CN114872756A - 应用于轨道车辆的融合控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用于轨道车辆的融合控制系统及控制方法，该系统包括控制层、网络层和执行层；其中，控制层包括一体化控制平台，一体化控制平台包括多个整车控制应用程序；执行层的各子系统的执行单元通过网络层的TSN与一体化控制平台通信；一体化控制平台用于通过各整车控制应用程序生成相应的整车控制指令，并将整车控制指令发送至网络层；网络层用于通过TSN接收整车控制指令，并将整车控制指令发送至执行层；执行层用于接收整车控制指令，并按照各子系统的执行单元的本地控制逻辑，执行整车控制指令对应的动作，以对车辆进行融合控制。本发明实现对整列车进行集中控制，有效减少指令传输延时和车辆控制的精度。

Description

应用于轨道车辆的融合控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种应用于轨道车辆的融合控制系统及控制方法。

背景技术

当前轨道车辆上的制动使用架空制动系统对每个转向架上的制动执行单元单独控制，并通过MVB(Multifunction Vehicle Bus，多功能车辆总线)和车辆上其他子系统进行通信和数据交流。制动系统内部使用CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线进行制动通信管理，受限于CAN总线的通信距离限制，常规六编组车辆需要分成两个CAN单元进行分别管理。每个CAN单元有两个主控制单元负责本CAN单元内的制动力管理、制动力分配等管理，两个主控单元中有一个是正常工作，另一个处于热备用状态。两个CAN单元通过各自的主控制单元经过MVB(Multifunction vehicle bus，多功能车辆总线)进行通信和数据交换备份。

现有技术中，制动控制主控单元需要通过MVB接收TCMS(Traditional ChineseMedicines，列车控制和管理系统)传输的相关制动指令，这就造成当前ATO或者司控器发出制动指令和制动控制单元接收到该指令之间存在时间差，影响车辆制动响应的精度。

发明内容

本发明提供一种应用于轨道车辆的融合控制系统及控制方法，用以解决现有技术中车辆制动响应的精度低的缺陷，实现提高车辆制动响应的精度。

本发明提供一种应用于轨道车辆的融合控制系统，包括控制层、网络层和执行层；

其中，所述控制层包括一体化控制平台，所述一体化控制平台包括多个整车控制应用程序；

所述网络层包括时间敏感型网络TSN；

所述执行层包括车辆的各子系统的执行单元；

各子系统的执行单元通过所述网络层的TSN与所述一体化控制平台通信；

所述一体化控制平台用于通过各整车控制应用程序生成相应的整车控制指令，并将所述整车控制指令发送至所述网络层；

所述网络层用于通过所述TSN接收所述整车控制指令，并将所述整车控制指令发送至所述执行层；

所述执行层用于接收所述整车控制指令，并按照各子系统的执行单元的本地控制逻辑，执行所述整车控制指令对应的动作，以对所述车辆进行融合控制。

根据本发明提供的一种应用于轨道车辆的融合控制系统，所述TSN包括多个TSN交换机构成的双环网；

其中，所述车辆的每节车厢均包含两个所述TSN交换机，分别为第一TSN交换机和第二TSN交换机；

所述双环网是由每节车厢中的第一TSN交换机之间进行级联，以及每节车厢中的第二TSN交换机之间进行级联得到的。

根据本发明提供的一种应用于轨道车辆的融合控制系统，所述TSN还包括多个无线访问接入点AP；

所述执行层中各子系统的执行单元均包括多个第一目标执行单元；

其中，所述第一目标执行单元为各子系统中无线控制的执行单元；所述第一目标执行单元包括空调控制单元、乘客信息服务系统PIS和所述PIS的显示屏中的一种或多种组合；

各AP与各TSN交换机对应连接，用于将所述执行层中各子系统的第一目标执行单元以无线信号的形式连接至所述网络层的TSN的骨干网。

根据本发明提供的一种应用于轨道车辆的融合控制系统，在每一AP的频段均为单一频段的情况下，任意相邻的两节车厢在每一单一环网下的AP的频段交叉部署；

其中，同一节车厢中不同AP的频段不同。

根据本发明提供的一种应用于轨道车辆的融合控制系统，每一AP包括多个频段和频段切换单元；

所述频段切换单元用于，在每一AP的当前频段掉线的情况下，将所述每一AP的当前频段切换至所述多个频段中除所述当前频段外的其他频段。

根据本发明提供的一种应用于轨道车辆的融合控制系统，所述执行层还包括远程输入输出单元RIOM；

所述执行层中各子系统的执行单元还包括多个第二目标执行单元；

其中，所述第二目标执行单元包括测速单元、牵引单元和制动单元中的一种或多种组合；

各节车厢的子系统的第二目标执行单元通过所述RIOM与各节车厢的TSN交换机对应连接。

根据本发明提供的一种应用于轨道车辆的融合控制系统，所述一体化控制平台还包括硬件层、操作系统、功能分布式框架；

所述硬件层部署在所述一体化控制平台的底层，所述硬件层的上级依次为操作系统、功能分布式框架和多个整车控制应用程序；

所述硬件层用于提供所述一体化制动控制平台所需的硬件；

所述操作运行系统用于提供所述一体化制动控制平台所需的数据运算和数据存储的功能；

所述功能分布式框架包括第一应用接口、服务接口和第二应用接口；

所述第一应用接口用于提供所述功能分布式框架与所述多个整车控制应用程序连接的接口；

所述服务接口用于提供所述一体化制动控制平台所需的服务的接口；

所述第二应用接口用于提供所述功能分布式框架与所述操作系统连接的接口；

其中，所述服务包括主备冗余服务、时钟同步服务、故障监视服务、输入输出管理服务、通信协议服务、应用程序调度服务、通信管理服务中的一种或多种组合。

根据本发明提供的一种应用于轨道车辆的融合控制系统，还包括多组以太网列车骨干网ETB交换机对；

每组所述ETB交换机对中的两套ETB交换机分别安装在所述车辆两端的头车上，且分别与所述TSN的骨干网连接，用于为所述车辆两端的头车提供通信通道。

根据本发明提供的一种应用于轨道车辆的融合控制系统，所述执行层还用于收集各子系统的本地信息，并将所述本地信息通过所述网络层传输至所述一体化控制平台；

所述一体化控制平台还用于根据各子系统的本地信息以及各整车控制应用程序生成所述整车控制指令；

其中，所述本地信息包括输入信号、输出信号、状态信息和历史控制结果中的一种或多种组合。

本发明还提供一种基于上述任一种所述的应用于轨道车辆的融合控制系统的控制方法，包括：

基于控制层中一体化控制平台的各整车控制应用程序，生成相应的整车控制指令，并将所述整车控制指令发送至网络层；

基于所述网络层的TSN接收所述整车控制指令，并将所述整车控制指令发送至执行层；

基于所述执行层接收所述整车控制指令，并按照各子系统的执行单元的本地控制逻辑，执行所述整车控制指令对应的动作，以对车辆进行融合控制；其中，各子系统的执行单元通过所述网络层的TSN与所述一体化控制平台通信。

本发明提供的应用于轨道车辆的融合控制系统及控制方法，一方面通过在控制层集成的具有多个整车控制应用程序的一体化控制平台，以集中对各子系统下发整车控制指令，实现对车辆的各子系统进行集中控制，有效降低制动控制主控单元与子系统之间数据传输频率，减少数据传输延时，并能减少制动控制主控单元的硬件开销成本；另一方面通过TSN统一车辆上不同子系统的网络通信形式和实现子系统间和子系统与控制层之间的数据共享，提高车辆上各子系统信息传输的容量、实时性以及精度可靠性，进一步提高整车控制指令传输的实时性和可靠性，进而提高列车控制的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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是本发明提供的应用于轨道车辆的融合控制系统的结构示意图；

图2是本发明提供的基于应用于轨道车辆的融合控制系统的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

现有技术中，制动控制主控单元需要通过MVB接收TCMS传输的相关制动指令，这就造成当前ATO(Automatic Train Operation，列车自动驾驶系统)或者司控器发出制动指令和制动控制单元接收到该指令之间存在时间差，影响车辆制动响应的精度。

针对上述问题，本申请实施例旨在使用TSN网络形成一个适用于列车集中控制的融合控制系统，系统分为控制层、网络层和执行层三个层级。控制层有一体化控制平台，平台上集成有多系统融合应用，实现列车级的整车集中控制管理。网络层作为控制层和执行层中间的交互通道，提供高可靠性、高传速速率的通道。执行层接收控制层发出的列车级的整车控制指令，按照各自子系统的本地控制逻辑执行具体动作，以实现对列车的融合控制和指令全线共享，降低指令传输延迟时间和提高车辆制动响应的精度。

下面结合图1描述本发明的应用于轨道车辆的融合控制系统，该系统包括控制层、网络层和执行层；其中，所述控制层包括一体化控制平台，所述一体化控制平台包括多个整车控制应用程序；

所述网络层包括时间敏感型网络TSN；

所述执行层包括所述车辆的各子系统的执行单元；

各子系统的执行单元通过所述网络层的TSN与所述一体化控制平台通信；

可选地，控制层作为融合控制系统的控制中心，用于发送列车级的整车控制指令；网络层作为控制层和执行层中间的交互通道，用于为控制层和执行层提供高可靠性、高传速速率的通信通道；执行层作为融合控制系统的执行机构，用于接收控制层发出的列车级的整车控制指令，按照各自子系统的本地控制逻辑执行具体动作；也可以将本车采集的各种输入输出(简称I/O)信号通过网络层发送给控制层。

其中，控制层包含一个或多个一体化控制平台(下文简称一体化平台或MVCU)，本实施例对此不做具体地限定。

多个一体化控制平台可以是不同类型的一体化控制平台也可以是互为冗余的相同类型的一体化控制平台，本实施例对此不作具体地限定；

例如，为了实现控制的有效性，按照不同的控制安全等级，设置多个不同类型的一体化控制平台；其中，第一种MVCU集成有多个整车控制应用程序，包括但不限于ATO、TCMS、牵引控制、制动控制等低安全等级的应用程序；而第二种MVCU集成有ATP(Automatic TrainProtection，列车自动防护)控制单元等高安全等级的控制单元。需要说明的是，第一种MVCU和第二种MVCU独立设置，并均可以直接连接在TSN的骨干网络上。

又例如，为了提高车辆控制的可靠性，本实施例中的控制层优先地设置两组MVCU，分别为MVCU1和MVCU2；两组MVCU互为主备冗余配置，即其中一个MVCU为主系一体化控制平台，另一个为备系一体化控制平台。

整个MVCU作为车辆集中融合控制的主设备，分别安装在车辆的两端，即两个头车上；

每一MVCU均通过冗余的TSN端口连接在网络层的TSN的骨干环网上，实现主备冗余配置。

需要说明的是，本实施例中的融合控制系统还可以包含独立于MVCU之外的融合控制单元，如ATP控制单元,

其中，网络层包括时间敏感型网络(简称，TSN)；TSN为安装在车辆的每节车厢上的TSN交换机级联形成的单环网或双环网，本实例对此不做具体地限定。

TSN环网作为控制层和执行层中间的交互通道，不仅可以提供高可靠性、高传速速率的通信通道；而且TSN提供的一个或多个物理隔离的环网，可有效确保网络层的可用性。

其中，执行层包括车辆的各子系统的执行单元；执行单元包括但不限于测速单元、牵引单元和制动单元，以及空调控制单元、乘客信息服务系统(简称PIS)和PIS的显示屏等，本实施例对此不做具体地限定。各子系统的各执行单元的数量也可以根据实际需求进行设置，如制动单元的数量为2，PIS的显示屏的数量为8。

各子系统的执行单元通过所述网络层的TSN与所述一体化控制平台通信；

其中，一体化控制平台和各子系统的执行单元可以直接或间接连接，也可以是以有线和/或无线的形式连接在TSN的骨干网络上等，本实施例对连接方式不作具体地限定。

在连接成功的情况下，各子系统之间，以及各子系统与一体化控制平台之间均可通过网络层的TSN进行通信和信息全线共享。

所述一体化控制平台用于通过各整车控制应用程序生成相应的整车控制指令，并将所述整车控制指令发送至所述网络层；

其中，一体化控制平台可以通过各整车控制应用程序生成各整车控制应用程序对应的整车控制指令，如牵引控制应用程序可以生成牵引控制指令；ATO应用程序可以生成自动驾驶控制指令等。

可选地，一体化控制平台在生成整车控制指令后，可以将整车控制指令发送至网络层，以实现整车控制指令全线共享，进而实现对车辆的各个子系统进行集中融合控制。

所述网络层用于通过所述TSN接收所述整车控制指令，并将所述整车控制指令发送至所述执行层；

可选地，网络层可以通过TSN接收整车控制指令，在TSN中实现整车控制指令的全线共享，即连接在TSN上的所有子系统均可实时共享该整车控制指令。同时将整车控制指令通过TSN发送至执行层。

本实例通过使用TSN网络形成一个一体化制动控制的融合控制系统，取消了传统的CAN内网，将制动CAN单元内的主控制单元的制动力管理和制动力分配功能取消，统一集成到一体化控制平台上进行整列车控制的统一管理，使整列车所有的执行单元只接收一体化控制平台的控制指令并输出对应的控制作用力，如制动力，实现整列车的控制作用力管理和控制作用力分配的统一管理。并在平台上集成加速度信息进行减速度闭环控制，使得车辆实际减速度和目标减速度有很好的跟随性，有利于提高车辆停车控制精度。

所述执行层用于接收所述整车控制指令，并按照各子系统的执行单元的本地控制逻辑，执行所述整车控制指令对应的动作，以对所述车辆进行融合控制。

可选地，执行层在通过TSN接收到控制层发送的整车控制指令后，可以按照各子系统的执行单元内部存储的本地控制逻辑，执行整车控制指令对应的动作，以实现对车辆的整车集中融合控制。

本实例提供一种用于轨道车辆集中控制的融合控制系统，用于取代现有技术中在轨道车辆上各子系统独立控制的方案，突破传统的独立控制系统ATO发指令、TCMS接收指令、牵引和制动接受TCMS转发的指令并计算执行，实现了ATO、TCMS、牵引、制动的列车级集中控制，由MVCU软件的应用程序层完成整车控制并发出整车控制指令，由各子系统统一接受MVCU发送的整车控制指令并执行指令，实现信号控制系统、列车网络控制系统、列车各子系统之间的融合集中控制，整个控制过程只需要传输一次指令即可共享给每一子系统的执行单元，可以缩短指令交互时间，实现相关信号的共享和重复使用，避免重复传输，有效降低制动控制主控单元与子系统之间数据传输频率，减少数据传输延时，有效提高车辆控制的时效性和可靠性。

本实施例一方面通过在控制层集成的具有多个整车控制应用程序的一体化控制平台，以集中对各子系统下发整车控制指令，实现对车辆的各子系统进行集中控制，有效降低制动控制主控单元与子系统之间数据传输频率，减少数据传输延时，并能减少制动控制主控单元的硬件开销成本；另一方面通过TSN统一车辆上不同子系统的网络通信形式和实现子系统间和子系统与控制层之间的数据共享，提高车辆上各子系统信息传输的容量、实时性以及精度可靠性，进一步提高整车控制指令传输的实时性和可靠性，进而提高列车控制的精度。

在上述实施例的基础上，本实施例中所述TSN包括多个TSN交换机构成的双环网；其中，所述车辆的每节车厢包含两个所述TSN交换机，分别为第一TSN交换机和第二TSN交换机；所述双环网是由每节车厢中的第一TSN交换机之间进行级联，以及每节车厢中的第二TSN交换机之间进行级联得到的。

其中，TSN包含多个TSN交换机，具体数量根据车辆的车厢数量进行确定，如车厢数量为4节，则TSN交换机的数量为8个。

可选地，为了保障通信的可靠性和可用性，本实施例在每节车厢中设置两个TSN交换机，分别为第一TSN交换机和第二TSN交换机。

其中，每节车厢的第一TSN交换机之间级联，且每节车厢的第二TSN交换机之间也进行级联，形成双环网。

如图1所示，以四编组列车为例，该车辆的头车为一半拖车一半动车，简称为TMc、中间两车为带受电弓的动车，简称为Mp，形成三动一拖的编组。

其中，每一头车TMc的第一TSN交换机均与中间车Mp的第一交换机进行级联(串联)，且每一头车TMc的第二TSN交换机均与中间车Mp的第二交换机进行级联，以使网络层提供两个物理隔离的双环网，有效确保网络层的可用性。

在上述实施例的基础上，本实施例中所述TSN还包括多个无线访问接入点AP；所述执行层中各子系统的执行单元包括多个第一目标执行单元；其中，所述第一目标执行单元为各子系统中无线控制的执行单元；所述第一目标执行单元包括空调控制单元、乘客信息服务系统PIS和所述PIS的显示屏中的一种或多种组合；各AP与各TSN交换机对应连接，用于将所述执行层中各子系统的第一目标执行单元以无线信号的形式连接至所述网络层的TSN的骨干网。

其中，无线访问接入点(Wireless Access Point，AP)的数量可以根据TSN交换机的数量进行确定。

每节车厢的每一TSN交换机上均连通有至少一个用于发送无线信号的AP；各AP所具有的频段可以是一个或多个，本实施例对此不作具体地限定；各AP的频段值可以根据实际需求进行设置，如根据各子系统的通信频段进行设置等。

每一AP发送无线信号用于和车辆上可进行无线控制的第一目标执行单元进行联通，例如空调本地控制单元、乘客信息服务系统PIS(简称PIS)和PIS的显示屏等无线设备，本实施例对此不作具体地限定。

本实施例中通过在TSN交换机上连通无线发射装置AP，并将车辆上的适合无线控制的第一目标执行单元通过车内无线网连接上网络层的TSN的骨干网，以实现对第一目标执行单元的无线控制，有效提高车辆控制的时效性。

在上述实施例的基础上，本实施例中在每一AP的频段均为单一频段的情况下，任意相邻的两节车厢在每一单一环网下的AP的频段交叉部署；其中，同一节车厢中不同AP的频段不同。

可选地，在每一AP的频段为单一频段的情况下，为了实现整车无线覆盖，确保整个车辆上各无线连接的第一目标执行单元的连接畅通，并进行可靠的无线通信，本实施例将整个车辆上的AP按照交叉部署的原则进行部署。

例如，对于任意两节车厢，两节车厢均具有第一频段的第一AP和第二频段的第二AP；AP的部署方式包括：在双环网的任一单一环网下两节车厢中的第一车厢内部署第一AP，第二车厢内部署第二AP；在另一环网下第一车厢内部署第二AP和第二车厢内部署第一AP。

在上述实施例的基础上，本实施例中每一AP包括多个频段和频段切换单元；所述频段切换单元用于，在每一AP的当前频段掉线的情况下，将所述每一AP的当前频段切换至所述多个频段中除所述当前频段外的其他频段。

其中，每一AP可以包含多个频段，如分别包含5.1GHZ和5.8GHZ的频段。

在每一AP包括多个频段的情况下，在每一AP内部设置频段切换单元，以实现AP在两个频段内进行无缝切换，进而提升网络层的通信稳定性和可靠性。

例如，在任一AP的当前频段为5.1GHZ频段，且发生掉线的情况下，频段切换单元会将该AP的当前频段无缝切换到5.8GHZ频段

需要说明的是，在各无线连接的第一目标执行单元具备两个频段的情况下，也可实现AP的无缝切换连接；

本实施通过为每一AP设置多个频段，可使每一AP可在不同频段进行无缝切换，有效提高无线通信的质量。

在上述实施例的基础上，本实施例中所述执行层还包括远程输入输出单元RIOM；所述执行层中各子系统的执行单元还包括多个第二目标执行单元；其中，所述第二目标执行单元包括测速单元、牵引单元和制动单元中的一种或多种组合；各子系统的第二目标执行单元通过所述RIOM与各节车厢的TSN交换机对应连接。

其中，执行层除了包含各子系统的执行单元外，还包含远程输入输出设备(简称，RIOM)。

可选地，由于牵引和制动控制相关的第二目标执行单元涉及到车辆的运行和安全，考虑到AP无线切换和本地控制单元的联通高实时性，目前不考虑其无线方案，而是通过RIOM将各第二目标执行单元连接至本车厢的TSN交换机上。

其中，各节车厢均设置有RIOM；在各节车厢中，各第二目标执行单元均通过RIOM与本车厢的TSN交换机对应连接，以将各子系统的第二目标执行单元以RIOM接入TSN的骨干网中，实现RIOM信号的全车复用。

其中，RIOM的安全等级可以根据实际需求进行设置，如安全等级为SIL2等级。

可选地，本实施例中的融合控制系统可实现如下控制逻辑：

(1)，当车辆的网络正常情况下，车辆的牵引、制动指令由安装在一体化平台上的牵引APP、制动APP负责具体的逻辑运算及将运算结果发送至一体化平台中的TCMS应用，由TCMS应用负责与每节车厢的本地牵引单元和本地制动单元通信，实现牵引、制动、空调、PIS等功能的控制及执行；

(2)对于防滑或防空转等需要牵引制动交互的功能，直接通过每节车厢的本地牵引单元和本地制动单元之间交互实现；如图1中的本地牵引单元、本地制动单元、RIOM之间的连接关系；即三者在本车厢内通过TSN交换机实现联通，即使本车厢有故障，也不影响其它车厢的控制；

(3)当网络故障情况下，包括车辆TSN环网断开、MVCU主机故障、TSN交换机故障等导致MVCU和各子系统的执行单元无法正常通信的情况，整列车无控制系统。但是，由于每节车厢的RIOM和本地的牵引单元及制动单元连接在同一交换机上，仍然可以通过本车厢的TSN交换机进行通信，此时将与牵引和制动等相关的硬线信号通过本车厢的RIOM采集后发送给本车厢的牵引控制单元和本车的制动控制单元，由此实现整列车应急牵引和制动控制；

基于上述功能，可以实现由当前紧急牵引模式时一根列车线连接全列车的牵引制动控制单元转变为将紧急牵引列车线分别连接至每节车厢的RIOM，即当每节车出现故障时，也不影响其它车辆的控制；此方案即为适用于列车集中控制的紧急牵引方案。

本实施例通过在每一节车厢内部设置RIOM，以将各节车厢的子系统的第二目标执行单元通过RIOM与各节车厢的TSN交换机对应连接，不仅可以将各第二目标执行单元与TSN连接，实现列车的集中融合控制，还可以在网络故障的情况下，对通过本车厢的RIOM采集与牵引和制动等相关的硬线信号后发送给本车厢的牵引控制单元和本车的制动控制单元，由此实现整列车应急牵引和制动控制，提高行车的安全性。

在上述各实施例的基础上，本实施例中所述一体化控制平台还包括硬件层、操作系统、功能分布式框架；所述硬件层部署在所述一体化控制平台的底层，所述硬件层的上级依次为操作系统、功能分布式框架和多个整车控制应用程序；所述硬件层用于提供所述一体化制动控制平台所需的硬件；所述操作运行系统用于提供所述一体化制动控制平台所需的数据运算和数据存储的功能；所述功能分布式框架包括第一应用接口、服务接口和第二应用接口；所述第一应用接口用于提供所述功能分布式框架与所述多个整车控制应用程序连接的接口；所述服务接口用于提供所述一体化制动控制平台所需的服务的接口；所述第二应用接口用于提供所述功能分布式框架与所述操作系统连接的接口；其中，所述服务包括主备冗余服务、时钟同步服务、故障监视服务、输入输出管理服务、通信协议服务、应用程序调度服务、通信管理服务中的一种或多种组合。

可选地，一体化控制平台MVCU分为4个层级，底层为一体化平台公用的硬件层，硬件层的上级为MVCU的操作系统，操作系统上层为MVCU的功能分布式框架、功能分布式框架上层为多个整车控制应用程序，包括但不限于ATO、TCMS、牵引控制、制动控制的应用程序。

功能分布式框架包括上层的第一应用接口，用于与MVCU上的整车控制应用程序进行连通；中间层的功能分布性框架服务，用于提供服务接口；其中，服务接口包括但不限于主备冗余、时钟同步、故障监视、输入输出管理、TRDP(Train Real-time Data Protocol，实时以太网)协议管理、应用程度调度、通信管理等的服务接口；下层为第二应用接口，用于和MVCU的操作系统进行联通。

本实施例中的一体化控制平台中集成有硬件层、操作系统、功能分布式框架以及多个整车控制应用程序，可以为车辆的整车控制提供可靠的硬件和软件设施，不仅可以进行整车控制指令的管理，并具有整车制动控制的分配功能，有效提高车辆控制的精度。

在上述实施例的基础上，本实施例中还包括多组以太网列车骨干网ETB交换机对；

每组所述ETB交换机对中的两套ETB交换机分别安装在所述车辆两端的头车上，且分别与所述TSN的骨干网连接，用于为所述车辆两端的头车提供通信通道。

可选地，融合控制系统中还包括多组以太网列车骨干网(简称ETB)交换机对，具体组数可以根据实际需求进行设置，如环网的数量进行设置。

例如，在本实施例中的TSN为双环网的情况下，设置两组ETB交换机对；每一组ETB交换机对与每一单环网的骨干网对应连接。

对于每一组ETB交换机对中的两套ETB交换机，两套ETB交换机分别安装在车辆两端的头车上，即在列车的头端和尾端分别安装一套ETB交换机，且两套ETB交换机分别与TSN的骨干网连接，用于实现车辆两端的头车之间的通信，如在车辆重联运营时传输视频、列车状态等交互信息，本实施例对车辆两端的头车之间的交互信息不做具体地限定。

车辆两端的头车之间的交互信息也可以通过TSN上传至一体化控制平台，一体化控制平台根据车辆两端的头车之间的交互信息，通过各整车控制应用程序生成相应的整车控制指令，以对车辆进行精准控制。

在上述实施例的基础上，本实施例中所述执行层还用于收集各子系统的本地信息，并将所述本地信息通过所述网络层传输至所述一体化控制平台；所述一体化控制平台还用于根据各子系统的本地信息以及各整车控制应用程序生成所述整车控制指令；其中，所述本地信息包括输入信号、输出信号、状态信息和历史控制结果中的一种或多种组合。

可选地，执行层还用于收集各子系统的本地信息，并将各子系统的本地信息通过网络层的TSN发送至一体化控制平台，一体化控制平台联合各子系统的本地信息，通过各整车控制应用程序生成更加准确的整车控制指令，以对车辆进行精准控制。

需要说明的是执行层还可以将本车采集的各种输入输出(I/O)信号通过网络层发送给控制层，以提高车辆的控制精度。

下面对本发明提供的基于应用于轨道车辆的融合控制系统的控制方法进行描述，下文描述的基于应用于轨道车辆的融合控制系统的控制方法与上文描述的应用于轨道车辆的融合控制系统可相互对应参照。

如图2所示，本实施例提供一种基于应用于轨道车辆的融合控制系统的控制方法，该方法包括如下步骤：

步骤201，基于控制层中一体化控制平台的各整车控制应用程序，生成相应的整车控制指令，并将所述整车控制指令发送至网络层；

可选地，一体化控制平台可以通过各整车控制应用程序生成各整车控制应用程序对应的整车控制指令，如牵引控制应用程序可以生成牵引控制指令；ATO应用程序可以生成自动驾驶控制指令等；

并且，一体化控制平台在生成整车控制指令后，可以将整车控制指令发送至网络层，以实现整车控制指令全线共享，进而实现对车辆的各个子系统进行集中融合控制。

步骤202，基于所述网络层的TSN接收所述整车控制指令，并将所述整车控制指令发送至执行层；

网络层可以通过TSN接收整车控制指令，在TSN中实现整车控制指令的全线共享，即连接在TSN上的所有子系统均可实时共享该整车控制指令。同时将整车控制指令通过TSN发送至执行层。

步骤203，基于所述执行层接收所述整车控制指令，并按照各子系统的执行单元的本地控制逻辑，执行所述整车控制指令对应的动作，以对车辆进行融合控制；其中，各子系统的执行单元通过所述网络层的TSN与所述一体化控制平台通信。

可选地，执行层在通过TSN接收到控制层发送的整车控制指令后，可以按照各子系统的执行单元内部存储的本地控制逻辑，执行整车控制指令对应的动作，以实现对车辆的整车集中融合控制。

本实例提供一种用于轨道车辆集中控制的融合控制系统，用于取代现有技术中在轨道车辆上各子系统独立控制的方案，突破传统的独立控制系统ATO发指令、TCMS接收指令、牵引和制动接受TCMS转发的指令并计算执行，实现了ATO、TCMS、牵引、制动的列车级集中控制，由MVCU软件的应用程序层完成整车控制并发出整车控制指令，由各子系统统一接受MVCU发送的整车控制指令并执行指令，实现信号控制系统、列车网络控制系统、列车各子系统之间的融合集中控制，整个控制过程只需要传输一次指令即可共享给每一子系统的执行单元，可以缩短指令交互时间，实现相关信号的共享和重复使用，避免重复传输，有效降低制动控制主控单元与子系统之间数据传输频率，减少数据传输延时，有效提高车辆控制的时效性和可靠性。

本实施例一方面通过在控制层集成的具有多个整车控制应用程序的一体化控制平台，以集中对各子系统下发整车控制指令，实现对车辆的各子系统进行集中控制，有效降低制动控制主控单元与子系统之间数据传输频率，减少数据传输延时，并能减少制动控制主控单元的硬件开销成本；另一方面通过TSN统一车辆上不同子系统的网络通信形式和实现子系统间和子系统与控制层之间的数据共享，提高车辆上各子系统信息传输的容量、实时性以及精度可靠性，进一步提高整车控制指令传输的实时性和可靠性，进而提高列车控制的精度。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

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 (10)

1.一种应用于轨道车辆的融合控制系统，其特征在于，包括控制层、网络层和执行层；

其中，所述控制层包括一体化控制平台，所述一体化控制平台包括多个整车控制应用程序；

所述网络层包括时间敏感型网络TSN；

所述执行层包括车辆的各子系统的执行单元；

各子系统的执行单元通过所述网络层的TSN与所述一体化控制平台通信；

所述一体化控制平台用于通过各整车控制应用程序生成相应的整车控制指令，并将所述整车控制指令发送至所述网络层；

所述网络层用于通过所述TSN接收所述整车控制指令，并将所述整车控制指令发送至所述执行层；

所述执行层用于接收所述整车控制指令，并按照各子系统的执行单元的本地控制逻辑，执行所述整车控制指令对应的动作，以对所述车辆进行融合控制。

2.根据权利要求1所述的应用于轨道车辆的融合控制系统，其特征在于，所述TSN包括多个TSN交换机构成的双环网；

其中，所述车辆的每节车厢均包含两个所述TSN交换机，分别为第一TSN交换机和第二TSN交换机；

所述双环网是由每节车厢中的第一TSN交换机之间进行级联，以及每节车厢中的第二TSN交换机之间进行级联得到的。

3.根据权利要求2所述的应用于轨道车辆的融合控制系统，其特征在于，所述TSN还包括多个无线访问接入点AP；

所述执行层中各子系统的执行单元均包括多个第一目标执行单元；

其中，所述第一目标执行单元为各子系统中无线控制的执行单元；所述第一目标执行单元包括空调控制单元、乘客信息服务系统PIS和所述PIS的显示屏中的一种或多种组合；

各AP与各TSN交换机对应连接，用于将所述执行层中各子系统的第一目标执行单元以无线信号的形式连接至所述网络层的TSN的骨干网。

4.根据权利要求3所述的应用于轨道车辆的融合控制系统，其特征在于，在每一AP的频段均为单一频段的情况下，任意相邻的两节车厢在每一单一环网下的AP的频段交叉部署；

其中，同一节车厢中不同AP的频段不同。

5.根据权利要求3所述的应用于轨道车辆的融合控制系统，其特征在于，每一AP包括多个频段和频段切换单元；

所述频段切换单元用于，在每一AP的当前频段掉线的情况下，将所述每一AP的当前频段切换至所述多个频段中除所述当前频段外的其他频段。

6.根据权利要求3所述的应用于轨道车辆的融合控制系统，其特征在于，所述执行层还包括远程输入输出单元RIOM；

所述执行层中各子系统的执行单元还包括多个第二目标执行单元；

其中，所述第二目标执行单元包括测速单元、牵引单元和制动单元中的一种或多种组合；

各节车厢的子系统的第二目标执行单元通过所述RIOM与各节车厢的TSN交换机对应连接。

7.根据权利要求1-6任一所述的应用于轨道车辆的融合控制系统，其特征在于，所述一体化控制平台还包括硬件层、操作系统、功能分布式框架；

所述硬件层部署在所述一体化控制平台的底层，所述硬件层的上级依次为操作系统、功能分布式框架和多个整车控制应用程序；

所述硬件层用于提供所述一体化制动控制平台所需的硬件；

所述操作运行系统用于提供所述一体化制动控制平台所需的数据运算和数据存储的功能；

所述功能分布式框架包括第一应用接口、服务接口和第二应用接口；

所述第一应用接口用于提供所述功能分布式框架与所述多个整车控制应用程序连接的接口；

所述服务接口用于提供所述一体化制动控制平台所需的服务的接口；

所述第二应用接口用于提供所述功能分布式框架与所述操作系统连接的接口；

其中，所述服务包括主备冗余服务、时钟同步服务、故障监视服务、输入输出管理服务、通信协议服务、应用程序调度服务、通信管理服务中的一种或多种组合。

8.根据权利要求1-6任一所述的应用于轨道车辆的融合控制系统，其特征在于，还包括多组以太网列车骨干网ETB交换机对；

每组所述ETB交换机对中的两套ETB交换机分别安装在所述车辆两端的头车上，且分别与所述TSN的骨干网连接，用于为所述车辆两端的头车提供通信通道。

9.根据权利要求1-6任一所述的应用于轨道车辆的融合控制系统，其特征在于，所述执行层还用于收集各子系统的本地信息，并将所述本地信息通过所述网络层传输至所述一体化控制平台；

所述一体化控制平台还用于根据各子系统的本地信息以及各整车控制应用程序生成所述整车控制指令；

其中，所述本地信息包括输入信号、输出信号、状态信息和历史控制结果中的一种或多种组合。

10.一种基于权利要求1-9任一所述的应用于轨道车辆的融合控制系统的控制方法，其特征在于，包括：

基于控制层中一体化控制平台的各整车控制应用程序，生成相应的整车控制指令，并将所述整车控制指令发送至网络层；

基于所述网络层的TSN接收所述整车控制指令，并将所述整车控制指令发送至执行层；

基于所述执行层接收所述整车控制指令，并按照各子系统的执行单元的本地控制逻辑，执行所述整车控制指令对应的动作，以对车辆进行融合控制；其中，各子系统的执行单元通过所述网络层的TSN与所述一体化控制平台通信。

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