一种多编组列车的网络拓扑架构的制作方法

1.本技术涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种多编组列车的网络拓扑架构。


背景技术：

2.随着城市建设的不断发展，人们对公共交通的需求也在不断地升级，从最初的解决基本的需求，逐步过渡到追求舒适与环保。有轨电车与无轨电车是解决城市路面公共交通的两种重要交通工具，近年来，现代有轨电车与无轨电车从过去的高地板过渡到了100％低地板，由过去的触网受流过渡到了新能源车载储能，由过去的单节车辆到辆编组，逐步过渡到了超长灵活编组。超长编组在网络方面将带来较大的挑战，多编组带来网络节点增多，贯通车辆的网络总线长度增长，控制信息量增大。如果采用轨道交通的网络标准，如采用mvb(multifunction vehicle bus，多功能车辆总线)，双通道的组网方式，需要各个子系统都采用同样的网络标准，现有道路交通成熟的子部件将无法入网，需要针对该款车型开发新的部件及系统，将极大地增加网络系统成本。如果采用道路交通的组网方式贯通列车则会带来网络传输太长，网络质量差的问题。
3.因此，针对多编组列车，如何有效的提高网络的灵活性以及安全可靠性，是一项亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供了一种多编组列车的网络拓扑架构，能够有效提高多编组列车的网络的灵活性以及安全可靠性。
5.本技术提供了一种多编组列车的网络拓扑架构，包括：：第一采集系统、第二采集系统、第一车辆控制单元和第二车辆控制单元；其中：
6.所述第一采集系统通过至少两个网段与所述第一车辆控制单元和第二车辆控制单元相连；
7.所述第二采集系统通过至少两个网段与所述第一车辆控制单元和第二车辆控制单元相连；
8.所述第一车辆控制单元和第二车辆控制单元互为冗余。
9.优选地，所述第一采集系统包括：第一输入输出单元和第一仪表盘；所述第二采集系统包括：第二输入输出单元和第二仪表盘；
10.所述第一输入输出单元通过网段和所述第一仪表盘相连；
11.所述第一仪表盘通过至少两个网段与所述第一车辆控制单元和第二车辆控制单元相连；
12.所述第二输入输出单元通过网段和所述第二仪表盘相连；
13.所述第二仪表盘通过至少两个网段与所述第一车辆控制单元和第二车辆控制单元相连。
14.优选地，所述第一输入输出单元和第二输入输出单元分别由多个分布式大功率i/
o模块组成。
15.优选地，网段包括：采集网络、信息显示网络和关键控制网络；其中：
16.所述第一输入输出单元通过采集网络和所述第一仪表盘相连；
17.所述第一仪表盘通过信息显示网络和关键控制网络与所述第一车辆控制单元和第二车辆控制单元相连；
18.所述第二输入输出单元通过采集网络和所述第二仪表盘相连；
19.所述第二仪表盘通过信息显示网络和关键控制网络与所述第一车辆控制单元和第二车辆控制单元相连。
20.优选地，所述第一仪表盘和所述第二仪表盘分别为具备网关功能的仪表盘。
21.优选地，所述第一仪表盘设置在所述多编组列车的第一司机室，所述第二仪表盘设置在所述多编组列车的第二司机室。
22.优选地，所述第一车辆控制单元和第二车辆控制单元设置在所述多编组列车的中心对称的中间车上。
23.优选地，所述的多编组列车的网络拓扑架构还包括多个设备节点，其中：
24.所述多个设备节点分别设置在所述第一仪表盘和所述第一车辆控制单元之间的网段和所述第二仪表盘和所述第二车辆控制单元之间的网段上。
25.优选地，所述所述多个设备节点分别对称设置在所述第一仪表盘和所述第一车辆控制单元之间的网段和所述第二仪表盘和所述第二车辆控制单元之间的网段上。
26.优选地，所述第一仪表盘和所述第一仪表盘分别包括人机交互显示界面。
27.综上所述，本技术公开了一种多编组列车的网络拓扑架构，包括：第一采集系统、第二采集系统、第一车辆控制单元和第二车辆控制单元；其中：第一采集系统通过至少两个网段与第一车辆控制单元和第二车辆控制单元相连；第二采集系统通过至少两个网段与第一车辆控制单元和第二车辆控制单元相连；第一车辆控制单元和第二车辆控制单元互为冗余。本技术设置的第一采集系统和第二采集系统相互独立，可以单独进行调试，优化了整车制造工艺，减少了现场试验等环节，提升了生产效率，降低了成本；互为冗余的第一车辆控制单元和第二车辆控制单元能够同时采集一采集系统和第二采集系统的数据，进一步提升了多编组列车的冗余性和可用性。
附图说明
28.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。
29.图1为本技术公开的一种多编组列车的网络拓扑架构实施例1的结构示意图；
30.图2为本技术公开的一种多编组列车的网络拓扑架构实施例2的结构示意图；
31.图3为本技术公开的采集系统激活与数据流示意图。
具体实施方式
32.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。
33.如图1所示，为本技术公开的一种多编组列车的网络拓扑架构实施例1的结构示意图，所述装置可以包括：第一采集系统11、第二采集系统12、第一车辆控制单元13和第二车辆控制单元14；其中：
34.第一采集系统11通过至少两个网段与第一车辆控制单元13和第二车辆控制单元14相连；
35.第二采集系统12通过至少两个网段与第一车辆控制单元13和第二车辆控制单元14相连；
36.第一车辆控制单元13和第二车辆控制单元14互为冗余。
37.上述实施例1公开的多编组列车的网络拓扑架构的工作原理为：当第一采集系统11和第二采集系统12激活后，第一采集系统11将采集到的数据传输至第一车辆控制单元13和第二车辆控制单元14，第二采集系统12将采集到的数据传输至第一车辆控制单元13和第二车辆控制单元14，即第一车辆控制单元13和第二车辆控制单元14均会接收第一采集系统11传输的数据和第二采集系统12传输的数据。第一车辆控制单元13和第二车辆控制单元14互为冗余，在列车启动时默认地址小的为主车辆控制单元，地址大的为从车辆控制单元，例如第一车辆控制单元13的地址比第二车辆控制单元14的地址小，则第一车辆控制单元13为主车辆控制单元，第二车辆控制单元14为从车辆控制单元。在同一时刻，只允许第一车辆控制单元13和第二车辆控制单元14中的其中一个车辆控制单元向第一采集系统11和第二采集系统12发送控制报文。当主车辆控制单元工作时，会向从车辆控制单元发送生命状态信息报文，从车辆控制单元接收到主车辆控制单元发送的生命状态信息报文即可确认主车辆控制单元处于健康运行状态；当主车辆控制单元发生故障时，主车辆控制单元不能向从车辆控制单元发送生命状态信息报文，因此，当从车辆控制单元未接收到主车辆控制单元发送的生命状态信息报文时，从车辆控制单元自动升级为主车辆控制单元，并将自身的生命状态信息发送给原主车辆控制单元，让其自动切换为备用的车辆控制单元。
38.综上所述，本技术设置的第一采集系统和第二采集系统相互独立，可以单独进行调试，优化了整车制造工艺，减少了现场试验等环节，提升了生产效率，降低了成本；互为冗余的第一车辆控制单元和第二车辆控制单元能够同时采集一采集系统和第二采集系统的数据，进一步提升了多编组列车的冗余性和可用性。
39.如图2所示，为本技术在上述实施例1的基础上公开的一种多编组列车的网络拓扑架构实施例2的结构示意图，所述装置可以包括：第一输入输出单元21、第一仪表盘cbip1、第二输入输出单元22、第一仪表盘cbip2、第一车辆控制单元vcu1、第二车辆控制单元vcu2和多个设备节点；其中：
40.第一输入输出单元21通过网段和第一仪表盘cbip1相连；
41.第一仪表盘cbip1通过至少两个网段与第一车辆控制单元vcu1和第二车辆控制单元vcu2相连；
42.第二输入输出单元22通过网段和第二仪表盘cbip2相连；
43.第二仪表盘cbip2通过至少两个网段与第一车辆控制单元vcu1和第二车辆控制单
元vcu2相连；
44.多个设备节点分别设置在第一仪表盘cbip1和第一车辆控制单元vcu1之间的网段和第二仪表盘cbip2和第二车辆控制单元vcu2之间的网段上。
45.在上述实施例中，第一输入输出单元21可以由多个分布式大功率i/o模块组成，如i/o1、i/o2、i/o3、i/o4......i/ox；第二输入输出单元22可以由多个分布式大功率i/o模块组成，如i/o1、i/o2、i/o3、i/o4......i/ox。分布式大功率i/o模块大部分采用低电平有效，就地接车身，以减少整车的布线。
46.在上述实施例中，第一输入输出单元21可以通过采集网络can1和第一仪表盘cbip1相连，第一输入输出单元22可以通过采集网络can1和第一仪表盘cbip2相连。
47.在上述实施例中，第一仪表盘cbip1和第二仪表盘cbip2不仅具有人机交互显示界面，用于形象地显示车辆状态信息，还具备网关功能能够将一个车辆单元内的所有的输入输出(也即输入输出单元)、司机室开关操作(司机操作的按钮开关，如开关门，手刹，喇叭等操作开关)、智能座舱(如空调控制，智能语音，)等道路交通特殊的设备进行局部组网，部分局部功能控制由仪表盘控制。如：司机室空调，照明，刮雨器，窗加热，电笛等功能。
48.在上述实施例中，第一输入输出单元21和第二输入输出单元22分别通过第一仪表盘cbip1和第二仪表盘cbip2作为网关，由can2或者can3两个网段分别将采集到的车辆信息发送给第一车辆控制单元vcu1和第二车辆控制单元vcu2。第一车辆控制单元vcu1和第二车辆控制单元vcu2中的主车辆控制单元经过运算处理后的结果，也可以通过can2或者can3输出驱动信息到第一输入输出单元21和第二输入输出单元22的输出口，控制车辆。
49.在上述实施例中，can2网段可以为信息显示网络，can3网段可以为关键控制网络。
50.在上述实施例中，为确保仪表盘和车辆控制单元之间通信的可靠性，仪表盘和车辆控制单元之间可通过组成双网络进行通信，在正常情况下，其中一个网段传输仪表盘和车辆控制单元之间的输入输出单元采集数据，另外一个网段传输由车辆控制单元发送给仪表盘显示与控制的数据。
51.在上述实施例中，仪表盘和车辆控制单元之间的网段可以按照负载分配优化原理，分别挂其它设备节点。
52.在上述实施例中，第一仪表盘cbip1设置在多编组列车的第一司机室，第二仪表盘cbip2设置在多编组列车的第二司机室。
53.在上述实施例中，仪表盘和车辆控制单元之间可以分成多个网段，能够分散列车的网络负载率，以提高整车的稳定性和可靠性，能够将网线长度有效地控制在标准内。
54.在上述实施例中，为保证车辆控制单元冗余的同时减少网线的长度，可将第一车辆控制单元和第二车辆控制单元设置在多编组列车的中心对称的中间车上。
55.在上述实施例中，采集系统激活与数据流如图3所示，，当一个单元的采集系统激活后，激活整车的低压系统，激活的采集系统具备正常的输入与输出及网络发送功能，此时激活的采集系统通过输出口向另一单元采集系统的输入口发送一个高电平，将未激活的采集系统唤醒激活，激活的采集系统也可以通过向未激活的采集系统发送网络唤醒激活报文唤醒系统，两种不同的方式唤醒，能够确保任意一种方式失效后都能唤醒另外一个单元。
56.在上述实施例中，第一输入输出单元、第一仪表盘，以及第一仪表盘与第一车辆控制单元和第二车辆控制单元之间的设备节点构成一个独立的单元，第二输入输出单元、第
二仪表盘，以及第二仪表盘与第一车辆控制单元和第二车辆控制单元之间的设备节点构成另一个独立的单元，每个单元独立组网，每个单元独立网络都被第一车辆控制单元和第二车辆控制单元独立采集，因此不存在第一车辆控制单元和第二车辆控制单元之间的通信，不存在单个车辆控制单元故障导致车辆控制单元之间通信中断。本技术提供的每个单元独立组网，当任意一个单元，任意一个网段，任意类型的故障，都不会影响其他网段的正常工作。因此，在实际的应用中确保了列车控制系统的安全性，当任意类型故障发生时车辆最多降级运行，不会使车辆发生严重的甚至灾难性的后果。
57.综上所述，本技术提供的多编组列车的网络拓扑架构减少了大量的硬线控制逻辑，其布线量只有传统轨道列车的1/3，由第一输入输出单元、第一仪表盘cbip1以及第一仪表盘cbip1与第一车辆控制单元和第二车辆控制单元之间的设备节点构成的单元与由第二输入输出单元、第二仪表盘cbip2以及第二仪表盘cbip2与第一车辆控制单元和第二车辆控制单元之间的设备节点构成的单元对称涉及，两单元独立，两单元可以单独调试，可以优化整车制造工艺，减少了现场试验等环节，提升了生产效率，降低了成本；采用了车辆控制单元vcu热备冗余，两单元单独组网，但第一车辆控制单元vcu1和第二车辆控制单元vcu2都采集的方式，避免了vcu1与vcu2之间的通信，进一步提升了系统的冗余性与可用性。
58.本说明书中各个实施例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部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
59.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
60.结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
61.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。

技术特征：
1.一种多编组列车的网络拓扑架构，其特征在于，包括：第一采集系统、第二采集系统、第一车辆控制单元和第二车辆控制单元；其中：所述第一采集系统通过至少两个网段与所述第一车辆控制单元和第二车辆控制单元相连；所述第二采集系统通过至少两个网段与所述第一车辆控制单元和第二车辆控制单元相连；所述第一车辆控制单元和第二车辆控制单元互为冗余。2.根据权利要求1所述的多编组列车的网络拓扑架构，，其特征在于，所述第一采集系统包括：第一输入输出单元和第一仪表盘；所述第二采集系统包括：第二输入输出单元和第二仪表盘；所述第一输入输出单元通过网段和所述第一仪表盘相连；所述第一仪表盘通过至少两个网段与所述第一车辆控制单元和第二车辆控制单元相连；所述第二输入输出单元通过网段和所述第二仪表盘相连；所述第二仪表盘通过至少两个网段与所述第一车辆控制单元和第二车辆控制单元相连。3.根据权利要求2所述的多编组列车的网络拓扑架构，，其特征在于，所述第一输入输出单元和第二输入输出单元分别由多个分布式大功率i/o模块组成。4.根据权利要求3所述的多编组列车的网络拓扑架构，，其特征在于，网段包括：采集网络、信息显示网络和关键控制网络；其中：所述第一输入输出单元通过采集网络和所述第一仪表盘相连；所述第一仪表盘通过信息显示网络和关键控制网络与所述第一车辆控制单元和第二车辆控制单元相连；所述第二输入输出单元通过采集网络和所述第二仪表盘相连；所述第二仪表盘通过信息显示网络和关键控制网络与所述第一车辆控制单元和第二车辆控制单元相连。5.根据权利要求2所述的多编组列车的网络拓扑架构，，其特征在于，所述第一仪表盘和所述第二仪表盘分别为具备网关功能的仪表盘。6.根据权利要求2所述的多编组列车的网络拓扑架构，，其特征在于，所述第一仪表盘设置在所述多编组列车的第一司机室，所述第二仪表盘设置在所述多编组列车的第二司机室。7.根据权利要求1所述的多编组列车的网络拓扑架构，，其特征在于，所述第一车辆控制单元和第二车辆控制单元设置在所述多编组列车的中心对称的中间车上。8.根据权利要求2所述的多编组列车的网络拓扑架构，，其特征在于，还包括多个设备节点，其中：所述多个设备节点分别设置在所述第一仪表盘和所述第一车辆控制单元之间的网段和所述第二仪表盘和所述第二车辆控制单元之间的网段上。9.根据权利要求8所述的多编组列车的网络拓扑架构，，其特征在于，所述所述多个设备节点分别对称设置在所述第一仪表盘和所述第一车辆控制单元之间的网段和所述第二
仪表盘和所述第二车辆控制单元之间的网段上。10.根据权利要求2所述的多编组列车的网络拓扑架构，其特征在于，所述第一仪表盘和所述第一仪表盘分别包括人机交互显示界面。

技术总结
本申请公开了一种多编组列车的网络拓扑架构，包括：第一采集系统、第二采集系统、第一车辆控制单元和第二车辆控制单元；其中：第一采集系统通过至少两个网段与第一车辆控制单元和第二车辆控制单元相连；第二采集系统通过至少两个网段与第一车辆控制单元和第二车辆控制单元相连；第一车辆控制单元和第二车辆控制单元互为冗余。本申请能够有效提高多编组列车的网络的灵活性以及安全可靠性。车的网络的灵活性以及安全可靠性。车的网络的灵活性以及安全可靠性。


技术研发人员：沈龙江 杜求茂 屈海洋 刘宏达 皮凯俊 张焕 于海洲 谢成辉 刘文哲 鲍英芷 李春明 彭自权 李京飞
受保护的技术使用者：中车株洲电力机车有限公司
技术研发日：2022.11.02
技术公布日：2023/1/31