一体化平台系统控制架构的制作方法

1.本技术涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一体化平台系统控制架构。


背景技术：

2.当前在轨道交通信号系统中，ato(automatic train operation，列车自动驾驶)系统、tcms(train control and management system，列车控制和管理系统)、牵引系统(dcu，drive control unit)、制动系统(bcu，brake control unit)相互独立，通信方式如图1所示，ato系统与tcms系统通过mvb(multifunction vehicle bus，多功能车辆总线)或者以太网进行独立通信，tcms系统、牵引系统(dcu)、制动系统(bcu)通过车辆骨干网进行通信。正常情况下，fam(full automatic train operation，列车全自动驾驶)模式ato系统通过mvb总线或者以太网将控车指令发送至tcms系统，tcms系统收到控车指令后将控车指令通过车辆骨干网转发至牵引系统(dcu)和制动系统(bcu)。牵引系统(dcu)和制动系统(bcu)分别收到tcms转发的控车指令后将控车指令施加至各自的执行机构，完成对列车的控制。
3.当ato系统与tcms系统通信故障时，则ato系统的控车指令无法通过网络发送至tcms系统，当tcms系统与牵引系统(dcu)或者制动系统(bcu)通信故障时，tcms系统无法将ato系统发送的控车指令通过网络转发至牵引系统(dcu)或者制动系统(bcu)，故当ato系统与tcms系统网络故障、车辆骨干网网络故障时，均需进入到蠕动模式，列车采用硬线方式进行控车，由ato系统通过硬线将牵引制动指令输出至列车线，由牵引系统(dcu)和制动系统(bcu)通过硬线采集列车线的牵引制动指令，将相关的指令施加至各自的执行机构，完成对列车的控制，并对列车进行限速运行。
4.现有方案与一体化平台架构存在极大差异，一体化平台通过划分列车级控制功能、车辆级控制功能和本地级控制功能，将独立的ato系统、tcms系统、牵引系统(dcu)和制动系统(bcu)进行功能及设备融合后，蠕动模式的内涵则发生了变化，由于各个系统间的通信方式和功能划分均发生了变化，正常情况下的控车数据流和蠕动模式的控车数据流与现有方案存在极大差异，并且现有方案进入蠕动模式条件涉及两条网络路径，即车辆骨干网和ato系统与tcms系统通信网络，当两个网络之一存在故障则会导致无法进行网络控车。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术缺陷之一，本技术提供了一种化平台系统控制架构。
6.本技术提供的一体化平台系统控制架构，包括：列车级控制层、车辆级控制层和本地级控制层；
7.列车级控制层由列车级控制单元ccu组成；ccu融合列车自动驾驶ato系统全功能、列车控制和管理系统tcms全功能、牵引系统dcu的牵引逻辑控制功能dcu-app和制动系统bcu的制动逻辑控制功能bcu-app；
8.车辆级控制层由车辆级控制单元vcu组成；vcu融合牵引系统dcu的牵引应急功能dcu-e和制动系统bcu的制动应急功能bcu-e；
9.本地级控制层由执行机构组成；执行机构包括远程输入输出单元riom、共享测速单元sdu、功率控制单元pcu、电机械驱动单元bmc。
10.可选地，ato、tcms、dcu-app和bcu-app通过共享内存的方式进行通信。
11.可选地，dcu-e和bcu-e通过共享内存的方式进行通信。
12.可选地，ccu、vcu和执行机构均接入列车级时间敏感网络tsn骨干网进行通信。
13.可选地，ccu和vcu对列车线进行输出和采集。
14.可选地，vcu通过硬线与执行单元连接，传输控制指令。
15.可选地，进入列车全自动驾驶fam模式，且列车级tsn骨干网正常时，
16.基于ato系统功能产生第一控车指令；
17.基于tcms系统功能进行第一控车指令的指令处理；
18.基于指令处理结果，通过dcu-app和bcu-app进行牵引、制动力计算，得到第一牵引力和制动力；
19.将第一牵引力和制动力通过列车级tsn网络发送至相应的执行机构单元。
20.可选地，架构基于硬线进行控车。
21.可选地，dcu-e和bcu-e通过硬线采集列车线的第二控车指令。
22.可选地，进入蠕动模式时，
23.基于ato系统功能产生第三控车指令，并将第三控车指令通过硬线输出至相应列车线；
24.由dcu-e和bcu-e通过硬线采集列车线的第四控车指令，并进行应急工况下的牵引、制动力计算，得第二牵引力和制动力；
25.将第二牵引力和制动力通过硬线输出至相应的执行机构单元。
26.本技术提供一种一体化平台系统控制架构，该架构包括：列车级控制层、车辆级控制层和本地级控制层；列车级控制层由ccu组成；ccu融合ato系统全功能、tcms全功能、dcu的dcu-app和bcu的bcu-app；车辆级控制层由vcu组成；vcu融合牵引系统dcu的dcu-e和制动系统bcu的bcu-e；本地级控制层由执行机构组成；执行机构包括riom、sdu、pcu、bmc。本技术的架构不仅满足一体化平台的控车需求，又将与蠕动模式相关网络由两个缩减至一个，故障模式减少，设备数量减少，增加了全自动运行工况下蠕动模式的可用性和可靠性。
附图说明
27.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
28.图1为现有的通信架构示意图；
29.图2为本技术实施例提供的一体化平台系统控制架构示意图。
具体实施方式
30.为了使本技术实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本技术的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
31.在实现本技术的过程中，发明人发现，当前在轨道交通信号系统中，ato系统、tcms系统、牵引系统(dcu)、制动系统(bcu)相互独立。ato系统与tcms系统通过mvb总线或者以太网进行独立通信，tcms系统、牵引系统(dcu)、制动系统(bcu)通过车辆骨干网进行通信。
32.现有方案与一体化平台架构存在极大差异，一体化平台通过划分列车级控制功能、车辆级控制功能和本地级控制功能，将独立的ato系统、tcms系统、牵引系统(dcu)和制动系统(bcu)进行功能及设备融合后，蠕动模式的内涵则发生了变化，由于各个系统间的通信方式和功能划分均发生了变化，正常情况下的控车数据流和蠕动模式的控车数据流与现有方案存在极大差异，并且现有方案进入蠕动模式条件涉及两条网络路径，即车辆骨干网和ato系统与tcms系统通信网络，当两个网络之一存在故障则会导致无法进行网络控车。
33.针对上述问题，本技术实施例中提供了一种一体化平台系统控制架构，该架构包括：列车级控制层、车辆级控制层和本地级控制层；列车级控制层由ccu组成；ccu融合ato系统全功能、tcms全功能、dcu的dcu-app和bcu的bcu-app；车辆级控制层由vcu组成；vcu融合牵引系统dcu的dcu-e和制动系统bcu的bcu-e；本地级控制层由执行机构组成；执行机构包括riom、sdu、pcu、bmc。本技术的架构不仅满足一体化平台的控车需求，又将与蠕动模式相关网络由两个缩减至一个，故障模式减少，设备数量减少，增加了全自动运行工况下蠕动模式的可用性和可靠性。
34.本实施例提供的一体化平台系统控制架构如图2所示。该架构包括列车级控制层、车辆级控制层和本地级控制层。
35.本实施例提供的一体化平台系统控制架构基于硬线进行控车。
36.1、列车级控制层
37.列车级控制层由ccu(列车级控制单元)组成。
38.ccu融合ato(automatic train operation，列车自动驾驶)系统全功能、列车控制和tcms(train control and management system，列车控制和管理系统)全功能、牵引系统(dcu，drive control unit)的牵引逻辑控制功能dcu-app和制动系统(bcu，brake control unit)的制动逻辑控制功能bcu-app。
39.ato、tcms、dcu-app和bcu-app通过共享内存的方式进行通信。
40.2、车辆级控制层
41.车辆级控制层由车辆级控制单元vcu组成。
42.vcu融合牵引系统(dcu)的牵引应急功能dcu-e和制动系统(bcu)的制动应急功能bcu-e。
43.dcu-e和bcu-e通过共享内存的方式进行通信。
44.vcu通过硬线与执行单元连接，传输控制指令。
45.dcu-e和bcu-e通过硬线采集列车线的第二控车指令。
46.3、本地级控制层
47.本地级控制层由执行机构组成。
48.执行机构包括riom(remote input and output module，远程输入输出模块)、sdu(共享测速单元)、pcu(power control unit，功率控制单元)、bmc(电机械驱动单元)。
49.ccu、vcu和执行机构均接入列车级tsn(time-sensitive network，时间敏感网络)骨干网进行通信。
50.ccu和vcu对列车线进行输出和采集。
51.●
当列车进入fam(full automatic train operation，列车全自动驾驶)
52.模式，且列车级tsn骨干网正常时，
53.基于ato系统功能产生第一控车指令。
54.基于tcms系统功能进行第一控车指令的指令处理。
55.基于指令处理结果，通过dcu-app和bcu-app进行牵引、制动力计算，得到第一牵引力和制动力。
56.将第一牵引力和制动力通过列车级tsn网络发送至相应的执行机构单元。
57.也就是说，正常情况下(即fam模式时，当列车级tsn骨干网正常时)，由列车级控制单元(ccu)中由ato产生控车指令，经过tcms进行指令处理，通过dcu-app和bcu-app牵引、制动力计算后，将实际应施加的牵引力和制动力通过列车级tsn网络发送至相应的执行机构单元完成对列车的控制。
58.由于列车级控制单元(ccu)中ato、tcms、dcu-app和bcu-app间的通信通过共享内存的方式进行，故当列车级控制单元(ccu)中ato、tcms、dcu-app和bcu-app任一发生故障后，首先一体化平台会进行列车级控制单元(ccu)的主备切换，切换后仍故障，则ato、tcms、dcu-app和bcu-app均无法正常工作，即不存在ato与tcms通信故障模式，不存在tcms与dcu-app通信故障模式，不存在tcms系统与bcu-app通信故障模式。
59.即仅当列车级骨干网发生故障情况下需要进入蠕动模式限速运行。
60.●
当列车进入蠕动模式时，
61.基于ato系统功能产生第三控车指令，并将第三控车指令通过硬线输出至相应列车线。
62.由dcu-e和bcu-e通过硬线采集列车线的第四控车指令，并进行应急工况下的牵引、制动力计算，得第二牵引力和制动力。
63.将第二牵引力和制动力通过硬线输出至相应的执行机构单元。
64.也就是说，当车俩进入蠕动模式时，由列车级控制单元(ccu)中ato产生控车指令，并将控车指令通过硬线输出至相应列车线，由车辆级控制单元(vcu)中dcu-e和bcu-e通过硬线采集列车线的控车指令，并通过应急工况下的牵引力制动力计算将实际应施加的牵引和制动力通过硬线输出至相应的执行机构单元完成对列车的控制。
65.基于本实施例提供的一体化平台系统控制架构，蠕动模式与紧急牵引对于车辆的控制的处理完全相同，即均通过硬线进行控车，均由车辆本地控制单元(vcu)中dcu-e和bcu-e采集列车线指令，进行应急情况下的处理。故一体化平台融合承载tcms、ato、牵引系统(dcu)、制动系统(bcu)之后，蠕动模式仍由车载atp输出“cam模式”硬线，车辆电路将“cam模式”列车线与“紧急牵引”列车线合并处理；车辆仍需保留牵引、制动、方向、pwm(pulse width modulation，脉冲宽度调制)信号，用于列车在蠕动模式下的运行控制和精确停车。
66.需要说明的是，本实施例所涉及的第一控车指令、第二控车指令、第三控车指令、第四控车指令均为控车指令，其中的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅是为了区分不同的控车指令，并未其他实质含义，对于第一控车指令、第二控车指令、第三控车指令、第四控车指令之间，是否为相同指令，本实施例不做限定。即第一控车指令、第二控车指令、第三控车指令、第四控车指令中任意两个控制指令可以相同也可以不同。
67.本实施例所涉及的第一牵引力和制动力和第二牵引力和制动力均为牵引力和制动力，其中的“第一”、“第二”仅是为了区分不同的牵引力和制动力，并未其他实质含义，第一牵引力和制动力和第二牵引力和制动力之间可以相同也可以不同。
68.本实施例提供的一体化平台系统控制架构，可以满足基于一体化平台在融合ato、tcms、牵引、制动后的全自动运行工况下的蠕动模式处理策略，并且进入蠕动模式条件仅涉及一条网络路径，即列车tsn骨干网，仅当tsn骨干网故障后进入蠕动模式进行网络控车，与现有方案相比即满足一体化平台的控车需求，又将与蠕动模式相关网络由两个缩减至一个，故障模式减少，设备数量减少，增加了全自动运行工况下蠕动模式的可用性和可靠性。
69.本实施例供的一体化平台系统控制架构，包括：列车级控制层、车辆级控制层和本地级控制层；列车级控制层由ccu组成；ccu融合ato系统全功能、tcms全功能、dcu的dcu-app和bcu的bcu-app；车辆级控制层由vcu组成；vcu融合牵引系统dcu的dcu-e和制动系统bcu的bcu-e；本地级控制层由执行机构组成；执行机构包括riom、sdu、pcu、bmc。该架构不仅满足一体化平台的控车需求，又将与蠕动模式相关网络由两个缩减至一个，故障模式减少，设备数量减少，增加了全自动运行工况下蠕动模式的可用性和可靠性。
70.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本技术实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。
71.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
72.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
73.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
74.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
75.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围
之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种一体化平台系统控制架构，其特征在于，所述架构包括：列车级控制层、车辆级控制层和本地级控制层；所述列车级控制层由列车级控制单元ccu组成；所述ccu融合列车自动驾驶ato系统全功能、列车控制和管理系统tcms全功能、牵引系统dcu的牵引逻辑控制功能dcu-app和制动系统bcu的制动逻辑控制功能bcu-app；所述车辆级控制层由车辆级控制单元vcu组成；所述vcu融合牵引系统dcu的牵引应急功能dcu-e和制动系统bcu的制动应急功能bcu-e；所述本地级控制层由执行机构组成；所述执行机构包括远程输入输出单元riom、共享测速单元sdu、功率控制单元pcu、电机械驱动单元bmc。2.根据权利要求1所述的架构，其特征在于，所述ato、tcms、dcu-app和bcu-app通过共享内存的方式进行通信。3.根据权利要求1所述的架构，其特征在于，所述dcu-e和bcu-e通过共享内存的方式进行通信。4.根据权利要求1所述的架构，其特征在于，所述ccu、vcu和执行机构均接入列车级时间敏感网络tsn骨干网进行通信。5.根据权利要求1所述的架构，其特征在于，所述ccu和vcu对列车线进行输出和采集。6.根据权利要求1所述的架构，其特征在于，所述vcu通过硬线与执行单元连接，传输控制指令。7.根据权利要求1所述的架构，其特征在于，进入列车全自动驾驶fam模式，且列车级tsn骨干网正常时，基于ato系统功能产生第一控车指令；基于tcms系统功能进行所述第一控车指令的指令处理；基于指令处理结果，通过dcu-app和bcu-app进行牵引、制动力计算，得到第一牵引力和制动力；将第一牵引力和制动力通过列车级tsn网络发送至相应的执行机构单元。8.根据权利要求2所述的架构，其特征在于，所述架构基于硬线进行控车。9.根据权利要求2所述的架构，其特征在于，dcu-e和bcu-e通过硬线采集列车线的第二控车指令。10.根据权利要求2所述的架构，其特征在于，进入蠕动模式时，基于ato系统功能产生第三控车指令，并将所述第三控车指令通过硬线输出至相应列车线；由dcu-e和bcu-e通过硬线采集列车线的第四控车指令，并进行应急工况下的牵引、制动力计算，得第二牵引力和制动力；将第二牵引力和制动力通过硬线输出至相应的执行机构单元。

技术总结
本申请提供一种一体化平台系统控制架构，该架构包括：列车级控制层、车辆级控制层和本地级控制层；列车级控制层由CCU组成；CCU融合ATO系统全功能、TCMS全功能、DCU的DCU-APP和BCU的BCU-APP；车辆级控制层由VCU组成；VCU融合牵引系统DCU的DCU-E和制动系统BCU的BCU-E；本地级控制层由执行机构组成；执行机构包括RIOM、SDU、PCU、BMC。本申请的架构不仅满足一体化平台的控车需求，又将与蠕动模式相关网络由两个缩减至一个，故障模式减少，设备数量减少，增加了全自动运行工况下蠕动模式的可用性和可靠性。可靠性。可靠性。


技术研发人员：邓翰泽 宋智翔 王道敏 张春雨 田昉 杜薇 吕文龙
受保护的技术使用者：北京市基础设施投资有限公司 北京市轨道交通建设管理有限公司
技术研发日：2022.12.29
技术公布日：2023/4/20