CN110936985A - 一种集成tcms和ato的车载设备、方法和列车 - Google Patents

一种集成tcms和ato的车载设备、方法和列车 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种集成TCMS和ATO的车载设备、方法和列车，将ATO功能模块和TCMS的VCU功能模块集成在同一板卡上，省去了ATO功能模块和VCU功能模块之间复杂的物理连接，将两个设备集成为一个设备，节省了设备占用的空间。同一板卡上的ATO功能模块和VCU功能模块之间能够通过板卡传输数据，降低了通信延迟，提高了系统性能。ATO功能模块和VCU功能模块共用IO接口模块，提高了接口的资源利用率。

Description

一种集成TCMS和ATO的车载设备、方法和列车
技术领域
本发明涉及列车控制技术领域，尤其是涉及一种集成TCMS和ATO的车载设备、方法和列车。
背景技术
随着全自动无人驾驶技术的广泛应用，车辆对各系统功能要求越来越高，同时设备安装空间却越来越少。传统列车采用分布式系统，通过总线技术将子系统连接到TCMS(Train Control and Management System，列车管理与控制系统)上，例如TCMS(列车控制和管理系统)、ATP(Automatic Train Protection，自动防护系统)/ATO(Automatic TrainOperation，列车自动驾驶)系统、旅客信息系统、广播系统、牵引系统、制动系统、门系统、空调系统等，这些系统在列车启动过程和正线过程中，有着大量的数据通信，这会造成车辆的MVB(Multifunction Vehicle Bus，多功能车辆总线)的占用率居高不下，同时使得各个系统的核心主机上加载着大量的物理接口和软件中的逻辑关系。这些设备接口同时意味着需要大量的电缆连线，占用了大量的安装空间，并且大量的线路连接会导致车辆重量增加和增加在调试、维护工作量。
由此，现有的列车上各系统间的连接通过大量的物理接口和软件中的逻辑关系实现，占用空间较大、资源未得到合理利用、复杂的连接关系也降低了系统性能。
发明内容
本发明实施例提供一种集成TCMS和ATO的车载设备、方法和列车，用以解决现有技术中列车上各系统间的连接通过大量的物理接口和软件中的逻辑关系实现，占用空间较大、资源未得到合理利用、复杂的连接关系也降低了系统性能的问题。
针对以上技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种集成TCMS和ATO的车载设备，包括IO接口模块、列车自动驾驶ATO功能模块和列车管理与控制系统TCMS的车辆控制单元VCU功能模块；
所述ATO功能模块和所述VCU功能模块集成在同一板卡上；
所述ATO功能模块和所述VCU功能模块均通过所述IO接口模块与所述车载设备之外的外部设备传输数据。
可选地，还包括记录板；
所述ATO功能模块和所述VCU功能模块，将数据存储到所述记录板中或者从所述记录板获取数据；
所述记录板还用于存储所述ATO功能模块和所述VCU功能模块生成的日志。
可选地，所述记录板还用于通过所述IO接口模块与外部设备传输数据。
可选地，所述ATO功能模块和所述VCU功能模块位于所述板卡的同一CPU的不同内核上。
可选地，所述IO接口模块包括通过以太网传输数据的第一接口和通过MVB传输数据的第二接口；
所述ATO功能模块和所述VCU功能模块，均通过所述第一接口与外部设备中的第一设备传输数据，其中，第一设备包括所述车载设备所在的目标列车中所述车载设备之外的设备；
所述ATO功能模块和所述VCU功能模块，均通过所述第二接口与外部设备中的第二设备传输数据，其中，第二设备包括所述目标列车之外的列车的设备和/或轨旁设备；
所述ATO功能模块与所述VCU功能模块之间通过所述板卡传输数据。
可选地，所述第一接口连接所述目标列车中的人机交互界面MMI；
所述第二接口连接所述目标列车的总线。
可选地，还包括电源板；
所述电源板用于对所述ATO功能模块和所述VCU功能模块供电。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于以上任一项所述的集成TCMS和ATO的车载设备的数据传输方法，包括：
所述板卡中的任一集成功能模块从所述IO接口模块获取数据和/或从所述记录板获取数据，对获取的数据进行处理，将处理后的结果传输到所述IO接口模块或者存储到所述记录板；
所述记录板中接收由所述集成功能模块发送的数据或由所述集成功能模块生成的日志，并进行存储；
其中，所述集成功能模块包括所述ATO功能模块和/或所述VCU功能模块。
第三方面，本发明实施例提供了一种列车，包括以上任一项所述的集成TCMS和ATO的车载设备。
本发明的实施例提供的一种集成TCMS和ATO的车载设备、方法和列车，将ATO功能模块和TCMS的VCU功能模块集成在同一板卡上，省去了ATO功能模块和VCU功能模块之间复杂的物理连接，将两个设备集成为一个设备，节省了设备占用的空间。同一板卡上的ATO功能模块和VCU功能模块之间能够通过板卡传输数据，降低了通信延迟，提高了系统性能。ATO功能模块和VCU功能模块共用IO接口模块，提高了接口的资源利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的集成TCMS和ATO的车载设备的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的ATO和VCU集成主机结构示意图；
图3是本发明实施例提供的VCU和ATO运算内核间通讯及和外部设备通信过程示意图；
图4是本发明实施例提供的ATO+VCU主机硬件模块原理示意图。
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。
针对现有的列车上各系统间的连接通过大量的物理接口和软件中的逻辑关系实现，占用空间较大、资源未得到合理利用、复杂的连接关系也降低了系统性能的问题，图1为本实施例提供的集成TCMS和ATO的车载设备的结构示意图，参见图1，该车载设备包括IO接口模块101、列车自动驾驶ATO功能模块102和列车管理与控制系统TCMS的车辆控制单元VCU功能模块103；
所述ATO功能模块102和所述VCU功能模块103集成在同一板卡上；
所述ATO功能模块102和所述VCU功能模块103均通过所述IO接口模块101与所述车载设备之外的外部设备传输数据。
需要说明的是，本实施例提供的车载设备，可以是重新布局设计的集成ATO功能模块102和VCU功能模块103于一体的设备，也可以基于现有的ATO功能模块所在主机，或者VCU功能模块所在的主机进行改进，使得ATO功能模块102和VCU功能模块103集成一体。
集成在同一板卡的ATO功能模块102和VCU功能模块103之间，可以通过板卡进行数据交互，相比于现有设备，不再需要设备之间的连线实现数据传输，能够降低传输延迟，提高数据传输质量。
在本实施例提供的车载设备中，IO接口模块由ATO功能模块102和VCU功能模块103共用，由于ATO功能模块102和VCU功能模块103之间存在很多功能相同的接口，因此，在本实施例提供的设备中IO接口模块中接口的复用率很高，能够大大的提高资源利用率。
作为说明，表1示出了ATO功能模块102和VCU功能模块103的输入输出复用情况。实际上，在一些线路中，ATO与TCMS的IO可大部分复用，且复用率可达92％。这种现象的主要原因是因为这两个系统的IO接口大部分都是和车辆的各个车厢的RIOM系统进行信号的收发，在对列车的通信控制上，数据流的流向大体相同，因此有着较为相似的IO接口，为TCMS、信号主机集成提供了接口集成上的便利。
表1 ATO功能模块102和VCU功能模块103的输入输出复用情况
设备 输入量 输出量 输入输出总量 与TCMS复用数量
ATO 3 10 13 12
本实施例中的外部设备具体可以包括，该车载设备所在的目标列车上，除了该车载设备之外的设备，和/或，目标列车之外的其它列车上的设备，或者一个轨旁设备等。
进一步地，所述板卡能同时运行所述ATO功能模块和所述VCU功能模块。
进一步地，所述板卡的型号为MSCP-ATO主机板。
本实施例提供的一种集成TCMS和ATO的车载设备，将ATO功能模块和TCMS的VCU功能模块集成在同一板卡上，省去了ATO功能模块和VCU功能模块之间复杂的物理连接，将两个设备集成为一个设备，节省了设备占用的空间。同一板卡上的ATO功能模块和VCU功能模块之间能够通过板卡传输数据，降低了通信延迟，提高了系统性能。ATO功能模块和VCU功能模块共用IO接口模块，提高了接口的资源利用率。
进一步地，如图1所示，在上述实施例的基础上，还包括记录板；
所述ATO功能模块和所述VCU功能模块，将数据存储到所述记录板中或者从所述记录板获取数据；
所述记录板还用于存储所述ATO功能模块和所述VCU功能模块生成的日志。
进一步地，如图1所示，在上述各实施例的基础上，所述记录板还用于通过所述IO接口模块与外部设备传输数据。
进一步地，记录板包括存储条。
在本实施例中车载设备中的记录板不仅能与ATO功能模块和所述VCU功能模块传输数据，还能通过IO接口模块与外部设备传输数据。
具体地，一方面，ATO功能模块和/或VCU功能模块，将处理后的数据传输到记录板进行存储，或者从记录板获取数据用于计算。此外，为了对ATO功能模块和/或VCU功能模块的行为进行记录，ATO功能模块和/或VCU功能模块还可以将生成的日志传输到记录板进行存储。另一方面，外部设备可以通过IO接口模块将数据传输到记录板中进行存储，外部设备也可以通过IO接口模块从记录板读取数据。
本实施例中车载设备通过记录板实现了对数据的存储和读取。
图2为本实施例提供的ATO和VCU集成主机结构示意图，参见图2，该主机包括ATO+VCU主机板201、记录板202和电源板203。各部分的介绍如下：
ATO+VCU主机板201：支持TRDP通信，AOM输入和输出，支持Powerlink，外部接口：2个M12。
记录板202：日志信息记录和存储，支持Powerlink，外部接口：1个RJ45，2个M12，1个USB，存储容量64G(其中，16G作为TCMS的事件记录)。
电源板203：用于供电，外部接口：2个DB9。
图2所示的ATO+VCU主机中，能够同时运行TCMS和ATO程序，作为TCMS的控制主机，完成TCMS系统数据的收发和处理，执行逻辑运算、逻辑判断、数据转发等，通过对外接口与外部通信。同时，通过共享内存技术，ATO和TCMS之间可实现内部通讯，减少车辆配线、避免传输延迟、降低丢包率；TCMS可复用ATO的外部数字量，实现数据的共享。
进一步地，在上述各实施例的基础上，所述ATO功能模块和所述VCU功能模块位于所述板卡的同一CPU的不同内核上。
进一步地，所述CPU的型号为AM5728。
图3为本实施例提供的VCU和ATO运算内核间通讯及和外部设备通信过程示意图，参见图3，ATO功能模块和VCU功能模块采用了虚拟主机的多核虚拟机系统，因此它们间通信可以理解成两个内核间的通信。在VCU功能模块(内核1)和ATO功能模块(内核2)的通信上，由于处在同一块主机板卡(型号MSCP-ATO主机板)上的同一块CPU(型号AM5728)的不同内核上，因此它们之间的通信是通过内部的主机板进行通信的，相对列车级总线通信，板间通信可以大大降低通信时延，并且提高通信的稳定性。
本实施例中，ATO功能模块和VCU功能模块各自运行在双内核CPU的一个内核中，是因为这样能够提供更高的稳定性，而且具有耦合性底、实时性高的特点。在双内核间的通信上，可以通过进程即可进行通信，并且由于这两个核心有着大量的相似IO接口，在收发数据的时候上，可以同时传输到两个核心的进程中，能够允许两块核心同时对收发的数据进行处理，降低了软件编程难度。
可见，本实施例中使得ATO功能模块和VCU功能模块运行在同一CPU的不同内核上，使得这两个功能模块之间的通信可以通过进程实现，大大降低了通信时延。另一方面，各自运行在一个内核上，提高了系统的稳定性。此外，这种ATO功能模块和VCU功能模块的集成，也降低了对车载设备开发或者升级的难度。
进一步地，在上述各实施例的基础上，所述IO接口模块包括通过以太网传输数据的第一接口和通过MVB传输数据的第二接口；
所述ATO功能模块和所述VCU功能模块，均通过所述第一接口与外部设备中的第一设备传输数据，其中，第一设备包括所述车载设备所在的目标列车中所述车载设备之外的设备；
所述ATO功能模块和所述VCU功能模块，均通过所述第二接口与外部设备中的第二设备传输数据，其中，第二设备包括所述目标列车之外的列车的设备和/或轨旁设备；
所述ATO功能模块与所述VCU功能模块之间通过所述板卡传输数据。
具体地，所述第一接口连接所述目标列车中的人机交互界面MMI。
进一步地，在上述各实施例的基础上，所述第二接口连接所述目标列车的总线。
车载设备对和其处于同一列车的外部设备所采用的通信协议(例如，通常采用以太网进行通信)，不同于和其不在同一列车的外部设备所采用的通信协议(例如，采用MVB通信)。图4为本实施例提供的ATO+VCU主机硬件模块原理示意图，参见图4，无论是ATO功能模块还是VCU功能模块，均通过以太网交换机和目标列车内外部设备实现数据传输，且通过车辆总线(MVB的方式)实现与目标列车之外的外部设备的数据传输。
由此可见，在本实施例提供的车载设备中，车载设备在和外部设备通信时，都是通过主机的IO板进行系统间的通信，并且由于复用了大量的IO接口，相比两套系统的IO接口数量，降低了接口的数量，并且由于两路系统共用一套IO接口，可以提高数据传输的效率，将IO接口进行充分的利用。
本实施例提供的车载设备在和外部通信的过程上，集成化主机采用了以太网交换机作为硬件上的网络通信方式，再通过以太网连接到司机室的控制系统(例如MMI车载人机操作界面)，方便司机室工作人员进行更方便快捷的操作。在和列车整体的列车级通信上，则通过MVB线缆连接到列车的红蓝网总线(如图4所示)上，从而使得车载主机能够对整个列车的信号进行信号的收发和处理，从而达到控制整个列车的目的。
进一步地，在上述各实施例的基础上，还包括电源板；
所述电源板用于对所述ATO功能模块和所述VCU功能模块供电。
进一步地，所述电源板输出两路电压，分别为5V电压和24V电压。
进一步地，功能输入采集板的干节点用于采集10V电压。
进一步地，IO接口模块内的板卡均采用低成本连接器。具体地，输入接口板和功能输出接口板均采用低成本连接器。
此外，由于输入输出处理板已具备模块化内存、IO等标准电路，需要进行组合设计，使得其支持5728，STM32两种处理器。
在实现本实施例提供的车载设备时，需对母板重新设计PCB版型，以实现ATO功能模块和TCMS的车辆控制单元VCU功能模块的一体化。
从硬件结构上来讲，将ATO和VCU两套系统的核心主机整合到一起是完全可以简单实现的，因为现有的一体化主机上，有着多余的位置来安置ATO板卡和VCU板卡，一体化主机的电源板卡也是双路供电，也符合支持两块不同板卡供电的需求。在两台主机整合到一台后，可以节省下车辆上连接一台主机的数据接口，降低列车的接线负担。如此一来可以降低产品的研发成本，同时在硬件结构上，使得两块板卡间的通讯更稳定。同时为了支持两块板卡而升级的CPU，也可以加快一体化主机和MVB总线上的通讯，从而使得两方面的通讯都有着显著降低时延的效应。
具体来说，将列车的TCMS主机功能集成到AATO主机中，在ATO主机中运行两种系统软件，共用电源模块、处理板、数据记录仪，满足SIL2的安全等级要求。能够在节约成本的同时，免去多套系统间繁琐的接线和供电，提高各个系统间的信号传输速率，降低列车MVB总线占用率，减少牵引车的设备占地面积，简化系统，使系统构造更为简洁。
可见，本发明实现了ATO模块和VCU模块的有机结合，使得TCMS系统和ATO系统最核心的两个运算硬件集成到了一台主机中，并且复用了大量IO接口，节省了开发成本，有效提高了列车生产设备制造和调试上的效率；同时使得这两个系统间的通讯从总线通信降低为PCB主机板的板间通讯，使其通讯时延更低，通讯质量更高，进而使得列车系统的整个信号传输更为快捷、稳定。
此外，本发明提供了一种基于上述所述的集成TCMS和ATO的车载设备的数据传输方法，包括：
所述板卡中的任一集成功能模块从所述IO接口模块获取数据和/或从所述记录板获取数据，对获取的数据进行处理，将处理后的结果传输到所述IO接口模块或者存储到所述记录板；
所述记录板中接收由所述集成功能模块发送的数据或由所述集成功能模块生成的日志，并进行存储；
其中，所述集成功能模块包括所述ATO功能模块和/或所述VCU功能模块。
本实施例提供的数据传输方法适用于上述各实施例提供的集成TCMS和ATO的车载设备，在此不再赘述。
此外，本实施例还提供了一种列车，包括以上任一集成TCMS和ATO的车载设备。
本实施例提供的一种基于集成TCMS和ATO的车载设备的数据传输方法和列车，将ATO功能模块和TCMS的VCU功能模块集成在同一板卡上，省去了ATO功能模块和VCU功能模块之间复杂的物理连接，将两个设备集成为一个设备，节省了设备占用的空间。同一板卡上的ATO功能模块和VCU功能模块之间能够通过板卡传输数据，降低了通信延迟，提高了系统性能。ATO功能模块和VCU功能模块共用IO接口模块，提高了接口的资源利用率。
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)

1.一种集成TCMS和ATO的车载设备，其特征在于，包括IO接口模块、列车自动驾驶ATO功能模块和列车管理与控制系统TCMS的车辆控制单元VCU功能模块；
所述ATO功能模块和所述VCU功能模块集成在同一板卡上；
所述ATO功能模块和所述VCU功能模块均通过所述IO接口模块与所述车载设备之外的外部设备传输数据。
2.根据权利要求1所述的集成TCMS和ATO的车载设备，其特征在于，还包括记录板；
所述ATO功能模块和所述VCU功能模块，将数据存储到所述记录板中或者从所述记录板获取数据；
所述记录板还用于存储所述ATO功能模块和所述VCU功能模块生成的日志。
3.根据权利要求2所述的集成TCMS和ATO的车载设备，其特征在于，所述记录板还用于通过所述IO接口模块与外部设备传输数据。
4.根据权利要求1所述的集成TCMS和ATO的车载设备，其特征在于，所述ATO功能模块和所述VCU功能模块位于所述板卡的同一CPU的不同内核上。
5.根据权利要求1所述的集成TCMS和ATO的车载设备，其特征在于，所述IO接口模块包括通过以太网传输数据的第一接口和通过MVB传输数据的第二接口；
所述ATO功能模块和所述VCU功能模块，均通过所述第一接口与外部设备中的第一设备传输数据，其中，第一设备包括所述车载设备所在的目标列车中所述车载设备之外的设备；
所述ATO功能模块和所述VCU功能模块，均通过所述第二接口与外部设备中的第二设备传输数据，其中，第二设备包括所述目标列车之外的列车的设备和/或轨旁设备；
所述ATO功能模块与所述VCU功能模块之间通过所述板卡传输数据。
6.根据权利要求1所述的集成TCMS和ATO的车载设备，其特征在于，所述第一接口连接所述目标列车中的人机交互界面MMI；
所述第二接口连接所述目标列车的总线。
7.根据权利要求1所述的集成TCMS和ATO的车载设备，其特征在于，还包括电源板；
所述电源板用于对所述ATO功能模块和所述VCU功能模块供电。
8.一种基于权利要求2-7任一项所述的集成TCMS和ATO的车载设备的数据传输方法，其特征在于，包括：
所述板卡中的任一集成功能模块从所述IO接口模块获取数据和/或从所述记录板获取数据，对获取的数据进行处理，将处理后的结果传输到所述IO接口模块或者存储到所述记录板；
所述记录板中接收由所述集成功能模块发送的数据或由所述集成功能模块生成的日志，并进行存储；
其中，所述集成功能模块包括所述ATO功能模块和/或所述VCU功能模块。
9.一种列车，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的集成TCMS和ATO的车载设备。
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