CN110471343A - 胶轮有轨电车的网络监控*** - Google Patents

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梁永瑞
赵豆
梁海刚
王昉立
张利娟
赵芳
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Abstract

本发明涉及胶轮有轨电车，具体为胶轮有轨电车的网络监控***。解决现有胶轮有轨电车的网络监控***所用网络***成本高的问题。本发明整个网络控制***采用CAN总线网络，司机室显示单元DDU与车辆控制单元VCU之间采用Ethernet通信。车辆控制单元VCU是整车控制网络的大脑和核心，将三条（以太网、CAN2.0B总线、CANopen总线）网络总线上的各个子***从节点有机的结合在一起。车辆控制单元VCU通过CAN总线网络可对各个子***进行故障保护和记录，将故障数据实时显示在司控室显示单元DDU上。CAN总线具备有很高的网络安全性、通信可靠性和实用性，简单实用，网络成本低，降低了胶轮有轨电车的造价。

Description

胶轮有轨电车的网络监控***
技术领域
本发明涉及胶轮有轨电车，具体为胶轮有轨电车的网络监控***。
背景技术
随着我国各大城市的快速发展，城市人口更加密集，城市边际越来越远，特别是一些诸如卫星城、经济开发区、旅游娱乐区、生活社区的不断增加，更加需要快速、准时、大运量、高效率、高密度、污染小的新型交通工具。
胶轮有轨电车应运而生，其属于现代有轨电车的一种模式，依靠导轨导向，胶轮走行。它以其独特的导向方式、较低的建设成本、灵活的运营模式等诸多优点受到国内外新型城市的青睐。采用“中央单轨导向+橡胶轮胎走行”的新型胶轮路轨***车辆的研究在我国尚属较新领域。其特点包括100%低地板设计增强乘坐舒适性；独特的中央单轨导向技术实现车辆的运行和导向；橡胶轮胎承载、驱动提升车辆的运行品质；特殊的路轨建设在对原有建筑环境最小破坏的前提下，实现公共交通道路利用的最优化；铰接式模块化设计实现车辆灵活编组，适应复杂的线路环境等。
现有胶轮有轨电车的网络监控***采用多功能车辆总线（MultifunctionVehicle Bus，简称MVB总线）网络***，但MVB网络***成本高，增加了胶轮有轨电车的造价，影响胶轮有轨电车的普及应用。
发明内容
本发明解决现有胶轮有轨电车的网络监控***所用网络***成本高的问题，提供一种胶轮有轨电车的网络监控***。该网络监控***采用三种不同的网络总线形式实现各个子***之间的信息交互。
本发明是采用如下技术方案实现的：胶轮有轨电车的网络监控***，包括位于第一机车司控室内的控制按钮、踏板，第一远程输入输出单元RIOM1，第一机车车辆控制单元VCU1，第一机车司机显示单元DDU1，第一机车制动控制单元BECU1，车厢空气弹簧子***ECAS-ECU，第一机车牵引辅助控制单元TACU1，第一机车空调，车厢空调，第一机车车门，车厢车门，电池管理***BMS，第一以太网交换机M1；第一机车司控室内的控制按钮、踏板经导线（硬线）与第一远程输入输出单元RIOM1相连；第一以太网交换机M1，将第一机车司机显示单元DDU1、第一远程输入输出单元RIOM1与第一机车车辆控制单元VCU1通过以太网连接，实现数据交互；第一机车车辆控制单元VCU1、第一机车制动控制单元BECU1、车厢空气弹簧子***ECAS-ECU经CAN2.0B总线连接（第一机车制动控制单元BECU1、车厢空气弹簧子***ECAS-ECU通过CAN2.0B总线接入第一机车车辆控制单元VCU1控制网络）；第一机车车辆控制单元VCU1、第一机车车门、车厢车门、第一机车牵引辅助控制单元TACU1、第一机车空调、车厢空调、电池管理***BMS经CANopen总线连接（第一机车车门、车厢车门、第一机车牵引辅助控制单元TACU1、第一机车空调、车厢空调、电池管理***BMS通过CANopen总线接入第一机车车辆控制单元VCU1控制网络）。
进一步地，还包括位于第二机车司控室内的控制按钮、踏板，第二远程输入输出单元RIOM2，第二机车车辆控制单元VCU2，第二机车司机显示单元DDU2，第二机车制动控制单元BECU2，第二机车牵引辅助控制单元TACU2，第二机车空调，第二机车车门，第二以太网交换机M2；第二机车司控室内的控制按钮、踏板经导线（硬线）与第二远程输入输出单元RIOM2相连；第二以太网交换机M2、第二机车司机显示单元DDU2、第二远程输入输出单元RIOM2、第二机车车辆控制单元VCU2接入第一以太网交换机M1所在的以太网；第二机车车辆控制单元VCU2、第二机车制动控制单元BECU2接入CAN2.0B总线；第二机车车辆控制单元VCU2、第二机车车门、第二机车牵引辅助控制单元TACU2、第二机车空调接入CANopen总线。
远程输入输出单元RIOM能够将司控室内的控制按钮、踏板的操作转化为网络数据并经以太网传输给车辆控制单元VCU执行相应的控制功能，同时也能将车辆控制单元VCU发送的网络命令转换为电压或电流信号驱动相应的接触器或继电器动作，从而实现控制功能。而且其中的输入输出子模块可根据实际需要灵活增减。司机显示单元DDU，通过以太网与车辆控制单元VCU进行数据交互，实现整车控制子***运行状态及参数的显示、故障记录与存储等功能。车辆控制单元VCU分别经CAN2.0B总线、CANopen总线实时采集制动控制单元BECU、车厢空气弹簧子***ECAS-ECU、机车车门、车厢车门、牵引辅助控制单元TACU、机车空调、车厢空调、电池管理***BMS的工作状态，结合司控室内的控制按钮、踏板的操作并通过控制逻辑算法分别经CAN2.0B总线、CANopen总线向相应子***发出控制指令，保证整车安全、平稳运行。
更进一步，第一机车牵引辅助控制单元TACU1经导线（硬线）与第一远程输入输出单元RIOM1相连，第一机车制动控制单元BECU1经导线（硬线）与第一远程输入输出单元RIOM1相连；这样，在第一机车牵引辅助控制单元TACU1、第一机车制动控制单元BECU1分别经CANopen总线、CAN2.0B总线与第一机车车辆控制单元VCU1实现数据交互的同时，还分别经导线、第一远程输入输出单元RIOM1和以太网实现与第一机车车辆控制单元VCU1的数据交互，从而实现第一机车牵引辅助控制单元TACU1、第一机车制动控制单元BECU1的冗余控制，提高运行可靠性。同样地，第二机车牵引辅助控制单元TACU2经导线（硬线）与第二远程输入输出单元RIOM2相连，第二机车制动控制单元BECU2经导线（硬线）与第二远程输入输出单元RIOM2相连，以实现第二机车牵引辅助控制单元TACU2和第二机车制动控制单元BECU2的冗余控制。
本发明整个网络控制***采用CAN总线网络，使用符合CiA301规范的CANopen通讯协议，司机室显示单元与车辆控制单元VCU之间采用Ethernet通信。将整车各个子***的工作状态及运行参数显示在司控室显示单元DDU上，辅助司机合理有效地进行操作。车辆控制单元VCU通过CAN总线网络可对各个子***进行故障保护和记录，将故障数据实时显示在司控室显示单元DDU上。同时，先进的CANopen通信协议确保了整车控制网络中CANopen主站与从站之间控制信息高效可靠的传输，从而大大提高了整车运行的可靠性和安全性能 。CAN总线具备有很高的网络安全性、通信可靠性和实用性，简单实用，网络成本低，降低了胶轮有轨电车的造价。
车辆控制单元VCU是整车控制网络的大脑和核心，将三条（以太网、CAN2.0B总线、CANopen总线）网络总线上的各个子***从节点有机的结合在一起，控制整车实现高效、安全可靠运行。这样既可以充分利用车辆控制单元VCU的硬件接口资源，而且也能降低网络总线上的负载率，提高网络数据传输的可靠性。同时，此总线型网络结构简单，可扩充性好。当需要增加节点时，只需要在总线上增加一个分支接口便可与分支节点相连，使用的电缆少（CANH和CANL两根线缆即可），安装容易，使用的设备相对简单可靠性高。
本发明成功应用于国内某景区的旅游观光用胶轮导轨电车上。该胶轮有轨电车网络***通过网络控制和硬线控制实现整车冗余控制，在保证其安全可靠运行的同时，降低司机的劳动强度，满足用户的实际需求，获得用户的肯定，取得了良好的经济和社会效益。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
胶轮有轨电车的网络监控***，包括位于第一机车司控室内的控制按钮、踏板，第一远程输入输出单元RIOM1，第一机车车辆控制单元VCU1，第一机车司机显示单元DDU1，第一机车制动控制单元BECU1，车厢空气弹簧子***ECAS-ECU，第一机车牵引辅助控制单元TACU1，第一机车空调，车厢空调，第一机车车门，车厢车门，电池管理***BMS，第一以太网交换机M1；第一机车司控室内的控制按钮、踏板经导线（硬线）与第一远程输入输出单元RIOM1相连；第一以太网交换机M1，将第一机车司机显示单元DDU1、第一远程输入输出单元RIOM1与第一机车车辆控制单元VCU1通过以太网连接，实现数据交互；第一机车车辆控制单元VCU1、第一机车制动控制单元BECU1、车厢空气弹簧子***ECAS-ECU经CAN2.0B总线连接；第一机车车辆控制单元VCU1、第一机车车门、车厢车门、第一机车牵引辅助控制单元TACU1、第一机车空调、车厢空调、电池管理***BMS经CANopen总线连接。
还包括位于第二机车司控室内的控制按钮、踏板，第二远程输入输出单元RIOM2，第二机车车辆控制单元VCU2，第二机车司机显示单元DDU2，第二机车制动控制单元BECU2，第二机车牵引辅助控制单元TACU2，第二机车空调，第二机车车门，第二以太网交换机M2；第二机车司控室内的控制按钮、踏板经导线（硬线）与第二远程输入输出单元RIOM2相连；第二以太网交换机M2、第二机车司机显示单元DDU2、第二远程输入输出单元RIOM2、第二机车车辆控制单元VCU2接入第一以太网交换机M1所在的以太网；第二机车车辆控制单元VCU2、第二机车制动控制单元BECU2接入CAN2.0B总线；第二机车车辆控制单元VCU2、第二机车车门、第二机车牵引辅助控制单元TACU2、第二机车空调接入CANopen总线。
第一机车牵引辅助控制单元TACU1经导线（硬线）与第一远程输入输出单元RIOM1相连，第一机车制动控制单元BECU1经导线（硬线）与第一远程输入输出单元RIOM1相连；这样，在第一机车牵引辅助控制单元TACU1、第一机车制动控制单元BECU1分别经CANopen总线、CAN2.0B总线与第一机车车辆控制单元VCU1实现数据交互的同时，还分别经导线、第一远程输入输出单元RIOM1和以太网实现与第一机车车辆控制单元VCU1的数据交互，从而实现第一机车牵引辅助控制单元TACU1、第一机车制动控制单元BECU1的冗余控制，提高运行可靠性。同样地，第二机车牵引辅助控制单元TACU2经导线（硬线）与第二远程输入输出单元RIOM2相连，第二机车制动控制单元BECU2经导线（硬线）与第二远程输入输出单元RIOM2相连，以实现第二机车牵引辅助控制单元TACU2和第二机车制动控制单元BECU2的冗余控制。
车辆控制单元VCU采集司控室各种扳键开关、控制按钮等控制车门、空调、空气弹簧等子***工作状态。同时实时采集牵引、辅助、制动单元等子***的工作状态，通过控制逻辑算法保证整车安全、平稳运行。牵引辅助控制单元TACU中的牵引***根据司控室牵引加速踏板的模拟输入为整车提供对应的牵引力和电制动力；辅助***根据需求为整车提供牵引电机运行、辅助照明、客室座椅电加热、整车控制以及散热风机等电能供应。制动控制***根据司控室制动脚踏板的输入，分别执行第一行程的空电联合制动和第二行程的纯空气制动，为车辆运行提供可靠的制动保障。空气弹簧控制单元ECAS-ECU可根据司机的选择，通过转向架上的气囊自动调节车体高度以满足各车站站台高度，实现无障碍通行。每个司控室均安装有一台司机显示单元DDU，与车辆控制单元VCU通过以太网连接，能够显示整车各个子***的状态和运行参数，记录、存储和查询各个***故障数据，实现故障诊断，帮助司机快速有效解决问题。同时DDU程序中设计有无人警惕控制逻辑，防止司机因疲劳驾驶带来的安全隐患。
该胶轮导轨电车网络监控***的核心就是CANopen总线协议，除了CANopen协议具有较高的稳定性、实时性、抗干扰性外，最主要就是CANopen网络采用主从控制模式，CANopen网络为了稳定可靠可控，网络中设置有一个网络管理主机NMT-Master，所有节点的启动停止均由其控制。CANopen对象字典(OD: Object Dictionary)是CANopen协议最为核心的概念。对象字典就是一个有序的对象组，描述了对应CANopen节点的所有参数，包括通讯数据的存放位置也列入其索引。CANopen 的每一个节点都维护了一个状态机，该状态机的状态决定了该节点当前支持的通讯方式以及节点行为。初始化时，从站节点将根据主站报文内容设置自身参数和CANopen对象字典，发出节点启动报文，并不接收任何网络报文。初始化完成后，自动进入预运行状态。在该状态，节点等待主站的网络命令，接收主站的配置请求。

Claims (6)

1.一种胶轮有轨电车的网络监控***，包括位于第一机车司控室内的控制按钮、踏板，第一远程输入输出单元RIOM1，第一机车车辆控制单元VCU1，第一机车司机显示单元DDU1，第一机车制动控制单元BECU1，车厢空气弹簧子***ECAS-ECU，第一机车牵引辅助控制单元TACU1，第一机车空调，车厢空调，第一机车车门，车厢车门，电池管理***BMS，第一以太网交换机M1；其特征在于，第一机车司控室内的控制按钮、踏板经导线与第一远程输入输出单元RIOM1相连；第一以太网交换机M1，将第一机车司机显示单元DDU1、第一远程输入输出单元RIOM1与第一机车车辆控制单元VCU1通过以太网连接，实现数据交互；第一机车车辆控制单元VCU1、第一机车制动控制单元BECU1、车厢空气弹簧子***ECAS-ECU经CAN2.0B总线连接；第一机车车辆控制单元VCU1、第一机车车门、车厢车门、第一机车牵引辅助控制单元TACU1、第一机车空调、车厢空调、电池管理***BMS经CANopen总线连接。
2.根据权利要求1所述的胶轮有轨电车的网络监控***，其特征在于，还包括位于第二机车司控室内的控制按钮、踏板，第二远程输入输出单元RIOM2，第二机车车辆控制单元VCU2，第二机车司机显示单元DDU2，第二机车制动控制单元BECU2，第二机车牵引辅助控制单元TACU2，第二机车空调，第二机车车门，第二以太网交换机M2；第二机车司控室内的控制按钮、踏板经导线与第二远程输入输出单元RIOM2相连；第二以太网交换机M2、第二机车司机显示单元DDU2、第二远程输入输出单元RIOM2、第二机车车辆控制单元VCU2接入第一以太网交换机M1所在的以太网；第二机车车辆控制单元VCU2、第二机车制动控制单元BECU2接入CAN2.0B总线；第二机车车辆控制单元VCU2、第二机车车门、第二机车牵引辅助控制单元TACU2、第二机车空调接入CANopen总线。
3.根据权利要求1所述的胶轮有轨电车的网络监控***，其特征在于，第一机车牵引辅助控制单元TACU1经导线与第一远程输入输出单元RIOM1相连。
4.根据权利要求3所述的胶轮有轨电车的网络监控***，其特征在于，第一机车制动控制单元BECU1经导线与第一远程输入输出单元RIOM1相连。
5.根据权利要求2所述的胶轮有轨电车的网络监控***，其特征在于，第一机车牵引辅助控制单元TACU1经导线与第一远程输入输出单元RIOM1相连；第二机车牵引辅助控制单元TACU2经导线与第二远程输入输出单元RIOM2相连。
6.根据权利要求5所述的胶轮有轨电车的网络监控***，其特征在于，第一机车制动控制单元BECU1经导线与第一远程输入输出单元RIOM1相连；第二机车制动控制单元BECU2经导线与第二远程输入输出单元RIOM2相连。
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