基于双电源冗余的游览车双向驾驶控制系统的制作方法

1.本发明涉及一种性能先进、成本较低、安全可靠，适用性高的控制系统，并且实现游览车双向驾驶切换功能和电源冗余配置，提升游览车控制电路的实用性、可靠性及安全性的基于双电源冗余的游览车双向驾驶控制系统。


背景技术：

2.目前，大型游览车的项目案例比较少，从已有的项目中可将控制系统大致划分为基于城轨车辆的控制系统、基于工业控制器的控制系统以及基于发动机纯硬线的控制系统三类。
3.基于城轨车辆的控制系统，其控制电压多为车载辅助蓄电池提供的110v直流电源，通过司控台的开关按钮，接通蓄电池，使控制系统得电启动，进而通过钥匙开关激活操作端司控台，而另一端司控台将暂时处于无法激活状态。该类控制系统中设备多为城轨交通领域的特种设备，系统成本高、电路复杂，不太适用于大型游览车的驱动控制。
4.基于发动机的纯硬线控制系统，其控制电压多为直流24v电源，通过启动发动机，发动机自带的小发电机输出电源，使控制电路得电，进而通过司控台的开关按钮，实现车辆的基本操控。该类控制电路较多应用于工程救援车，也极少有双向驾驶控制权切换功能。
5.基于工业控制器的控制系统，其控制电压多为开关电源提供的直流24v电源，通过司控台的开关按钮，使控制系统得电启动，进而接通驱动电源。优点：系统成本较低，是大型游览车的主流控制方式。缺点是：该类控制系统基本以单向驾驶为主，不具有双向驾驶控制权切换功能，电源也没有冗余配置，因此安全可靠性不足。


技术实现要素：

6.设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种性能先进、成本较低、安全可靠，适用性高的控制系统，并且在实现游览车双向驾驶切换功能和电源冗余配置的情况下，能够大幅度提升游览车控制电路的实用性、可靠性、安全性及市场竞争力的基于双电源冗余的游览车双向驾驶控制系统。
7.设计方案：为了实现上述设计目的。本发明所述的控制系统是在基于工业控制器控制系统的基础上，通过优化改进其不足，消化吸收基于城轨车辆控制系统的控制策略和电路优势，形成的一套高度适用于大型游览车控制需求，并具有可靠性高、成本低、实用性强的双电源冗余的游览车双向驾驶控制系统。
8.1、针对大型游览车双向驾驶的控制需求，设计了一套前、后端司控台控制权切换电路，实现在任意一端司控台均可启动控制系统（唤醒功能），在操控端的司控台操作钥匙开关，该端司控台控制权限将被激活（激活功能），另一端的司控台将无法进行任何操作；同时，系统还设置有紧急牵引模式、救援模式、制动强制缓解功能，满足任意一端司控台均可启动紧急牵引模式、救援模式和制动强制缓解，提升游览车控制系统的安全性、可操控性。
9.2、针对基于工业控制器控制系统未配置电源冗余的情况，在车辆前、后端的司机
室电气柜中，各配置一台不间断电源（ups），将两台ups输出端串接，在任意一端司控台唤醒、激活控制系统，两台ups将同时输出交流220v电源，实现电源的冗余和功率扩容，提升游览车控制系统的可靠性。
10.3、本发明的冗余电路中配置的两台ups是同时输出，且输出端串接，当任意一端司控室配电电路中的设备故障时，另一端司控室的供电电路将承担起原先由两路供电电路共同承担的整车电源，实现了双电源冗余配置。另一方面，将车辆两端的两台ups输出端串接，还可提升电源的供电容量，降低电源在控制线束上的压降。
11.4、在车辆各车厢的控制柜内，均配置两台开关电源，开关电源将两台ups输出的交流电转变为直流电，并将两台开关电源输出端串接，实现开关电源的冗余配置，冗余思路与ups冗余思路相同。当任意一台开关电源故障时，另一台开关电源将承担起原先由两台开关电源承担的本车厢直流电源，实现开关电源的冗余配置。另一方面，将两台开关电源输出端串接，还可提高直流电源的供电容量。
12.5、在双向驾驶控制电路中，设置唤醒、激活两步操作控制流程，在任意一端司控台均可唤醒车辆，随即控制系统启动运行；但需要激活车辆时，只能在操控端激活本端的司控台控制权，另一端司控台将暂时不能被激活。只有车辆的控制权被激活后，驱动高压电源才能接通，控制系统也才能接收运行指令驱动车辆行驶。
13.6、为了保障车辆的运行安全，不管车辆哪一端被激活，只要拍下任何一端司控台的蘑菇头急停开关，主电源接触器都会失电断开，恢复时，需重新激活司控台控制权。
14.7、为了提升系统可靠性，还设置有紧急牵引模式、救援模式及制动强制缓解功能。紧急牵引模式是在车辆控制系统通信网络故障的情况下，通过硬线电路将车辆运行指令直接发送到驱动器，实现车辆的紧急牵引；救援模式是在车辆供电电路完全故障，并且紧急牵引模式也失效的情况下，救援车辆向故障车辆提供控制电源，以实现车辆的基本控制和制动缓解，便于救援车辆牵引；制动强制缓解功能是在救援模式也无法缓解制动时，通过独立设置的制动缓解电路，将制动器强制打开，故障车辆即可被救援车牵引驶离。
15.技术方案：一种基于双电源冗余的游览车双向驾驶控制系统，包括大型游览车车辆，所述大型游览车车辆的前、后端的司机室电气柜中设置双向驾驶控制电路，并且前、后端的司机室电气柜中各配置一台不间断电源（ups），两台ups输出端串接，在任意一端司控台唤醒、激活控制系统，两台ups将同时输出交流220v电源，实现电源的冗余和功率扩容，当任意一端司控室配电电路中的设备故障时，另一端司控室的供电电路将承担起原先由两路供电电路共同承担的整车电源，实现了双电源冗余配置。
16.本发明与背景技术相比，一是采用双电源冗余设计思路，提高系统的供电可靠性；二是冗余电源装置具有蓄电池储能功能，满足供电系统故障后短时间的电源供应；三是针对游览车双向驾驶控制需求，设计一套简单实用的双驾驶控制权限切换电路；四是车辆两端均配置救援用电源插口，在任何一端司控室均可激活救援模式；五是预留制动强制缓解的电路插口，提升制动控制电路的可靠性；六是设置一套基于硬线控制的驱动控制方式，实现车辆网络故障后的紧急牵引。
附图说明
17.图1是本发明系统冗余电源配置图。
18.图2是mc1控制冗余电源电路图。
19.图3是mc2控制冗余电源电路图。
20.图4是中间车厢控制冗余电源电路图。
21.图5是mc1司控台控制电路图。
22.图6是mc2司控台控制电路图。
具体实施方式
23.实施例1：参照附图1-6。一种基于双电源冗余的游览车双向驾驶控制系统，包括大型游览车车辆，所述大型游览车车辆的前、后端的司机室电气柜中设置双向驾驶控制电路，并且前、后端的司机室电气柜中各配置一台不间断电源（ups），两台ups输出端串接，在任意一端司控台唤醒、激活控制系统，两台ups将同时输出交流220v电源，实现电源的冗余和功率扩容，当任意一端司控室配电电路中的设备故障时，另一端司控室的供电电路将承担起原先由两路供电电路共同承担的整车电源，实现了双电源冗余配置。
24.即：整车交流控制电源冗余的实现是在车辆前端司控室mc1的配电柜内，配置一台控制变压器t1（输入ac380v，输出ac220v）、一台不间断电源ups1（输入ac220v、输出ac220v）、一块蓄电池bat1（dc24v）及控制接触器km1、km2、km3等设备，车辆后端司控室mc2配置一套与mc1完全一致的设备，详细电路连接关系见图1。从图中可见，控制变压器t1、t2将车辆前端、后端集电器jsq1、jsq2采集到的交流380v电源变压为交流220v电源，再经过两台不间断电源ups1、ups2共同为整车输出具有断电保持功能的交流220v电源，实现整车交流控制电源的冗余配置。将该冗余电路中的两台不间断电源ups1、ups2输出端串接，并加装电源单向导通的二极管v1、v2，当任意一端司控室电路中的控制变压器、不间断电源、控制接触器等设备故障时，另一端司控室的配电电路将承担起原先由前端、后端两路配电电路共同供应的整车交流220v电源。将车辆前端、后端的两台不间断电源ups1、ups2输出端串接，还可提升交流220v电源的供电容量，降低控制电源在控制线束上的压降。另外，不间断电源ups1、ups2连接的蓄电池bat1、bat2，是在不间断电源ups1、ups2输入端电源断电后，不间断电源仍可继续为整车控制电路输出交流220v电源，直至蓄电池的电量耗尽。
25.所述大型游览车车辆各车厢的控制柜内均配置两台开关电源，开关电源将两台ups输出的交流电转变为直流电，并将两台开关电源输出端串接，实现开关电源的冗余配置，冗余思路与ups冗余思路相同，当任意一台开关电源故障时，另一台开关电源将承担起原先由两台开关电源承担的本车厢直流电源，实现开关电源的冗余配置，同时将两台开关电源输出端串接，提高直流电源的供电容量。
26.即：各车厢直流控制电源冗余的实现是在车辆各车厢的控制柜内，均配置两台开关电源u11、u12（输入ac220v、输出dc24v），详细电路连接关系见图2（图3、图4）。从图中可见，开关电源u11、u12将两台不间断电源ups1、ups2共同输出的交流220v电源转变为直流24v电源，将两台开关电源u11、u12输出端串接，实现各车厢直流控制电源的冗余配置。冗余思路与不间断电源冗余思路相同，即当任意一台开关电源故障时，另一台开关电源将承担起原先由两台开关电源供应的本车厢直流24v电源。将两台开关电源输出端串接，还可提升直流24v电源的供电容量。
27.在双向驾驶控制电路中设置唤醒、激活两步操作控制流程，在任意一端司控台均
可唤醒车辆，随即控制系统启动运行；但需要激活车辆时，只能在操控端激活本端的司控台控制权，另一端司控台将暂时不能被激活，只有车辆的控制权被激活后，驱动高压电源才能接通，控制系统也才能接收运行指令驱动车辆行驶。
28.即：在双向驾驶控制电路中，设置唤醒、激活两步操作控制流程，详细电路连接关系见图1（系统冗余电源配置）、图5（mc1司控台电路）及图6（mc2司控台电路）。从图中可见，在任意一端司控台打开唤醒开关（s110或s310），两端的唤醒继电器（k101、k301）和控制电源接触器（km2、km6）相继得电吸合，两台不间断电源ups1、ups2启动并输出交流220v电源，车辆控制系统和各车厢的控制设备启动并对车辆状态进行自检，待自检完成并检测到两端司控台的开关按钮均置于安全位后，车辆控制系统控制车辆两端的0位保护继电器（k111、k311）吸合，至此，车辆完成唤醒操作。在车辆运行方向的司控台（此处以mc1为例说明），打开激活钥匙开关s111，mc1端的激活继电器k102吸合，接着mc1端的主电源接触器km1和mc2端的主电源接触器km5吸合，车辆前端、后端集电器jsq1、jsq2采集到的交流380v电源经过主电源接触器km1和km5，传输至各车厢的驱动柜、车辆高压辅助设备及驱动设备得电启动，至此，车辆mc1端的控制权已被激活，mc2端将暂时不能被激活。
29.不管车辆哪一端被激活，只要拍下任何一端司控台的蘑菇头急停开关，主电源接触器都会失电断开，恢复时，需重新激活司控台控制权。
30.即：为了保障车辆的运行安全，不管车辆哪一端被激活，只要拍下任何一端司控台的蘑菇头急停开关（s107或s307），mc1端的主电源接触器km1和mc2端的主电源接触器km5都会失电断开，同时，车辆控制系统控制车辆两端的0位保护继电器（k111、k311）失电断开。恢复时，先将车辆两端司控台的开关按钮均置于安全位（包括激活钥匙开关s111或s311），再将拍下的蘑菇头急停开关（s107或s307）复位，最后，按照车辆激活流程正常操作即可。
31.所述大型游览车车辆的前、后端设置有紧急牵引模式，即在车辆控制系统通信网络故障的情况下，通过硬线电路将车辆运行指令直接发送到驱动器，实现车辆的紧急牵引。所述大型游览车车辆的前、后端设置救援模式，即在车辆供电电路完全故障，并且紧急牵引模式也失效的情况下，救援车辆向故障车辆提供控制电源，以实现车辆的基本控制和制动缓解，便于救援车辆牵引。所述制动强制缓解功能是在救援模式也无法缓解制动时，通过独立设置的制动缓解电路，将制动器强制打开，故障车辆即可被救援车牵引驶离。
32.即：为了提升系统可靠性，系统还设置有紧急牵引模式、救援模式及制动强制缓解功能。紧急牵引模式是在车辆控制系统网络故障的情况下，通过硬线连接将车辆运行指令直接给到驱动器，当在mc1端的司控台打开紧急牵引开关时，紧急牵引继电器k120吸合，当在mc2端的司控台打开紧急牵引开关时，紧急牵引继电器k320吸合，不管是在哪一端司控台打开紧急牵引开关，都将使mc1端的主电源接触器km1和mc2端的主电源接触器km5吸合，车辆高压辅助设备及驱动设备启动，实现车辆紧急牵引。救援模式是在车辆电路出现故障，紧急牵引模式也失效的情况下，救援车辆通过车辆端头设置的救援接口，将yjac220和yjdc24电源传输至车辆，在车辆任一端的司控台打开救援开关（s112或s312），mc1端的救援电源接触器km3和mc2端的救援电源接触器km7吸合，同时，mc1端的主电源接触器km1和mc2端的主电源接触器km5都会失电断开，两台不间断电源ups1、ups2启动并输出交流220v电源，车辆控制系统和各车厢的控制设备启动，此时可实现车辆的基本控制（高压设备除外）。制动强制缓解功能是在救援模式下仍无法缓解制动时，在故障车辆任一端的司控台打开制动强制
缓解（s113或s313），mc1端的制动强制缓解接触器km4和mc2端的km8得电吸合，制动器被强制打开，故障车辆即可被救援车拖移。
33.需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种基于双电源冗余的游览车双向驾驶控制系统，包括大型游览车车辆，其特征是：所述大型游览车车辆的前、后端的司机室电气柜中设置双向驾驶控制电路，并且前、后端的司机室电气柜中各配置一台不间断电源（ups），两台ups输出端串接，在任意一端司控台唤醒、激活控制系统，两台ups将同时输出交流220v电源，实现电源的冗余和功率扩容，当任意一端司控室配电电路中的设备故障时，另一端司控室的供电电路将承担起原先由两路供电电路共同承担的整车电源，实现了双电源冗余配置。2.根据权利要求1所述的基于双电源冗余的游览车双向驾驶控制系统，其特征是：所述大型游览车车辆各车厢的控制柜内均配置两台开关电源，开关电源将两台ups输出的交流电转变为直流电，并将两台开关电源输出端串接，实现开关电源的冗余配置，冗余思路与ups冗余思路相同，当任意一台开关电源故障时，另一台开关电源将承担起原先由两台开关电源承担的本车厢直流电源，实现开关电源的冗余配置，同时将两台开关电源输出端串接，提高直流电源的供电容量。3.根据权利要求1所述的基于双电源冗余的游览车双向驾驶控制系统，其特征是：在双向驾驶控制电路中设置唤醒、激活两步操作控制流程，在任意一端司控台均可唤醒车辆，随即控制系统启动运行；但需要激活车辆时，只能在操控端激活本端的司控台控制权，另一端司控台将暂时不能被激活，只有车辆的控制权被激活后，驱动高压电源才能接通，控制系统也才能接收运行指令驱动车辆行驶。4.根据权利要求3所述的基于双电源冗余的游览车双向驾驶控制系统，其特征是：不管车辆哪一端被激活，只要拍下任何一端司控台的蘑菇头急停开关，主电源接触器都会失电断开，恢复时，需重新激活司控台控制权。5.根据权利要求1所述的基于双电源冗余的游览车双向驾驶控制系统，其特征是：所述大型游览车车辆的前、后端设置有紧急牵引模式，即在车辆控制系统通信网络故障的情况下，通过硬线电路将车辆运行指令直接发送到驱动器，实现车辆的紧急牵引。6.根据权利要求1所述的基于双电源冗余的游览车双向驾驶控制系统，其特征是：所述大型游览车车辆的前、后端设置救援模式，即在车辆供电电路完全故障，并且紧急牵引模式也失效的情况下，救援车辆向故障车辆提供控制电源，以实现车辆的基本控制和制动缓解，便于救援车辆牵引。7.根据权利要求1所述的基于双电源冗余的游览车双向驾驶控制系统，其特征是：所述制动强制缓解功能是在救援模式也无法缓解制动时，通过独立设置的制动缓解电路，将制动器强制打开，故障车辆即可被救援车牵引驶离。

技术总结
本发明涉及一种性能先进、成本较低、安全可靠，适用性高的控制系统，并且实现游览车双向驾驶切换功能和电源冗余配置，提升游览车控制电路的实用性、可靠性及安全性的基于双电源冗余的游览车双向驾驶控制系统，包括大型游览车车辆，其特征是：所述大型游览车车辆的前、后端的司机室电气柜中设置双向驾驶控制电路，并且前、后端的司机室电气柜中各配置一台不间断电源（UPS），两台UPS输出端串接，在任意一端司控台唤醒、激活控制系统，两台UPS将同时输出交流220V电源，实现电源的冗余和功率扩容，当任意一端司控室配电电路中的设备故障时，另一端司控室的供电电路将承担起原先由两路供电电路共同承担的整车电源，实现了双电源冗余配置。置。置。


技术研发人员：马鹏 张永亮 蒲菊 胡爱锋 李亚博
受保护的技术使用者：中铁宝桥集团有限公司
技术研发日：2022.09.06
技术公布日：2023/4/20