安全型列车控制系统

技术领域

本申请涉及车辆控制技术，尤其涉及一种安全型列车控制系统。

背景技术

列车运行控制系统是根据列车运行线路上的客观条件和实际情况，对列车运行速度及制动方式等状态进行监督、控制和调整的技术装备。目前既有的列车运行控制系统包括列车控制和管理系统(Train Control and Management System，简称TCMS)和车载控制系统(Vehicleon-board Controller，简称VOBC)。

TCMS系统使用2个标准的TCMS模块，列车的车头或车尾分别使用两个TCMS控制模块，两个TCMS控制模块使用列车总线进行通信。VOBC包括列车自动运行系统(AutomaticTrain Operation，简称ATO)和列车自动防护系统(Automatic Train Protection，简称：ATP)，以实现列车的自动运行和自动防护。VOBC不断地与地面列车的区域控制器(ZoneController，简称ZC)进行通信，获取目标停车点的位置信息，并对超速、目标点冒进及车门状态进行安全监督，以确保列车在允许的包络线内运行，并且在无法继续安全运行时，自动实施紧急制动，使列车以最优性能运行。

然而，现有的列车运行控制系统在进行列车的运行控制时，是由VOBC首先输出控制指令，TCMS采集该控制指令后再转发给牵引控制系统，牵引控制系统驱动电机设备。再由VOBC采集该电机设备的速度后进行控制指令的调整。这种列车运行的控制方法信息延时较长，指令实时性差，列车能耗大。且传统的TCMS只是一个SIL2系统，VOBC是SIL4系统，因此，TCMS输出的控制指令存在不安全性。

发明内容

本申请提供一种安全型列车控制系统，用以解决现有技术中存在的列车运行控制实时性差、安全性低的问题。

一方面，本申请提供一种安全型列车控制系统，与列车的电机设备和牵引控制系统均信号连接，包括主控制单元、备用控制单元、主备切换单元和输入输出I/O处理单元；

所述主控制单元和所述备用控制单元均用于与所述电机设备连接，以获取所述电机设备的速度信号，根据目标停车点的位置信息和所述速度信号确定EBI曲线，同时根据所述EBI曲线确定所述列车的最优运行速度；根据所述最优运行速度生成生成牵引指令和牵引级位；

所述输入输出I/O处理单元与所述主控制单元或备用控制单元信号连接，用于根据所述牵引指令和所述牵引级位生成牵引信息，并将所述牵引级位和所述牵引信息发送至所述牵引控制系统，由所述牵引控制系统根据所述牵引信息生成力矩信息，并将所述力矩信息发送至所述电机设备，由所述电机设备根据所述力矩信息进行列车运行速度控制；

所述主备切换单元用于在所述主控制单元和所述备用控制单元之间进行切换。

其中一项实施例中，所述主控制单元包括：

第一处理芯片，用于与所述电机设备连接，以获取所述电机设备的速度信号，根据所述目标停车点的位置信息和所述速度信号确定EBI曲线，同时根据所述EBI曲线确定所述列车的最优运行速度；

第二处理芯片，用于与所述电机设备连接，以获取所述电机设备的速度信号，根据所述目标停车点的位置信息和所述速度信号确定EBI曲线，同时根据所述EBI曲线确定所述列车的最优运行速度；

所述第一处理芯片，通过接口与所述第二处理芯片连接，还用于比较所述第一处理芯片确定的所述列车的最优运行速度与所述第二处理芯片确定的所述列车的最优运行速度是否相同，若相同，则根据所述列车的最优运行速度生成所述牵引指令和所述牵引级位；

或者，所述第二处理芯片还用于，比较所述第一处理芯片确定的所述列车的最优运行速度与所述第二处理芯片确定的所述列车的最优运行速度是否相同，若相同，则根据所述列车的最优运行速度生成所述牵引指令和所述牵引级位。

其中一项实施例中，若所述第一处理芯片和所述第二处理芯片确定的所述列车的最优运行速度不相同，则所述第一处理芯片或所述第二处理芯片向所述主备切换单元发送主备切换指令，所述主备切换指令用于指示所述主备切换单元切换所述备用控制单元投入使用。

其中一项实施例中，还包括第一入网接口、第一串行通信接口、第一安全信号输入接口、第一安全信号输出接口和第一测速接口；

所述第一入网接口、所述第一串行通信接口、所述第一安全信号输入接口、所述第一安全信号输出接口和所述第一测速接口均与所述主控制单元信号连接，且与所述输入输出I/O处理单元信号连接；

所述第一测速接口用于和所述电机设备连接。

其中一项实施例中，所述备用控制单元包括：

第三处理芯片，用于与所述电机设备连接，以获取所述电机设备的速度信号，根据所述目标停车点的位置信息和所述速度信号确定EBI曲线，同时根据所述EBI曲线确定所述列车的最优运行速度；

第四处理芯片，用于与所述电机设备连接，以获取所述电机设备的速度信号，根据所述目标停车点的位置信息和所述速度信号确定EBI曲线，同时根据所述EBI曲线确定所述列车的最优运行速度；

所述第三处理芯片，通过接口与所述第四处理芯片连接，还用于比较所述第三处理芯片确定的所述列车的最优运行速度与所述第四处理芯片确定的所述列车的最优运行速度是否相同，若相同，则根据所述列车的最优运行速度生成所述牵引指令和所述牵引级位；

或者，所述第四处理芯片还用于，比较所述第三处理芯片确定的所述列车的最优运行速度与所述第四处理芯片确定的所述列车的运行速度是否相同，若相同，则根据所述列车的最优运行速度生成所述牵引指令和所述牵引级位。

其中一项实施例中，还包括第二入网接口，第二串行通信接口、第二安全信号输入接口、第二安全信号输出接口和第二测速接口；

所述第二入网接口、所述第二串行通信接口、所述第二安全信号输入接口、所述第二安全信号输出接口和所述第二测速接口均与所述备用控制单元信号连接，且与所述输入输出I/O处理单元信号连接；

所述第二测速接口用于和所述电机设备连接。

其中一项实施例中，还包括车辆总线接口、脉冲宽度调制接口、模拟量输入输出接口、继电器输出接口、信号输入接口和信号输出接口；

所述车辆总线接口、所述脉冲宽度调制接口、所述模拟量输入输出接口、所述继电器输出接口、所述信号输入接口和所述信号输出接口均与所述输入输出I/O处理单元信号连接；

所述脉冲宽度调制接口用于连接所述牵引控制系统。

其中一项实施例中，还包括：

第一电源，与所述主控制单元连接；

第二电源，与所述备用控制单元连接。

其中一项实施例中，还包括：

自动防护电路，与所述电机设备连接，用于获取所述电机设备的速度信号；

自动运行电路，与所述自动防护电路信号连接，用于根据目标停车点的位置信息和所述速度信号确定EBI曲线，同时根据所述EBI曲线确定所述列车的最优运行速度；根据所述最优运行速度生成牵引指令和牵引级位；

所述第一处理芯片、所述第二处理芯片、所述第三处理芯片和所述第四处理芯片均包括所述自动防护电路和所述自动运行电路。

其中一项实施例中，所述主备切换单元包括继电器组合。

本申请提供的安全型列车控制系统实质为一安全增强型TCMS系统，该安全型列车控制系统包括主控制单元、备用控制单元、主备切换单元和输入输出I/O处理单元。该主备切换单元用于控制该主控制单元运行或该备用控制单元运行，从而该安全型列车控制系统输出给该牵引控制系统的牵引信息为确定的一个信息，进而该牵引控制系统输出给该电机设备的该力矩信息也是准确的一个信息，不会造成该电机设备控制该列车运行时出现根据两个指令控制列车运行速度，从而解决了列车运行控制的不准确的问题，提高了列车运行控制的安全性。除此之外，本申请相比于传统方案中使用VOBC、TCMS再加其他控制系统进行列车运行控制的装置，只通过该安全型列车控制系统，即一个安全增强型的TCMS系统即可实现通过牵引控制系统控制电机设备进行列车运行的速度控制，减少了列车运行的牵引制动控制链路，提升了列车牵引、制动响应时间，提升了列车运行控制的效率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本申请的一个实施例提供的安全型列车控制系统的示意图。

图2为本申请的又一个实施例提供的安全型列车控制系统的示意图。

附图标记说明

安全型列车控制系统 10

主控制单元 110

第一处理芯片 111

第二处理芯片 112

备用控制单元 120

第三处理芯片 121

第四处理芯片 122

主备切换单元 130

输入输出I/O处理单元 140

第一入网接口 210

第一串行通信接口 220

第一安全信号输入接口 230

第一安全信号输出接口 240

第一测速接口 250

第二入网接口 310

第二串行通信接口 320

第二安全信号输入接口 330

第二安全信号输出接口 340

第二测速接口 350

车辆总线接口 410

脉冲宽度调制接口 420

模拟量输入输出接口 430

继电器输出接口 440

信号输入接口 450

信号输出接口 460

第一电源 510

第二电源 520

自动防护电路 610

自动运行电路 620

电机设备 20

牵引控制系统 30

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

列车运行控制系统是根据列车运行线路上的客观条件和实际情况，对列车运行速度及制动方式等状态进行监督、控制和调整的技术装备。目前既有的列车运行控制系统包括列车控制和管理系统(Train Control and Management System，简称TCMS)和车载控制系统(Vehicleon-board Controller，简称VOBC)。VOBC系统中包括列车自动运行系统(Automatic Train Operation，简称ATO)和列车自动防护系统(Automatic TrainProtection，简称：ATP)。ATP系统根据目标停车点的位置信息和采集的电机设备的速度信号，生成EBI曲线发送给ATO，ATO根据ATP发送过来的EBI曲线计算当前列车的最优运行速度，并将获取到的列车的最优运行速度转换为牵引指令和牵引级位，将牵引指令和牵引级位发送给TCMS系统。TCMS系统根据ATO发送的牵引指令和牵引级位生成相应的牵引信息给牵引控制单元，牵引控制单元再根据牵引信息生成力矩信息，并将该力矩信息发送给电机设备，由该电机设备完成列车的加速。但是在现有技术中，是由VOBC首先输出控制指令，TCMS采集该控制指令后再转发给牵引控制系统，牵引控制系统驱动电机设备。再由VOBC采集该电机设备的速度后进行控制指令的调整。这种列车运行的控制方法信息延时较长，指令实时性差，列车能耗大。且传统的TCMS只是一个SIL2系统，VOBC是SIL4系统，因此，TCMS输出的控制指令存在不安全性。

基于此，本申请提供一种安全型列车控制系统，通过改进传统的TCMS模块，安全型列车控制系统输出一个控制指令给到牵引控制系统，此时该牵引控制系统输出给电机设备的力矩信息是准确的一个指令，可以准确控制电机设备进行列车的加速，增加了列车运行控制的准确性，保障了列车运行控制的安全，且安全型列车控制系统进行列车运行控制的步骤和程序减少，可以解决传统列车运行的控制方法信息延时较长，指令实时性差，列车能耗大的问题。

请参见图1，本申请提供一种安全型列车控制系统10，该安全性列车控制系统10与列车上设置的电机设备20和牵引控制系统30均信号连接。该安全型列车控制系统10包括主控制单元110、备用控制单元120、主备切换单元130和输入输出I/O处理单元140。

该主控制单元110和该备用控制单元120均用于与该电机设备20连接，以获取该电机设备的速度信号，根据目标停车点的位置信息和所述速度信号确定EBI曲线，同时根据所述EBI曲线确定所述列车的最优运行速度；根据所述最优运行速度生成生成牵引指令和牵引级位。该输入输出I/O处理单元140与该主控制单元110和该备用控制单元120信号连接，该输入输出I/O处理单元用于根据该牵引指令和该牵引级位生成牵引信息。该输入输出I/O处理单元140再将该牵引信息发送至该牵引控制系统30，由该牵引控制系统30根据该牵引信息生成力矩信息，并将该力矩信息发送至该电机设备10，由该电机设备10根据该力矩信息进行列车运行速度控制。具体的，在列车加速时，该输入输出I/O处理单元130输出牵引指令和牵引级位，此时该主控制单元110根据获取到的该电机设备20的速度信号计算列车运行的速度，根据目标停车点的位置信息和所述速度信号确定EBI曲线，同时根据所述EBI曲线确定所述列车的最优运行速度。根据所述最优运行速度生成计算得到该牵引指令和该牵引级位，再由该输入输出I/O处理单元140根据该牵引指令和该牵引级位生成该牵引信息。该目标停车点指的是列车不能越过的停车点，该目标停车点的位置信息指的是列车不能越过的位置信息。该牵引控制系统30与该电机设备20和该输入输出I/O处理单元140信号连接。该牵引控制系统30用于接收该牵引信息，并根据该牵引信息生成力矩信息，并将该力矩信息发送至该电机设备20，由该电机设备20根据该力矩信息进行列车运行速度控制。在一个可选的实施例中，该主控制单元110和该备用控制单元120之间还可以进行信息同步，以防止该主控制单元110和该备用控制单元120获取到的该电机设备速度信号不同。

该主备切换单元130用于在该主控制单元110和该备用控制单元120之间进行切换。该主备切换单元130与该主控制单元110和该备用控制单元120均信号连接，用于防止该主控制单元110和该备用控制单元120均输出牵引指令和牵引级位，从而造成列车运行控制的不准确。即，该主备切换单元130用于控制在该主控制单元110运行时，该备用控制单元120无法输出牵引指令和牵引级位。该主备切换单元130也用于控制在该备用控制单元120运行时，该主控制单元110无法输出牵引指令和牵引级位。当该主控制单元110输出的牵引指令和牵引级位存在乱码，或者说无法输出牵引指令和牵引级位的故障状况下，该主备切换单元130控制该备用控制单元120运行，并控制该主控制单元110停止运行。在一个可选的实施例中，该主备切换单元130包括继电器组合。

本申请提供的安全型列车控制系统10实质为一安全增强型TCMS系统，该安全型列车控制系统10包括主控制单元110、备用控制单元120、主备切换单元130和输入输出I/O处理单元140。该主备切换单元130用于控制该主控制单元110运行或该备用控制单元120运行，从而该安全型列车控制系统10输出给该牵引控制系统30的牵引信息为确定的一个信息，进而该牵引控制系统30输出给该电机设备20的该力矩信息也是准确的一个信息，不会造成该电机设备20控制该列车运行时出现根据两个指令控制列车运行速度，从而解决了列车运行控制的不准确的问题，提高了列车运行控制的安全性。除此之外，本申请相比于传统方案中使用VOBC、TCMS再加其他控制系统进行列车运行控制的装置，只通过该安全型列车控制系统10，即一个改进的TCMS系统即可实现通过牵引控制系统控制电机设备进行列车运行的速度控制，减少了列车运行的牵引制动控制链路，提升了列车牵引、制动响应时间，提升了列车运行控制的效率。

请一并参见图2，在本申请的一个实施例中，该主控制单元110包括第一处理芯片111和第二处理芯片112。该第一处理芯片111用于与该电机设备20信号连接，以获取该电机设备20的速度信号，根据该速度信号和目标停车点的位置信息确定该EBI曲线，同时根据该EBI曲线确定所述列车的最优运行速度。该第二处理芯片112用于与该电机设备20信号连接，以获取该电机设备20的速度信号，根据该速度信号和目标停车点的位置信息确定该EBI曲线，同时根据该EBI曲线确定所述列车的最优运行速度。该第一处理芯片111通过接口与该第二处理芯片112连接。该第一处理芯片111还用于比较该第一处理芯片111确定的该列车的最优运行速度与该第二处理芯片112确定的该列车的最优运行速度是否相同，若相同，则根据该列车的最优运行速度生成该牵引指令和该牵引级位。或者，该第二处理芯片112还用于，比较该第一处理芯片111确定的该列车的最优运行速度与该第二处理芯片112确定的该列车的最优运行速度是否相同，若相同，则根据该列车的最优运行速度生成该牵引指令和该牵引级位。在一个可选的实施例中，该第一处理芯片111和该第二处理芯片112均为中央处理芯片。该第一处理芯片111和该第二处理芯片112均根据该电机设备20的速度信号和目标停车点的位置信息确定该EBI曲线，同时根据该EBI曲线确定所述列车的最优运行速度，并且根据该列车的最优运行速度生成牵引指令和牵引级位。若该第一处理芯片111和该第二处理芯片112生成的牵引指令和牵引级位相同，则该主控制单元110输出该牵引指令和该牵引级位。

在本申请的一个实施例中，若该第一处理芯片111和该第二处理芯片112确定的该列车的最优运行速度不相同，则该第一处理芯片111或该第二处理芯片112向该主备切换单元130发送主备切换指令，该主备切换指令用于指示该主备切换单元130切换该备用控制单元120投入使用。在一个可选的实施例中，若该第一处理芯片111和该第二处理芯片112确定的该列车的最优运行速度不同，且，若该第一处理芯片111和该第二处理芯片112各自确定的该列车的最优运行速度之间的差值大于或等于预设差值，则确定该主控制单元110出现故障。此时生成该第一处理芯片111或该第二处理芯片112生成该主备切换指令，并将该主备切换指令发送至该主备切换单元130。该主备切换单元130在接收到该主备切换指令后，切换该备用控制单元120开始运行，并使该主控制单元110停止运行。该预设差值可以由工作人员根据实际情况进行设置。通过比较该第一处理芯片111和该第二处理芯片112输出的结果的方法，可以有效提高列车运行控制的安全性。传统方案中进行列车运行控制的装置安全等级为SIL2级，而本实施例提供的安全型列车控制系统10的安全等级可以达到SIL4级。

在本申请的一个实施例中，该安全型列车控制系统10还包括第一入网接口210、第一串行通信接口220、第一安全信号输入接口230、第一安全信号输出接口240和第一测速接口250。该第一入网接口210、该第一串行通信接口220、该第一安全信号输入接口230、该第一安全信号输出接口240和该第一测速接口250均与该主控制单元110信号连接，且与该输入输出I/O处理单元140信号连接。该第一测速接口250用于和该电机设备20连接。该第一入网接口210、该第一串行通信接口220、该第一安全信号输入接口230、该第一安全信号输出接口240和该第一测速接口250均通过背板总线与该输入输出I/O处理单元140信号连接。

在本申请的一个实施例中，该备用控制单元120包括第三处理芯片121和第四处理芯片122。该第三处理芯片121用于与该电机设备20信号连接，以获取该电机设备20的速度信号，根据该速度信号和目标停车点的位置信息确定EBI曲线，同时根据该EBI曲线确定所述列车的最优运行速度的运行速度。该第四处理芯片122用于与该电机设备20信号连接，以获取该电机设备20的速度信号，根据该速度信号和目标停车点的位置信息确定EBI曲线，同时根据该EBI曲线确定所述列车的最优运行速度。该第三处理芯片121通过接口与该第四处理芯片122连接，该第三处理芯片121还用于比较该第三处理芯片121确定的该列车的最优运行速度与该第四处理芯片122确定的该列车的最优运行速度是否相同。若相同，则根据该列车的最优运行速度生成该牵引指令和该牵引级位。或者，该第四处理芯片122还用于比较该第三处理芯片121确定的该列车的最优运行速度与该第四处理芯片122确定的该列车的最优运行速度是否相同，若相同，则根据该列车的最优运行速度生成该牵引指令和该牵引级位。在一个可选的实施例中，该第三处理芯片121和该第四处理芯片122均为中央处理芯片。该第三处理芯片121和该第四处理芯片122均根据该电机设备20的速度信号和目标停车点的位置信息确定EBI曲线，同时根据该EBI曲线确定所述列车的最优运行速度，并且根据该列车的最优运行速度生成牵引指令和牵引级位。若该第三处理芯片121和该第四处理芯片122生成的牵引指令和牵引级位相同，则该主控制单元120输出该牵引指令和该牵引级位。若该第三处理芯片121和该第四处理芯片122确定的列车的最优运行速度不同，且该第三处理芯片121和该第四处理芯片122各自确定的该列车的最优运行速度之间的差值大于或等于该预设差值，则确定该备用控制单元120也出现了运行故障。因为该备用控制单元120是在该主控制单元110故障后切换使用的，因此，若该备用控制单元120也出现运行故障，则需要停止该列车的运行控制，以防止列车运行控制过程中出现危险状况。

在本申请的一个实施例中，该安全型列车控制系统10还包括第二入网接口310、第二串行通信接口320、第二安全信号输入接口330、第二安全信号输出接口340和第二测速接口350。该第二入网接口310、该第二串行通信接口320、该第二安全信号输入接口330、该第二安全信号输出接口340和该第二测速接口350均与该备用控制单元120信号连接，且与该输入输出I/O处理单元140信号连接。该第二测速接口350用于和该电机设备20连接。该第二入网接口310、该第二串行通信接口320、该第二安全信号输入接口330、该第二安全信号输出接口340和该第二测速接口350均通过背板总线与该输入输出I/O处理单元140信号连接。

在本申请的一个实施例中，该安全型列车控制系统10还包括车辆总线接口410、脉冲宽度调制接口420、模拟量输入输出接口430、继电器输出接口440、信号输入接口450和信号输出接口460。该车辆总线接口410、该脉冲宽度调制接口420、该模拟量输入输出接口460、该继电器输出接口440、该信号输入接口450和该信号输出接口460均与该输入输出I/O处理单元140信号连接。该脉冲宽度调制接口420用于连接该牵引控制系统30。该脉冲宽度调制接口420接收该输入输出I/O处理单元140发送的该牵引信息，并将该牵引信息发送至该牵引控制系统30。

传统方案中使用VOBC和TCMS进行列车运行控制时接口数量达到36种，VOBC和TCMS存在部分相同的控制接口，例如列车完整性接口、车门状态接口等。而本申请提供的该安全型列车控制系统10通过将该主控制单元110、该备用控制单元120和该输入输出I/O处理单元130进行整合，减少了在进行列车运行控制时使用的接口数量，将接口的数量降低至18种，降低了列车运行控制的成本。

在本申请的一个实施例中，该安全型列车控制系统10还包括第一电源510和第二电源520。该第一电源510与该主控制单元110连接，该第二电源520与该备用控制单元120连接。该第一电源510和该第二电源520的规格和型号均可以根据实际需要选择，本申请不做限定。

在本申请的一个实施例中，该安全型列车控制系统10还包括自动防护电路610和自动运行电路620。该自动防护电路610与该电机设备20信号连接，用于获取该电机设备20的速度信号，根据目标停车点的位置信息和该速度信号确定该EBI曲线。该自动运行电路620与该自动防护电路610信号连接，用于根据该速度信号和该EBI曲线确定所述列车的最优运行速度，并根据该列车的最优运行速度生成牵引指令和牵引级位。该第一处理芯片111、该第二处理芯片112、该第三处理芯片121和该第四处理芯片122均包括该自动防护电路610和该自动运行电路620。在一个可选的实施例中，该自动防护电路610也可以理解为列车自动防护系统(Automatic Train Protection，简称：ATP)中的电路，该自动运行电路620也可以理解为自动运行系统(Automatic Train Operation，简称ATO)中的电路。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。