CN111251890B - 城轨车辆异构冗余控制电路及控制方法、城轨车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种城轨车辆冗余控制电路及控制方法、城轨车辆，所述控制电路包括：电源、开关、继电器、执行单元、司机室冗余控制装置和逻辑控制单元；所述司机室冗余控制装置的一端连接所述电源的正极；另一端用于分别与所述逻辑控制单元的第一输入端和所述常开触点的一端相连；逻辑控制单元的输出端与执行单元的一端相连；所述逻辑控制单元的第二输入端与所述开关和所述线圈的公共端相连；在现有技术电路基础上，增加司机室冗余控制装置、逻辑控制单元，通过新增的司机室冗余控制装置将继电器回路切换至逻辑控制单元控制的，从而在继电器故障的情况下，保持控制电路的逻辑控制能力，实现冗余设置。

Description

城轨车辆异构冗余控制电路及控制方法、城轨车辆

技术领域

本发明涉及轨道车辆控制技术领域，尤其涉及一种城轨车辆异构冗余控制电路及控制方法、城轨车辆。

背景技术

城轨车辆关键回路即与车辆动车相关的电路，随着科技的进步和轨道交通行业的不断发展，车辆IO控制电子化程度越来越高，但考虑到车辆关键回路的重要性，加上车辆IO电子化控制还处于验证阶段，目前车辆关键回路大多还是用继电器进行控制，但是继电器本身存在易卡位、抖动、接触不良等缺点，且受环境及动作次数限制，可靠性不高；而现有的城轨车辆关键回路IO控制无冗余设计，继电器一旦出现故障，相应关键回路电路逻辑功能丧失，可用性受影响。

因此，提供一种电路简单的冗余控制电路，以备继电器出现故障时，能够继续对城轨车辆进行控制。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种城轨车辆异构冗余控制电路及控制方法、城轨车辆，以解决现有技术中城轨车辆关键回路中的继电器出现故障时，关键回路电路逻辑功能丧失的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种城轨车辆异构冗余控制电路，包括：

电源、开关、继电器、执行单元、司机室冗余控制装置和逻辑控制单元；

所述继电器包括线圈和常开触点；

所述开关和所述线圈串接在所述电源的正负极之间；

所述司机室冗余控制装置的一端连接所述电源的正极；另一端用于分别与所述逻辑控制单元的第一输入端和所述常开触点的一端相连；

所述常开触点的另一端和所述逻辑控制单元的输出端相连，并与所述执行单元的一端相连；

所述执行单元的另一端与所述电源的负极相连；

所述逻辑控制单元的第二输入端与所述开关和所述线圈的公共端相连；

其中，所述司机室冗余控制装置，用于接收表征继电器是否故障的故障信息，并在所述继电器正常的情况下，切换电路至所述继电器回路，所述逻辑控制单元冷备不工作；

在所述继电器故障的情况下，切换电路至所述逻辑控制单元控制，所述继电器回路断开。

优选地，所述城轨车辆包括多节车厢，每节车厢均包括一个所述逻辑控制单元；

每节车厢的所述逻辑控制单元的第一输入端与相邻车厢的逻辑控制单元的第一输入端通过跨车连接器相连，并连接至所述司机室冗余控制装置。

优选地，所述司机室冗余控制装置包括切换开关和硬线控制电路；

所述切换开关的一端与所述电源的正极相连；

所述切换开关的另一端与所述硬线控制电路的输入端相连；

所述硬线控制电路的第一输出端与所述继电器的常开触点相连；

所述硬线控制电路的第二输出端与所述逻辑控制单元相连。

优选地，所述城轨车辆异构冗余控制电路还包括显示屏；

其中，所述显示屏上包括继电器控制按钮和逻辑控制单元按钮；

所述显示屏与所述司机室冗余控制装置之间通过通信线相连；

所述司机室冗余控制装置依据所述继电器控制按钮和逻辑控制单元按钮被触发的结果，执行对应的冗余操作。

优选地，所述逻辑控制单元为与门，当所述逻辑控制单元的第一输入端和第二输入端同时存在有效信号时，输出端输出数据。

优选地，所述城轨车辆异构冗余控制电路还包括列车控制单元；

所述列车控制单元与所述司机室冗余控制装置通过通信线相连；

所述列车控制单元用于为所述司机室冗余控制装置提供所述故障信息。

本发明还提供一种城轨车辆，包括上面任意一项所述的城轨车辆异构冗余控制电路。

另外，本发明还提供一种城轨车辆异构冗余控制方法，基于上面任意一项所述的城轨车辆异构冗余控制电路，所述城轨车辆异构冗余控制方法包括：

获取表征继电器是否故障的故障信息；

若所述继电器无故障，则保持继电器所在电路导通，以控制执行单元动作；

若所述继电器故障，则导通逻辑控制单元所在电路，并断开所述继电器所在电路，以控制执行单元动作。

优选地，当所述城轨车辆异构冗余控制电路包括显示屏，且显示屏上包括继电器控制按钮和逻辑控制单元按钮时；

所述获取表征继电器是否故障的故障信息，具体包括：

依据所述继电器控制按钮和所述逻辑控制单元按钮获所述故障信息。

优选地，当所述城轨车辆异构冗余控制电路包括列车控制单元时；

所述获取表征继电器是否故障的故障信息，具体包括：

从所述列车控制单元处获取所述故障信息。

经由上述的技术方案可知，本发明提供的城轨车辆异构冗余控制电路，在现有技术电路基础上，增加司机室冗余控制装置、逻辑控制单元，通过新增的司机室冗余控制装置将继电器回路切换至逻辑控制单元控制的，从而在继电器故障的情况下，保持控制电路的逻辑控制能力，实现冗余设置。由于逻辑控制单元为电子器件，且采用无触点控制技术，不存在继电器机械触点易出现卡位、抖动、接触不良等故障问题，可靠性较继电器高，且电子装置故障可以通过网络通信上报，可维护性更高。

另外，本发明提供的城轨车辆异构冗余控制方法，结合继电器控制和逻辑控制单元各自优势，提升整个系统的可靠性。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术城轨车辆关键回路采用继电器控制的控制电路结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种城轨车辆异构冗余控制电路结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种城轨车辆异构冗余控制电路原理结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种司机室冗余控制装置结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种司机室冗余控制装置接收故障信息的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种司机室冗余控制装置接收故障信息的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的整车城轨车辆冗余控制电路结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种城轨车辆异构冗余控制方法流程图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述现有技术中城轨车辆关键回路大多数用继电器进行控制，但是仅采用继电器进行控制，若出现故障，则控制失效。

如图1所示，为目前城轨车辆关键回路采用继电器控制的控制电路示意图；控制电路包括电源(V+和V-代表电源的输入端)、开关1、继电器A及执行模块4；其中，继电器A包括线圈2和常开触点3，开关1及线圈2串接于电源正负极之间，继电器常开触点3与执行单元4串接于电源正负之间。工作时，开关1通过继电器A控制执行单元4是否动作。具体地，开关1断开，继电器A线圈不得电，常开触点3保持断开状态，执行单元4不得电(无法动作)；开关1闭合，继电器A得电，常开触点3闭合，执行单元4得电开始动作。

当继电器因卡位、抖动、接触不良，出现继电器故障后，执行单元4将无法得电或持续得电，从而造成控制回路逻辑功能丧失，控制失效。

基于此，本发明提供一种城轨车辆异构冗余控制电路，包括：

电源、开关、继电器、执行单元、司机室冗余控制装置和逻辑控制单元；

所述继电器包括线圈和常开触点；

所述开关和所述线圈串接在所述电源的正负极之间；

所述司机室冗余控制装置的一端连接所述电源的正极；另一端用于分别与所述逻辑控制单元的第一输入端和所述常开触点的一端相连；

所述常开触点的另一端和所述逻辑控制单元的输出端相连，并与所述执行单元的一端相连；

所述执行单元的另一端与所述电源的负极相连；

所述逻辑控制单元的第二输入端与所述开关和所述线圈的公共端相连；

其中，所述司机室冗余控制装置，用于接收表征继电器是否故障的故障信息，并在所述继电器正常的情况下，切换电路至所述继电器回路，所述逻辑控制单元冷备不工作；

在所述继电器故障的情况下，切换电路至所述逻辑控制单元控制，所述继电器回路断开。

本发明提供的城轨车辆冗余控制电路，在现有技术电路基础上，增加司机室冗余控制装置、逻辑控制单元，通过新增的司机室冗余控制装置将继电器回路切换至逻辑控制单元控制的，从而在继电器故障的情况下，保持控制电路的逻辑控制能力，实现冗余设置。由于逻辑控制单元为电子器件，且采用无触点控制技术，不存在继电器机械触点易出现卡位、抖动、接触不良等故障问题，可靠性较继电器高，且电子装置故障可以通过网络通信上报，可维护性更高。

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，所描述的实施例仅仅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。

请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种城轨车辆异构冗余控制电路，包括：电源(V+和V-)、开关10、继电器A0、执行单元40、司机室冗余控制装置50和逻辑控制单元LCU；

所述继电器A0包括线圈20和常开触点30；

所述开关10和所述线圈20串接在所述电源的正负极之间；

所述司机室冗余控制装置50的一端连接所述电源的正极V+；另一端用于分别与所述逻辑控制单元的第一输入端和所述常开触点30的一端相连；

所述常开触点30的另一端和所述逻辑控制单元LCU的输出端相连，并与所述执行单元40的一端相连；

所述执行单元40的另一端与所述电源的负极V-相连；

所述逻辑控制单元LCU的第二输入端与所述开关10和所述线圈20的公共端相连；

其中，所述司机室冗余控制装置50，用于接收表征继电器是否故障的故障信息，并在所述继电器A0正常的情况下，切换电路至常开触点30所在的继电器回路，所述逻辑控制单元LCU冷备不工作；

在所述继电器A0故障的情况下，切换电路至所述逻辑控制单元LCU控制，继电器断开。

本实施例中司机室冗余控制装置安装在司机室中，选择执行单元40是由继电器A0控制还是逻辑控制单元LCU控制；当继电器正常情况下，司机室冗余控制装置50接收第一触发条件，选择由继电器控制；当继电器出现故障时，执行单元40无法动作，则产生第二触发条件，司机室冗余控制装置50接收到第二触发条件后，选择由逻辑控制单元LCU控制，从而实现冗余设置。

需要说明的是，所述第一触发条件和第二触发条件可以是由司机室冗余控制装置自身判断继电器A0是否正常得到的，第一触发条件代表继电器A0可以正常动作；第二触发条件代表继电器A0故障。

在本发明的其他实施例中，第一触发条件和第二触发条件还可以是继电器A0出现故障后，在司机室显示屏上显示出故障信息，然后由司机选择性发出指令，司机室冗余控制装置50接收到司机指令后，选择执行单元40是由继电器A0控制还是由逻辑控制单元LCU控制，如图3所示。

需要说明的是，逻辑控制单元具备工作使能控制功能，可以通过控制逻辑控制单元对外控制引脚使能逻辑控制单元是否工作。本发明中不限定逻辑控制单元的具体结构，只要能够实现第一输入端和第二输入端同时具有控制信号时，输出端输出信号即可。在本发明的一个实施例中，逻辑控制单元LCU可以是与门。当所述逻辑控制单元的第一输入端和第二输入端同时存在有效信号时，输出端输出数据。本实施例中所述有效信号并不限定为高电压有效，在实际操作过程中，也可以是低电压有效，根据实际情况进行设定即可。

另外，本发明对司机室冗余控制装置50的具体结构也不作限定，可选的，如图4所示，为本发明实施例提供的一种司机室冗余控制装置结构示意图；司机室冗余控制装置包括切换开关和硬线控制电路；所述切换开关的一端与所述电源的正极相连；所述切换开关的另一端与所述硬线控制电路的输入端相连；所述硬线控制电路的第一输出端与所述继电器的常开触点相连；所述硬线控制电路的第二输出端与所述逻辑控制单元相连。

司机室冗余控制装置内部由切换开关、硬线控制电路组成，其中硬线控制电路由继电器、空开和接触器等非智能器件组成。切换开关由司机控制，司机可以通过断开和闭合切换开关，实现执行模块选择是由继电器控制还是逻辑控制单元LCU控制。

如图5所示，为本发明实施例提供的一种司机室冗余控制装置接收故障信息的结构示意图；城轨车辆异构冗余电路还包括显示屏；

其中，所述显示屏上包括继电器控制按钮和逻辑控制单元按钮；

所述显示屏与所述司机室冗余控制装置之间通过通信线相连；

所述司机室冗余控制装置依据所述继电器控制按钮和逻辑控制单元按钮被触发的结果，执行对应的冗余操作。

司机室冗余控制装置具备与显示屏通信接口，在显示屏界面软件设置继电器控制和LCU控制触摸按键，显示屏读取触摸屏控制模式按钮信息，通过通信线传达给司机室冗余控制装置，最终实现执行模块选择是由继电器控制还是逻辑控制单元LCU控制。

本发明实施例提供的城轨车辆冗余控制电路的工作原理具体如下：

车辆正常运行时，司机室冗余控制装置50默认置为继电器控制，此时逻辑控制单元LCU冷备不工作，司机室冗余装置50将连接电源正端V+与继电器A常开触点30的上端，继电器A0常开触点30、执行单元40串接于电源正负之间，开关10及继电器A0线圈20串接于电源正负极之间，开关10通过继电器A0线圈20控制执行单元40是否动作；

当继电器A0故障，司机通过司机室显示屏查看到相关功能故障信息，输出指令给司机室冗余控制装置50，断开电源正端V+与继电器A触点3上端之间的连接，并使能逻辑控制单元LCU正常工作，逻辑控制单元LCU通过采集开关10的输入状态，并通过内部逻辑程序运算输出控制执行单元40是否动作。

另外，如图6所示，为本发明实施例提供的另一种司机室冗余控制装置接收故障信息的结构示意图；本发明实施例中提供的城轨车辆异构冗余控制电路还可以包括列车控制单元，列车控制单元与所述司机室冗余控制装置通过通信线相连；所述列车控制单元用于为所述司机室冗余控制装置提供所述故障信息。也即列车控制单元代替上面实施例中的显示屏来实现故障信息的传递。首先列车控制单元获取车辆电路的故障信息，然后发送给司机室冗余控制装置，来控制执行模块选择是由继电器控制还是逻辑控制单元LCU控制。具体原理过程可以参见上面显示屏的相关内容，本实施例中对此不做详细赘述。

需要说明的是，对于整车关键回路控制，如图7所示，还可以为每节车配置一台逻辑控制单元，各车逻辑控制单元使能端通过跨车连接器连接在一起，由司机室冗余控制装置统一控制，如图7所示，各节车关键回路IO控制由继电器和本节车厢内的逻辑控制单元冗余控制。

本发明提供的城轨车辆冗余控制电路，在现有技术电路基础上，增加司机室冗余控制装置、逻辑控制单元，通过新增的司机室冗余控制装置将继电器回路切换至逻辑控制单元控制的，从而在继电器故障的情况下，保持控制电路的逻辑控制能力，实现冗余设置。

具有如下特点：

城轨车辆关键回路由继电器和逻辑控制单元冗余控制，并于司机室设置冗余控制装置，用于选择执行模块是由继电器还是逻辑控制单元控制；

逻辑控制单元具备工作使能控制功能，可以通过控制逻辑控制单元对外控制引脚使能逻辑控制单元是否工作；

车辆正常运行时，司机室冗余控制装置默认置为继电器硬线控制，逻辑控制单元冷备不工作，由继电器控制执行模块动作；继电器故障，司机可以通过司机室显示屏查看到故障信息，并通过给司机室冗余控制装置发送指令，控制转换为由逻辑控制单元控制执行模块动作。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种城轨车辆，所述城轨车辆包括上面实施例中所述的城轨车辆异构冗余控制电路，通过冗余设置，避免继电器在出现故障时，还能保证城轨车辆正常运行。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种城轨车辆异构冗余控制方法，基于上面实施例中所述的城轨车辆异构冗余控制电路，请参见图8所示，所述城轨车辆异构冗余控制方法包括：

S101：获取表征继电器是否故障的故障信息；

S102：若所述继电器无故障，则保持继电器所在电路导通，以控制执行单元动作；

S103：若所述继电器故障，则导通逻辑控制单元所在电路，并断开所述继电器所在电路，以控制执行单元动作。

本实施例中不限定故障信息的来源，可选的，当所述城轨车辆异构冗余控制电路包括显示屏，且显示屏上包括继电器控制按钮和逻辑控制单元按钮时；所述获取表征继电器是否故障的故障信息，具体包括：依据所述继电器控制按钮和所述逻辑控制单元按钮获所述故障信息。当所述城轨车辆异构冗余控制电路包括列车控制单元时；所述获取表征继电器是否故障的故障信息，具体包括：从所述列车控制单元处获取所述故障信息。

上述控制方法基于由继电器与LCU形成的异构冗余电路，提供的是一种异构冗余控制方法，通过获取继电器是否故障的故障信息，然后基于该信息判定是由继电器继续控制，还是切换逻辑控制单元来进行控制，从而保证了在继电器故障情况下，城轨车辆同样能够正常运行。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种城轨车辆异构冗余控制电路，其特征在于，包括：

电源、开关、继电器、执行单元、司机室冗余控制装置和逻辑控制单元；

所述继电器包括线圈和常开触点；

所述开关和所述线圈串接在所述电源的正负极之间；

所述司机室冗余控制装置的一端连接所述电源的正极；另一端用于分别与所述逻辑控制单元的第一输入端和所述常开触点的一端相连；

所述常开触点的另一端和所述逻辑控制单元的输出端相连，并与所述执行单元的一端相连；

所述执行单元的另一端与所述电源的负极相连；

所述逻辑控制单元的第二输入端与所述开关和所述线圈的公共端相连；

其中，所述司机室冗余控制装置，用于接收表征继电器是否故障的故障信息，并在所述继电器正常的情况下，切换电路至所述继电器回路，所述逻辑控制单元冷备不工作；

在所述继电器故障的情况下，切换电路至所述逻辑控制单元控制，所述继电器回路断开；

所述司机室冗余控制装置包括切换开关和硬线控制电路；

所述切换开关的一端与所述电源的正极相连；

所述切换开关的另一端与所述硬线控制电路的输入端相连；

所述硬线控制电路的第一输出端与所述继电器的常开触点相连；

所述硬线控制电路的第二输出端与所述逻辑控制单元相连。

2.根据权利要求1所述的城轨车辆异构冗余控制电路，其特征在于，所述城轨车辆包括多节车厢，每节车厢均包括一个所述逻辑控制单元；

每节车厢的所述逻辑控制单元的第一输入端与相邻车厢的逻辑控制单元的第一输入端通过跨车连接器相连，并连接至所述司机室冗余控制装置。

3.根据权利要求1或2所述的城轨车辆异构冗余控制电路，其特征在于，还包括显示屏；

其中，所述显示屏上包括继电器控制按钮和逻辑控制单元按钮；

所述显示屏与所述司机室冗余控制装置之间通过通信线相连；

所述司机室冗余控制装置依据所述继电器控制按钮和逻辑控制单元按钮被触发的结果，执行对应的冗余操作。

4.根据权利要求1所述的城轨车辆异构冗余控制电路，其特征在于，所述逻辑控制单元为与门，当所述逻辑控制单元的第一输入端和第二输入端同时存在有效信号时，输出端输出数据。

5.根据权利要求1所述的城轨车辆异构冗余控制电路，其特征在于，还包括列车控制单元；

所述列车控制单元与所述司机室冗余控制装置通过通信线相连；

所述列车控制单元用于为所述司机室冗余控制装置提供所述故障信息。

6.一种城轨车辆，其特征在于，包括权利要求1-5任意一项所述的城轨车辆异构冗余控制电路。

7.一种城轨车辆异构冗余控制方法，其特征在于，基于权利要求1-5任意一项所述的城轨车辆异构冗余控制电路，所述城轨车辆异构冗余控制方法包括：

获取表征继电器是否故障的故障信息；

若所述继电器无故障，则保持继电器所在电路导通，以控制执行单元动作；

若所述继电器故障，则导通逻辑控制单元所在电路，并断开所述继电器所在电路，以控制执行单元动作。

8.根据权利要求7所述的城轨车辆异构冗余控制方法，其特征在于，当所述城轨车辆异构冗余控制电路包括显示屏，且显示屏上包括继电器控制按钮和逻辑控制单元按钮时；

所述获取表征继电器是否故障的故障信息，具体包括：

依据所述继电器控制按钮和所述逻辑控制单元按钮获所述故障信息。

9.根据权利要求7所述的城轨车辆异构冗余控制方法，其特征在于，当所述城轨车辆异构冗余控制电路包括列车控制单元时；

所述获取表征继电器是否故障的故障信息，具体包括：

从所述列车控制单元处获取所述故障信息。

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