列车信号控制系统的制作方法

1.本公开涉及车辆领域，具体地，涉及一种列车信号控制系统。


背景技术：

2.目前，在列车信号控制系统中，通常采用单控制设备或双控制设备对列车进行控制器，但是，无论是单控制设备还是双控制设备，外部设备均需要通过接口连接到控制设备，此外，列车信号控制系统与外部信号交互硬线和连接设备较多，因此，存在外部接口杂乱、布线复杂等问题，不利于维护和检修。


技术实现要素：

3.本公开的目的是提供一种列车信号控制系统，便于信号处理装置的分布式安装，且能够有效降低列车布线的复杂程度。
4.为了实现上述目的，本公开提供一种列车信号控制系统，包括车载控制装置、can通信装置、至少一个信号采集装置和至少一个信号处理装置，其中，所述车载控制装置与所述can通信装置连接，且所述信号采集装置和所述信号处理装置一一对应连接；
5.所述信号采集装置用于采集列车信号；
6.所述信号处理装置与所述can通信装置连接，用于获取目标信号采集装置采集到的所述列车信号，并将所述列车信号转换为能够被所述车载控制装置处理的列车数据，其中，所述目标信号采集装置为与该信号处理装置连接的信号采集装置；
7.所述信号处理装置还用于通过所述can通信装置将所述列车数据发送至所述车载控制装置。
8.可选地，所述至少一个信号采集装置包括位置传感器、速度传感器、列车io信号传输装置、btm天线中的至少一者。
9.可选地，所述信号处理装置包括至少一个信号处理模块，每一所述信号处理模块分别与所述can通信装置连接，且每一所述信号处理模块均能够将从所述目标信号采集装置获取的列车信号转换为所述列车数据；
10.所述信号处理装置用于通过所述can通信装置将目标列车数据发送至所述车载控制装置，所述目标列车发送数据为所述信号处理模块转换出的所述列车数据中的一者
。
11.可选地，所述信号处理装置包括第一信号处理模块、第二信号处理模块和第一控制模块；
12.所述第一控制模块用于控制所述第一信号处理模块和所述第二信号处理模块中的至少一者工作。
13.可选地，所述信号处理模块采用二取二结构。
14.可选地，所述车载控制装置包括至少一个车载控制器，每一所述车载控制器分别与所述can通信装置连接，且每一所述车载控制器均能够对所述目标列车数据进行处理以得到处理结果；
15.所述车载控制装置用于向指定设备发送目标处理结果，所述目标处理结果为所述车载控制器得到的所述处理结果中的一者。
16.可选地，所述车载控制装置包括第一车载控制器、第二车载控制器和第二控制模块；
17.所述第二控制模块用于控制所述第一车载控制器和所述第二车载控制器中的至少一者工作。
18.可选地，所述车载控制器采用二取二结构。
19.可选地，所述can通信装置包括至少一个can通信模块；
20.所述信号处理装置用于通过所述至少一个can通信模块中的一者将所述列车数据发送至所述车载控制装置。
21.可选地，所述can通信模块包括控制总线和监控总线。
22.可选地，所述列车信号控制系统还包括与所述车载控制装置连接的交换机装置，所述交换机装置用于连接列车外部的通信设备或列车外部的系统的通信接口。
23.通过上述技术方案，在列车信号控制系统中设置车载控制装置、can通信装置、信号采集装置和信号处理装置，使信号处理装置对信号采集装置采集到的列车信号进行转换后通过can通信装置发送至车载控制装置。由此，通过设置can通信模块，降低了列车布线的复杂度，并且，通过设置相互独立的信号处理装置，由信号处理装置对相应信号采集装置采集到的数据进行预处理，之后再传输进入车载控制装置，既能够避免信号传输过程中可能存在的干扰，又有利于信号处理装置的分布式安装。
24.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
25.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
26.图1是本公开一实施例提供的列车信号控制系统的示意图；
27.图2是本公开一实施例提供的列车信号控制系统中第一控制模块的一示例性示意图；
28.图3是本公开一实施例提供的信号处理模块的通信数据流框图；
29.图4是本公开另一实施例提供的信号处理模块的通信数据流框图；
30.图5是本公开另一实施例提供的信号处理模块的通信数据流框图；
31.图6示出了本公开提供的列车信号控制系统的一示例性的架构示意图；
32.图7示出了本公开提供的列车信号控制系统的另一示例性的架构示意图。
具体实施方式
33.以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
34.图1是本公开一实施例提供的列车信号控制系统的示意图。如图1所示，列车信号控制系统100可以包括车载控制装置110、can通信装置120、至少一个信号采集装置130和至少一个信号处理装置140，其中，车载控制装置110与can通信装置120连接，且信号采集装置
130和信号处理装置140一一对应连接。
35.信号采集装置130用于采集列车信号；信号处理装置140与can通信装置120连接，用于获取目标信号采集装置采集到的列车信号，并将列车信号转换为能够被车载控制装置110处理的列车数据，其中，目标信号采集装置为与该信号处理装置140连接的信号采集装置；信号处理装置140还用于通过can通信装置120将列车数据发送至车载控制装置110。
36.其中，至少一个信号采集装置130可以包括位置传感器、速度传感器、列车io(input/output，输入/输出)信号传输装置、btm(balise transmission module，应答器传输模块)天线中的至少一者。
37.示例地，若信号采集装置130包括位置传感器，则与位置传感器连接的信号处理装置140(后文称为位置信号处理装置)用于对位置传感器采集到的信号进行处理。位置传感器可以为毫米波雷达和/或gps(global positioning system，全球定位系统)，用于采集位置信号，位置信号处理装置用于将该位置信号转换为位置信息。
38.再例如，若信号采集装置130包括速度传感器，则与速度传感器连接的信号处理装置140(后文称为速度信号处理装置)用于对速度传感器采集到的信号进行处理。速度传感器可以采集方波信号和/或惯性信号，速度信号处理装置用于基于已有算法根据速度传感器采集到的信号确定列车的速度信息、列车的倾斜状态(例如，上坡、下坡)、列车车轮是否存在打滑等。
39.再例如，若信号采集装置130包括列车io信号传输装置，则与列车io信号传输装置连接的信号处理装置140(后文称为io处理装置)用于对列车io信号传输装置获得的信号进行处理。列车io信号传输装置可以采集与列车状态有关的信号(例如，车门状态、控制列车紧急制动及反馈状态)，io处理装置根据列车io信号传输装置采集到的信号确定列车状态信息。其中，io处理装置可以根据列车io的数量灵活配置。
40.再例如，若信号采集装置130包括btm天线，则与btm天线连接的信号处理装置140(后文称为btm)用于对btm天线采集到的信号进行处理。btm天线经过地面应答器时所采集到的信号，btm可以将其实时转换并传送给车载控制装置110。
41.可选地，信号处理装置140包括至少一个信号处理模块，每一信号处理模块分别与can通信装置120连接，且每一信号处理模块均能够将从目标信号采集装置获取的列车信号转换为列车数据；信号处理装置140用于通过can通信装置120将目标列车数据发送至车载控制装置110，目标列车数据为信号处理模块转换出的列车数据中的一者。
42.当信号处理装置140仅包括一个信号处理模块时，该信号处理模块用于执行信号处理装置140应执行的相关操作，即，将从目标信号采集装置获取的列车信号转换为列车数据，此时，该列车数据就是目标列车数据。进而，信号处理装置140可以通过can通信装置120将该目标列车数据发送至车载控制装置110。
43.当信号处理装置140包括两个或两个以上的信号处理模块时，这些信号处理模块互为冗余。实际运行时，可以仅通过这些信号处理模块中的一者执行信号处理装置140应执行的相关操作，即，由信号处理模块中的一者将从目标信号采集装置获取的列车信号转换为列车数据(而其他信号处理模块无需做上述处理)，此时，该列车数据就是目标列车数据，进而，信号处理装置140可以通过can通信装置120将该目标列车数据发送至车载控制装置110；或者，也可以由每一信号处理模块分别执行信号处理装置140应执行的操作，但仅从操
作得到的结果中选择一者用于后续处理，同时忽略掉其他的结果，即，每一信号处理模块均将从目标信号采集装置获取的列车信号转换为列车数据，从得到的多个列车数据中选择一者作为目标列车数据，进而，信号处理装置140可以通过can通信装置120将该目标列车数据发送至车载控制装置110。
44.由此，即便某个信号处理模块出现故障，信号处理装置140需要执行的操作仍然能够正常完成，进而能够提升信号处理装置140的稳定性。
45.可选地，信号处理装置140可以包括第一信号处理模块、第二信号处理模块和第一控制模块；第一控制模块用于控制第一信号处理模块和第二信号处理模块中的至少一者工作。
46.在一种可能的实施例中，响应于信号处理装置140获取到目标信号采集装置采集到的列车信号，第一控制模块可以控制第一信号处理模块和第二信号处理模块中的一者工作，即，提供第一控制模块，在第一信号处理模块和第二信号处理模块中的一者工作时禁止另一者工作。
47.示例地，第一控制模块可以采用安全继电器互锁的方式实现。示例地，第一控制模块可以如图2所示，第一控制模块包括第一继电器k1和第二继电器k2，第一继电器k1和第二继电器k2中均设置有常闭触点、常开触点和线圈，并且，第一控制端c1、第二控制端c2连接第一信号处理模块，第三控制段d1、第四控制端d2连接第二信号处理模块。当第一信号处理模块工作时，第一控制端c1、第二控制端c2的控制信号有效，第一继电器k1线圈驱动，第一继电器k1的常开触点闭合、常闭触点断开，第二继电器k2的线圈无法驱动，导致第二信号处理模块无法工作；当第二信号处理模块工作时，第三控制端d1、第四控制端d2的控制信号有效，第二继电器k2线圈驱动，第二继电器k2的常开触点闭合、常闭接点断开，第一继电器k1的线圈无法驱动，导致第一信号处理模块无法工作。
48.这样，通过互锁的方式，使得多个信号处理模块能够自动地被约束为在同一时间仅有一者处于工作状态，无需车载控制装置进行控制，从而能够有效减少车载控制装置的压力。
49.在另一种可能的实施例中，响应于信号处理装置140获取到目标信号采集装置采集到的列车信号，第一控制模块可以控制第一信号处理模块、第二信号处理模块均工作，并从第一信号处理模块得到的列车数据和第二信号处理模块得到的列车数据中选择一者作为目标列车数据，同时忽略掉另一者。
50.可选地，信号处理模块可以采用二取二结构。二取二指的是，利用两套相同的计算单元(例如，cpu)同时运算，并比较两计算单元的运算结果，基于运算结果进行表决，运算结果一致(即，表决通过)后才会判定有效。
51.举例来说，若上文所述的速度信号处理装置采用二取二结构，同时，车载控制装置110也采用二取二结构，其通信数据流框图可以如图3所示，流程如下：
52.速度信号处理装置中的第一cpu(central processing unit，中央处理器)通过采集电路1采集速度传感器的输入信号，并对输入信号进行ad转换(即，模数转换)处理；第一cpu固件读取本通道速度传感器脉冲计数值和速度传感器相位；
53.速度信号处理装置中的第二cpu通过采集电路2采集速度传感器的输入信号，并对输入信号进行ad转换处理；第二cpu固件读取本通道速度传感器脉冲计数值和速度传感器
相位；
54.速度信号处理装置中的第一cpu和第二cpu交换脉冲计数值和相位；第一cpu固件和第二cpu固件比较脉冲计数值和相位；各自对数据封装安全协议，之后，第一cpu和第二cpu对封装后的数据进行交换，交换后这两个cpu都同时持有对方数据和本方数据，可以对数据进行表决；
55.速度信号处理装置中的第一cpu和第二cpu交换表决结果，二者均表决通过后，第一cpu将数据通过can总线发送给车载控制装置110；
56.第二cpu实时监控这两个cpu的数据交换过程和表决过程，第二cpu将数据通过can监控总线发送给车载控制装置110(即，车载控制装置110的主控部分)；
57.车载控制装置110的第三cpu读取can接收缓冲区，得到数据包；
58.车载控制装置110的第四cpu读取can接收缓冲区，得到监控数据包；
59.车载控制装置110的第三cpu将数据包发送至通道2，以使通道1和通道2的cpu都有得到数据包。
60.在图3所示内容的基础上，还可以有其他变形(例如，速度信号处理装置包含两个处理模块，其中每一处理模块用于执行与上文中速度信号处理装置同样的操作；再例如，车载控制装置110包括主系控制单元和备系控制单元，其中每一控制单元用于执行与上文中车载控制装置110同样的操作)，本公开对此不限定。
61.除此之外，位置信号处理装置、io处理装置、btm的通信数据流与速度信号处理装置相似，此处不再赘述。
62.需要说明的是，io处理装置包括数字输入量(di)部分和数字输出量(do)部分，下面将分别通过两部分阐述这两个部分的通信数据流。
63.对于数字输入量部分，如图4所示：
64.io处理装置di部分中，第五cpu通过采集电路3采集输入信号；
65.第六cpu通过采集电路4采集输入信号；
66.第五cpu和第六cpu交换采集到的输入信号；cpu固件比较两通道采集的输入信号，对输入信号进行滤波处理，比较两通道采集到的信息是否一致；第五cpu和第六cpu各自对输入数据封装安全协议，并对封装后的数据进行交换，此后第五cpu和第六cpu都持有对方数据和本方数据，可以对数据进行表决；
67.第五cpu和第六cpu交换表决结果，均表决通过后，第五cpu将数据通过can总线发送给车载控制装置110(即，车载控制装置110的主控部分)；
68.第六cpu实时监控第五cpu和第六cpu的数据交换过程和表决过程，第六cpu将数据通过can监控总线发送给，车载控制装置110的主控部分；
69.车载控制装置110的第三cpu读取can接收缓冲区，得到控制数据包；
70.车载控制装置110的第四cpu读取can接收缓冲区，得到监控数据包；
71.车载控制装置110的第三cpu将数据包发送至通道2，以使通道1和通道2的cpu都有得到数据包。
72.对于数字输出量部分，如图5所示：
73.车载控制装置110的第三cpu和第四cpu进行逻辑运算，产生输出数据包，各自输出数据包封装安全协议，之后，两个cpu进行数据交换，并表决；
74.若表决通过，车载控制装置110的第三cpu发送数据至can总线；
75.车载控制装置110的第四cpu读取can接收缓冲区，得到监控数据包；
76.io处理装置do部分中，第七cpu读取数据；
77.第八cpu实时监控两个cpu的数据交换过程和表决过程，第八cpu将数据通过can监控总线发送给车载控制装置110的主控部分；
78.第七cpu1发送数据至第八cpu，cpu固件解析do输出命令，并将解析后的命令信息打包，准备与邻通道cpu进行交换，之后，两通道cpu交换数据并进行表决；
79.表决通过后，两通道固件解析do命令信息，通过写寄存器方式写入fpga1(或fpga2)，由fpga1(或fpga2)控制输出脉冲信号。
80.同样地，在图4、5所示内容的基础上，还可以有其他变形(例如，io处理装置包含两个处理模块，其中每一处理模块用于执行与上文中di部分或do部分同样的操作；再例如，车载控制装置110包括主系控制单元和备系控制单元，其中每一控制单元用于执行与上文中车载控制装置110同样的操作)，本公开对此不限定。
81.由此，通过上述信号数据流方案，增加信号采集装置的信号监控功能和信号处理装置的信息监控功能，能够实时监控信号数据及其表决过程，实现输出输出信号过程监控，同时，对信号处理装置的信息监控便于信号数据流相关问题的分析。
82.可选地，车载控制装置110可以包括至少一个车载控制器，每一车载控制器分别与can通信装置120连接，且每一车载控制器均能够对目标列车数据进行处理以得到处理结果；车载控制装置110用于向指定设备发送目标处理结果，目标处理结果为车载控制器得到的处理结果中的一者。
83.其中，指定设备为目标处理结果的数据接收方，举例来说，若目标处理结果用于指示车辆制动，则指定设备可以为车辆的制动系统。
84.当车载控制装置110仅包括一个车载控制器时，该车载控制器用于执行车载控制装置110应执行的相关操作，即，对目标列车数据进行处理以得到处理结果，此时，该处理结果就是目标处理结果。进而，车载控制装置110可以向指定设备发送该目标处理结果。
85.当车载控制装置110包括两个或两个以上车载控制器时，这些车载控制器互为冗余。实际运行时，可以仅通过这些车载控制器中的一者执行车载控制装置110应执行的相关操作，即，由车载控制器中的一者对目标列车数据进行处理，得到处理结果(而其他车载控制器无需做上述处理)，此时，该处理结果就是目标处理结果，进而，车载控制装置110可以向指定设备发送该目标处理结果；或者，也可以由每一车载控制器分别执行车载控制装置110应执行的相关操作，但仅从操作得到的结果中选择一者用于后续处理，同时忽略掉其他结果，即，每一车载控制器均对目标列车数据进行处理得到处理结果，从得到的多个处理结果中选择一者作为目标处理结果，进而，车载控制装置110可以向指定设备发送该目标处理结果。
86.由此，即便某个车载控制器出现故障，车载控制装置110需要执行的操作仍然能够正常完成，进而能够提升车载控制装置110的稳定性。
87.可选地，车载控制装置110可以包括第一车载控制器、第二车载控制器和第二控制模块；第二控制模块用于控制第一车载控制器和第二车载控制器中的至少一者工作。
88.在一种可能的实施方式中，响应于车载控制装置110获取到目标列车数据，第二控
制模块可以控制第一车载控制器和第二车载控制器中的一者工作，即，提供第二控制模块，使车载控制装置110中的第一车载控制器、第二车载控制器中仅有一者工作，而另一者无需工作。
89.示例地，第二控制模块可以采用安全继电器互锁的方式实现，具体设计方式可以参考第一控制模块，此处不再赘述。
90.在另一种可能的实施例中，响应于车载控制装置110获取到目标列车数据，第二控制模块可以控制第一车载控制器、第二车载控制器均工作，并从第一车载控制器得到的处理结果和第二车载控制器得到的处理结果中选择一者作为目标处理结果，同时忽略掉另一者。
91.可选地，车载控制器可以采用二取二结构，也就是在车载控制器内设置两个计算单元(例如，cpu)，并在数据传输过程中进行表决，在前文中已有相关介绍，此处不赘述。车载控制器的二取二结构可以参考图3、4、5中车辆控制装置的结构。
92.示例地，车载控制器可以选用vobc(vehicle on-board controller，车载控制器)。
93.可选地，can通信装置120可以包括至少一个can通信模块；信号处理装置140用于通过至少一个can通信模块中的一者将列车数据发送至车载控制装置110。
94.在can通信装置120仅包括一个can通信模块的情况下，由该can通信模块执行can通信装置120需执行的相关操作。
95.在can通信装置120包括两个或两个以上can通信模块的情况下，这些can通信模块互为冗余，即便存在故障的can通信模块，仍可以由其他未出现故障的can通信模块执行相关功能。由此，能够提升can总线数据传输的稳定性。
96.可选地，can通信模块可以包括控制总线和监控总线。通过设置控制总线和监控总线，主、备系(即，车载控制装置110包含两个车载控制器、信号处理装置140包含两个信号处理模块)可以通过cpu之间的同步线进行同步，主要可以分为控制数据同步和监控数据同步。
97.控制数据同步的步骤可以如下：
98.主系cpu1通过控制总线得到数据；
99.主系cpu1通过fpga同步数据到cpu2；
100.主系cpu1和cpu2各自对通信数据报文进行组包；
101.主系cpu1和cpu2对报文进行表决；
102.若表决通过，由cpu1输出数据到与备系cpu1连接的以太网口；若表决失败，主系宕机(备系输出)；
103.备系cpu3得到主系cpu1输出数据报文；
104.备系cpu3通过fpga同步数据报文到cpu4；
105.至此，备系cpu3和cpu4均得到主系输出的通信报文，同理，主系也可得到备系输出的通信报文。
106.监控数据同步的步骤可以如下：
107.主系cpu2通过控制总线得到信息；
108.主系cpu2通过fpga同步信息到cpu1；
109.主系cpu1和cpu2对数据交换和表决过程监控，并进行信息监控；
110.主系cpu2输出监控数据到备系cpu4；
111.备系cpu4通过fpga同步数据报文到cpu3；
112.同理，主系也可得到备系输出的数据报文。
113.可选地，列车信号控制系统100还可以包括与车载控制装置110连接的交换机装置，交换机装置用于连接列车外部的通信设备或列车外部的系统的通信接口。
114.其中，列车外部的通信设备可以为车载tau(train access unit，车载接入单元)。列车外部的系统可以包括tcms(train control and management system，列车控制和管理系统)、dmi(driver-machine interface，司机用户界面)。
115.示例地，主系车载控制器的网口a1和备系车载控制器的网口b1通可以过交换机sw连接至第一tau，再通过第一tau接入至安全网，实现与外部系统的通信。同理，主系车载控制器的网口a2和备系车载控制器的网口b2可以通过交换机sw连接至第二tau，再通过第二tau接入至安全网，实现与外部系统的通信。
116.示例地，图6示出了本公开提供的列车信号控制系统的架构示意图，其中，车载控制装置仅包含一个车载控制器vobc。再例如，图7示出了本公开提供的列车信号控制系统的架构示意图，其中，车载控制装置包含两个车载控制器vobc，可以分别设置于列车的车头、车尾。
117.通过上述技术方案，在列车信号控制系统中设置车载控制装置、can通信装置、信号采集装置和信号处理装置，使信号处理装置对信号采集装置采集到的列车信号进行转换后通过can通信装置发送至车载控制装置。由此，通过设置can通信模块，降低了列车布线的复杂度，并且，通过设置相互独立的信号处理装置，由信号处理装置对相应信号采集装置采集到的数据进行预处理，之后再传输进入车载控制装置，既能够避免信号传输过程中可能存在的干扰，又有利于信号处理装置的分布式安装。
118.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
119.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
120.此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。