CN211765595U - 一种车载控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车载控制器，包括：逻辑运算单元，采用二取二结构，用于在车辆行进过程中提供辅助车辆安全驾驶的信息；电源供电单元，用于为所述车载控制器提供供电电源；接口转换单元，用于为所述逻辑运算单元和所述电源供电单元分别与所述车载控制器的外部设备之间的通信数据进行接口转换。本实用新型能够提高车载控制器的功能安全等级。

Description

一种车载控制器

技术领域

本实用新型涉及列车控制系统，更具体地，涉及一种车载控制器。

背景技术

在公共交通工具中，现代有轨电车以造价低、工期短、节能环保等特点成为中等规模城市的首选公共交通工具。

现代有轨电车的控制方式主要有两种：

司机控制驾驶，运行速度由司机根据路况决定，道岔控制由司机手动操作，停车定位、超速、违反信号灯、近距离追车等多种影响安全的因素也由司机素质决定。此种模式下，过多的人为干预导致有轨电车实际运营无法达到设计运量。

配备有轨电车车载控制器，结合人机界面辅助司机进行控制。此种模式下，有轨电车车载控制器可单机运行，辅助司机驾驶，或通过无线通信与地面控制设备进行通信，实现主动受控运行。

相关技术中，有轨电车车载控制器安全等级低于SIL4级，无法实现车辆的自动保护系统(Automatic Train Protection，ATP)功能。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种车载控制器，能够提高车载控制器的功能安全等级。

本实用新型实施例提供的车载控制器，包括：

采用二取二结构，在车辆行进过程中提供辅助车辆安全驾驶的信息的逻辑运算单元；

为所述车载控制器提供供电电源的电源供电单元；

为所述逻辑运算单元和所述电源供电单元分别与所述车载控制器的外部设备之间的通信数据进行接口转换的接口转换单元。

本实用新型实施例通过将逻辑运算单元采用二取二结构，能够提高车载控制器的功能安全等级。

在一示例性实施例中，所述逻辑运算单元包括：

运行硬实时操作系统，根据速度控制模块获取的信息实现定位、道岔控制、路口优先请求中的至少一种，以及进行安全告警和控制无线通信模块进行数据无线收发的主控模块；

在所述主控模块的控制下实现所述车载控制器与所述车载控制器的外部设备进行无线通信的无线通信模块；

获取实时车速信息和车辆位置信息中至少一种的速度控制模块。

在一示例性实施例中，所述主控模块进行安全告警，包括：从所述车载控制器内部的其他模块，以及所述车载控制器的外部设备中至少一处获取到不安全信息时，进行安全告警。

在一示例性实施例中，所述主控模块，还用于获取到不安全信息时，终止对所述安全看门狗模块的有效激励信号；

所述逻辑运算单元还包括：

当无法接收到所述主控模块的有效激励信号时，自动关断对车辆安全接口的控制的安全看门狗模块。

在一示例性实施例中，所述主控模块用于根据所述速度控制模块获取的信息实现道岔控制，包括：

当根据所述速度控制模块获取的车辆位置信息判断出车辆进入正线道岔区域内预设的位置点时，根据存储的线路地图选择要控制的进路或道岔，并将选择结果发送给所述车载控制器的外部设备。

在一示例性实施例中，所述主控模块用于根据所述速度控制模块获取的信息实现路口优先请求，包括：

当根据所述速度控制模块获取的车辆位置信息判断出车辆进入平交路口区域内预设的位置点后，根据存储线路地图生成路口优先请求信息，并将所述请求信息发送给所述车载控制器的外部设备。

在一示例性实施例中，所述速度控制模块用于获取实时车速信息，包括：通过所述车载控制器的外部速度传感器获取实时车速信息；所述速度控制模块用于获取车辆位置信息，包括：结合全球定位系统GPS和预设的根据车速计算距离的算法获取车辆的位置信息。

在一示例性实施例中，所述电源供电单元包括：

滤除车体电源信号的干扰和冲击，并将过滤后的车体电源信号发送至电源转换模块的电源滤波模块；

将过滤后的车体电源电压转换为所述车载控制器所需的电源电压，并实现所述车载控制器供电与车体供电隔离的电源转换模块。

在一示例性实施例中，所述接口转换单元，包括：

为所述逻辑运算单元和所述电源供电单元分别与所述车载控制器的外部设备之间的通信数据进行接口转换的接口转换模块；

将来自车体的数据信号隔离并适配逻辑运算单元所需的采集电平的继电器输入模块；

将逻辑运算单元输出信号隔离并适配车体所需的驱动电平的继电器输出模块。

在一示例性实施例中，所述车载控制器的单元中配备射频识别RFID标签，所述RFID标签存储维护信息。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本实用新型技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本实用新型的技术方案，并不构成对本实用新型技术方案的限制。

图1为本实用新型提供的车载控制器组成示意图；

图2为本实用新型的应用示例提供的车载控制器与车体的关系示意图；

图3为本实用新型的应用示例提供的车载控制器内部结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本实用新型实施例提供了一种车载控制器，如图1所示，所述车载控制器包括：

逻辑运算单元101，采用二取二结构，用于在车辆行进过程中提供辅助车辆安全驾驶的信息；所述信息包括车辆定位信息、车辆速度信息；

电源供电单元102，用于为所述车载控制器提供供电电源；

接口转换单元103，用于为所述逻辑运算单元101和所述电源供电单元102分别与所述车载控制器的外部设备之间的通信数据进行接口转换。

所述“二取二结构”指的是即为在逻辑运算单元上集成双套中央处理器CPU系统，双套CPU系统严格同步，实时比较，只有双套CPU系统运行一致时才对外输出或传输运算结果；本申请通过将逻辑运算单元采用二取二结构，能够提高车载控制器的功能安全等级。

在一示例性实施例中，所述逻辑运算单元101包括：主控模块1011、无线通信模块1012和速度控制模块1013；其中，至少部分单元采用二取二结构；本申请实施例中所述的模块也可称为板卡；

所述主控模块1011，运行硬实时操作系统，用于根据所述速度控制模块1013获取的信息实现定位、道岔控制、路口优先请求中的至少一种；以及进行安全告警和控制无线通信模块1012进行数据的无线收发；在工业控制中，实时操作系统中一般任务数是固定的，有硬实时操作系统和软实时操作系统之分，硬实时操作系统要求在规定的时间内必须完成操作，这是在操作系统设计时保证的；软实时操作系统则没有那么严，只要按照任务的优先级，尽可能快地完成操作即可；本申请的主控模块采用硬实时操作系统，能够提高车载控制器的功能安全等级。

所述无线通信模块1012，用于在所述主控模块1011的控制下实现所述车载控制器与所述车载控制器的外部设备进行无线通信；所述无线通信模块1012，包括多路无线收发器，不同的无线收发器采用不同的通信模式；所述多路无线收发器可以包括蜂窝数据网络收发器(如4G或5G无线收发器)，无线局域网络收发器(如WIFI)；本申请实施例中的车载控制器支持多种无线通信方式，能够满足车辆行驶在不同路途环境的要求；

所述速度控制模块1013，用于获取实时车速信息以及车辆位置信息中至少一种。

在一示例性实施例中，所述主控模块1011用于进行安全告警，包括：从所述车载控制器内部的其他模块，以及所述车载控制器的外部设备(如车外雷达、轨旁控制器或列车控制中心)中至少一处获取到不安全信息时，进行安全告警；所述不安全信息可以是限速区段超速警告、闯红灯警告、与前车距离过近警告、模块故障等；所述控制模块1011可以通过接口转换单元103将所述不安全信息发送给与车载控制器连接的人机界面HMI，供车辆驾驶员确认；

在一示例性实施例中，所述逻辑运算单元101还包括：安全看门狗模块1014；

所述主控模块1011，还用于获取到不安全信息时，终止对所述安全看门狗模块1014的有效激励信号；

所述安全看门狗模块1014为掉电/关断安全逻辑，用于当无法接收到所述主控模块1011的有效激励信号时，自动关断对车辆安全接口的控制，使其失电导向安全侧，如触发车辆紧急制动；所述安全接口在轨道交通信号行业一般指其状态错误将直接危害车辆或人身安全的接口，如车辆紧急制动、车辆开门解锁等接口，默认设计为失电为安全状态；

在一示例性实施例中，所述主控模块1011用于根据所述速度控制模块1013获取的信息实现道岔控制，包括：

当根据所述速度控制模块1013获取的车辆位置信息判断出车辆进入正线道岔区域内预设的位置点，根据存储的线路地图选择要控制的进路或道岔；并将选择结果发送给所述车载控制器的外部设备。所述主控模块1011可以通过所述无线通信模块1012将选择结果发送给车载控制器的外部设备。所述主控模块1011还可以通过接口转换单元103将选择结果发送给与车载控制器连接的人机界面HMI，供车辆驾驶员确认。

在一示例性实施例中，所述主控模块1011用于根据所述速度控制模块1013获取的信息实现路口优先请求，包括：

当根据所述速度控制模块1013获取的车辆位置信息判断出车辆进入平交路口区域内预设的位置点后，根据存储线路地图生成路口优先请求信息，并将所述请求信息发送给所述车载控制器的外部设备，如轨旁控制器，请求进行信号灯切换操作，将本车的行驶优先权提高，以及暂时中断路口其他方向车辆。所述主控模块1011还可以通过接口转换单元103将路口优先请求信息发送给与车载控制器连接的人机界面HMI，供车辆驾驶员确认。

在一示例性实施例中，所述速度控制模块1013用于通过所述车载控制器的外部速度传感器获取实时车速信息；结合全球定位系统GPS和预设的根据车速计算距离的算法获取车辆的位置信息，使得所述车载控制器在不适用卫星定位的区域(如云雾、建筑物遮挡等导致GPS信号弱的区域)也可对车辆正常定位。

在一示例性实施例中，所述电源供电单元102包括：

电源滤波模块1021，用于滤除车体电源信号的干扰和冲击，并将过滤后的车体电源信号发送至电源转换模块1022；

电源转换模块1022，用于将过滤后的车体电源电压转换为所述车载控制器所需的电源电压，并实现所述车载控制器供电与车体供电的隔离；如将过滤后的车体电源电压DC24V或DC110V均转换为车载控制器所需的DC24V纯净电源电压，由于支持DC24V和DC110V，可适配不同车辆需求。

在一示例性实施例中，所述接口转换单元103，包括：

接口转换模块1031，用于为所述逻辑运算单元101和所述电源供电单元102分别与所述车载控制器的外部设备之间的通信数据进行接口转换；

继电器输入模块1032，用于将来自车体的数据信号隔离并适配逻辑运算单元所需的采集电平；

继电器输出模块1033，用于将逻辑运算单元输出信号隔离并适配车体所需的驱动电平。

在一示例性实施例中，所述车载控制器的单元中配备射频识别RFID标签，所述RFID标签存储维护信息，包括模块型号、配置、软硬件版本、维护记录、出厂日期、适配线路等，相关人员用手持设备可进行在线维护作业。

下面以一个具体的应用示例对本申请实施例的车载控制器进行说明。

在该应用示例中，车载控制器安装在车辆端部，通过不同控制总线连接外设，如速度传感器、无线通信设备、定位系统、车辆IO接口等；车载控制器安装所在的车辆端部安装一台人机界面HMI，车辆对端通过总线连接另一台人机界面，实现换端操作功能；车载控制器与车体的关系如图2所示。

图3给出了一种车载控制器内部结构示意图。

该车载控制器包括：逻辑运算单元、电源供电单元和接口转换单元，其中，

逻辑运算单元包括：主控模块、无线通信模块、速度控制模块和安全看门狗模块，各模块之间通过内部高速总线互联；主控模块内运行硬实时操作系统，实时控制其他3个模块实现无线数据收发、速度/位置信息读取、安全控制等操作；其中无线通信模块包括两路无线收发器，可选4G或WiFi模式，实现车-地无线通信；各模块可以均为2取2双通道安全比较结构，上下行的安全数据均需要经单元内部双CPU比较表决后方可采信，逻辑运算单元还集成安全看门狗功能，当检测到危害行车安全的故障时自动关断对车辆安全接口的控制，功能安全等级达SIL4级；

电源供电单元为车载控制器的功能辅助部分，为车载控制器提供正常工作所需电源，由电源滤波模块、电源转换模块组成。电源滤波模块，负责滤除车体电源的干扰和冲击，电源转换模块负责将车体DC110V或DC24V电源转换为车载控制器所需的DC24V纯净电源，并实现车载控制器供电与车体供电的隔离。

来自车体的电源、通信、IO等线缆通常为一把线束，无特定接口，而信号系统在设计时遵循设计原则，不同的连接对象往往使用行业通用的不同连接器接口，因此二者适配需要一次接口转换，接口转换单元主要用于对来自车体的线束进行统一分配，转换为系统内部的标准连接器接口，即接口转换单元为车载控制器提供与外界连接的物理通道，包括接口转换模块、继电器输出模块、继电器输入模块。接口转换模块，用于为车载控制器内部到外部的电源、通信、IO等线路提供物理连接、电磁兼容性EMC防护、隔离等功能；继电器输入模块，用于将来自车体的数据信号隔离并适配逻辑运算单元所需的采集电平；继电器输出模块，用于将逻辑运算单元输出信号隔离并适配车体所需的驱动电平。

在本实用新型中的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”、“边”、“相对”、“四角”、“周边”、““口”字结构”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“直接连接”、“间接连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“安装”、“连接”、“固定连接”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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。

Claims (10)

1.一种车载控制器，其特征在于，包括：

采用二取二结构，在车辆行进过程中提供辅助车辆安全驾驶的信息的逻辑运算单元；

为所述车载控制器提供供电电源的电源供电单元；

为所述逻辑运算单元和所述电源供电单元分别与所述车载控制器的外部设备之间的通信数据进行接口转换的接口转换单元。

2.根据权利要求1所述的车载控制器，其特征在于，所述逻辑运算单元包括：

运行硬实时操作系统，根据速度控制模块获取的信息实现定位、道岔控制、路口优先请求中的至少一种，以及进行安全告警和控制无线通信模块进行数据无线收发的主控模块；

在所述主控模块的控制下实现所述车载控制器与所述车载控制器的外部设备进行无线通信的无线通信模块；

获取实时车速信息和车辆位置信息中至少一种的速度控制模块。

3.根据权利要求2所述的车载控制器，其特征在于，

所述主控模块进行安全告警，包括：从所述车载控制器内部的其他模块，以及所述车载控制器的外部设备中至少一处获取到不安全信息时，进行安全告警。

4.根据权利要求3所述的车载控制器，其特征在于，

所述逻辑运算单元还包括：安全看门狗模块；

所述主控模块，还用于获取到不安全信息时，终止对所述安全看门狗模块的有效激励信号；

所述安全看门狗模块，用于当无法接收到所述主控模块的有效激励信号时，自动关断对车辆安全接口的控制。

5.根据权利要求2所述的车载控制器，其特征在于，

所述主控模块用于根据所述速度控制模块获取的信息实现道岔控制，包括：

当根据所述速度控制模块获取的车辆位置信息判断出车辆进入正线道岔区域内预设的位置点时，根据存储的线路地图选择要控制的进路或道岔，并将选择结果发送给所述车载控制器的外部设备。

6.根据权利要求2所述的车载控制器，其特征在于，

所述主控模块用于根据所述速度控制模块获取的信息实现路口优先请求，包括：

当根据所述速度控制模块获取的车辆位置信息判断出车辆进入平交路口区域内预设的位置点后，根据存储线路地图生成路口优先请求信息，并将所述请求信息发送给所述车载控制器的外部设备。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的车载控制器，其特征在于，

所述速度控制模块获取实时车速信息，包括：通过所述车载控制器的外部速度传感器获取实时车速信息；

所述速度控制模块获取车辆位置信息，包括：结合全球定位系统GPS和预设的根据车速计算距离的算法获取车辆的位置信息。

8.根据权利要求1所述的车载控制器，其特征在于，所述电源供电单元包括：

滤除车体电源信号的干扰和冲击，并将过滤后的车体电源信号发送至电源转换模块的电源滤波模块；

将过滤后的车体电源电压转换为所述车载控制器所需的电源电压，并实现所述车载控制器供电与车体供电隔离的电源转换模块。

9.根据权利要求1所述的车载控制器，其特征在于，所述接口转换单元，包括：

为所述逻辑运算单元和所述电源供电单元分别与所述车载控制器的外部设备之间的通信数据进行接口转换的接口转换模块；

将来自车体的数据信号隔离并适配逻辑运算单元所需的采集电平的继电器输入模块；

将逻辑运算单元输出信号隔离并适配车体所需的驱动电平的继电器输出模块。

10.根据权利要求1所述的车载控制器，其特征在于，

所述车载控制器的单元中配备射频识别RFID标签，所述RFID标签存储维护信息。

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