辑运算单元11确定列车的运行方向后，可进一步判断第一速度传感器31和/或第二速度传感器32的相位方向，以便于对列车进行定位，并基于速度距离曲线对列车提供超速防护，以在保证列车安全的前提下有效缩短追踪距离。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，列车车载控制系统100还包括第一交换机41和第二交换机42，第一交换机41和第二交换机42均设置在列车的一端，且在列车的一端配置有与第一交换机41相连的第一车载接入点43，在列车的另一端配置有与第二交换机42相连的第二车载接入点44，以实现列车与地面之间的无线通信。由此，通过高速的无线网络实现列车与地面之间的无线通信，以实现对列车的连续监控，便于获得最佳的行车间隔。

可以看出，相较于图1所示的现有技术，本发明实施例的逻辑运算单元可以根据第一IO接口单元或第二IO接口单元采集的钥匙激活信号确定列车的运行方向，进而可以根据列车的运行方向确定车载应答器的应答器报文的接收方向、第一速度传感器和/或第二速度传感器的相位方向。

进一步地，如图2所示，上述列车车载控制系统100还包括第一多普勒雷达51、第二多普勒雷达52、第一人机交互单元61和第二人机交互单元62。

其中，第一多普勒雷达51设置在列车的一端和第二多普勒雷达52设置在列车的另一端，且第一多普勒雷达51和第二多普勒雷达52均与车载控制器10相连。第一人机交互单元61设置在列车的一端，第二人机交互单元62设置在列车的另一端，且第一人机交互单元61和第二人机交互单元62均通过列车网络与车载控制器10相连，其中，车载控制器10根据列车网络地址判断第一人机交互单元61和第二人机交互单元62的位置。

在本发明的一个实施例中，第一人机交互单元61和第二人机交互单元62均采用冷备方式，以根据钥匙激活信号切换至上电状态，其中，列车的一端为车头时，第一人机交互单元61处于上电状态，列车的另一端为车头时，第二人机交互单元62处于上电状态。

具体地，如图2所示，当列车A端的第一IO接口单元12采集到钥匙激活信号，即A端为列车车头时，设置在列车A端的第一人机交互单元61处于上电状态，第二人机交互单元62处于无电状态；当列车B端的第二IO接口单元13采集到钥匙激活信号，即B端为列车车头时，设置在列车B端的第二人机交互单元62处于上电状态，第一人机交互单元61处于无电状态。

综上，与现有技术相比，本发明提出的列车车载控制系统不仅可以实现双向自动驾驶和速度防护的功能，而且在配置上减少了一套车载控制器的逻辑运算单元、两个速度传感器、一套BTM单元、两个车载交换机，由此，使得控制系统的成本大大降低，提高了产品竞争力。

基于上述实施例的列车车载控制系统，本发明提出了一种列车。

图4是根据本发明实施例的列车的结构框图。如图4所示，列车1000包括上述列车车载控制系统100。

本发明实施例的列车，通过采用上述列车车载控制系统，不仅能够实现双向自动驾驶功能和速度防护功能，且成本低，具有更强的产品竞争力。

另外，根据本发明实施例的列车的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，此处不做赘述。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种列车车载控制系统，其特征在于，包括：

车载控制器，所述车载控制器包括逻辑运算单元、第一IO接口单元和第二IO接口单元，所述逻辑运算单元、所述第一IO接口单元均设置在所述列车的一端，所述第二IO接口单元设置在所述列车的另一端，且所述逻辑运算单元通过工业现场总线分别与所述第一IO接口单元和所述第二IO接口单元相连；

其中，所述逻辑运算单元用于根据所述第一IO接口单元或所述第二IO接口单元采集到的所述列车的控制信号控制所述列车执行与所述控制信号对应的控车指令，其中，所述控制信号至少包括钥匙激活信号，所述逻辑运算单元用于根据所述钥匙激活信号判断所述列车的运行方向。

2.如权利要求1所述的列车车载控制系统，其特征在于，还包括：

车载应答器和与所述车载应答器对应的车载应答器天线，所述车载应答器和所述车载应答器天线均设置在所述列车的中部；

第一速度传感器和第二速度传感器，所述第一速度传感器和所述第二速度传感器均与所述车载控制器相连，所述第一速度传感器和所述第二速度传感器均设置在所述列车的一端，或者，所述第一速度传感器设置在所述列车的一端，所述第二速度传感器设置在所述列车的另一端；

其中，所述逻辑运算单元根据所述列车的运行方向确定所述车载应答器的应答器报文接收方向，以及所述第一速度传感器和所述第二速度传感器的相位方向。

3.如权利要求2所述的列车车载控制系统，其特征在于，所述第一速度传感器和所述第二速度传感器均为线速度传感器或角速度传感器。

4.如权利要求1所述的列车车载控制系统，其特征在于，还包括：

第一交换机和第二交换机，所述第一交换机和所述第二交换机均设置在所述列车的一端，且在所述列车的一端配置有与所述第一交换机相连的第一车载接入点，在所述列车的另一端配置有与所述第二交换机相连的第二车载接入点，以实现所述列车与地面之间的无线通信。

5.如权利要求1所述的列车车载控制系统，其特征在于，还包括：

第一多普勒雷达和第二多普勒雷达，所述第一多普勒雷达设置在所述列车的一端和所述第二多普勒雷达设置在所述列车的另一端，且所述第一多普勒雷达和所述第二多普勒雷达均与所述车载控制器相连。

6.如权利要求1所述的列车车载控制系统，其特征在于，还包括：

第一人机交互单元和第二人机交互单元，所述第一人机交互单元设置在所述列车的一端，所述第二人机交互单元设置在所述列车的另一端，且所述第一人机交互单元和所述第二人机交互单元均通过列车网络与所述车载控制器相连，其中，所述车载控制器根据列车网络地址判断所述第一人机交互单元和所述第二人机交互单元的位置。

7.如权利要求1-6中任一项所述的列车车载控制系统，其特征在于，所述车载控制器采用冗余安全架构。

8.如权利要求7中任一项所述的列车车载控制系统，其特征在于，所述逻辑运算单元包括与所述第一IO接口单元对应的第一逻辑运算器和与所述第二IO接口单元对应的第二逻辑运算器，其中，所述第一逻辑运算器、所述第一IO接口单元、所述第二逻辑运算器和所述第二IO接口单元均采用二取二架构。

9.如权利要求8所述的列车车载控制系统，其特征在于，所述车载控制器还包括：

切换单元，所述切换单元分别与所述第一逻辑运算器和所述第二逻辑运算器相连，所述切换单元用于根据所述列车的运行方向控制所述第一逻辑运算器或所述第二逻辑运算器工作。

10.如权利要求6所述的列车车载控制系统，其特征在于，所述第一人机交互单元和所述第二人机交互单元均采用冷备方式，以根据所述钥匙激活信号切换至上电状态，其中，所述列车的一端为车头时，所述第一人机交互单元处于上电状态，所述列车的另一端为车头时，所述第二人机交互单元处于上电状态。

11.如权利要求1所述的列车车载控制系统，其特征在于，所述工业现场总线至少包括CAN总线、以太网总线、MVB总线、Profibus总线。

12.一种列车，其特征在于，包括如权利要求1-11中任一项所述的列车车载控制系统。