CN206086762U - 轨道车辆及其列车通信网络*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种列车通信网络(TCN)***以及具有该TCN***的轨道车辆。该TCN***包括：第一多功能车辆总线(MVB1)，其连接到各个车厢中与列车牵引、列车制动或列车安全相关的控制单元；第二多功能车辆总线(MVB2)，其连接到各个车厢中与列车牵引、列车制动或列车安全无关的单元；其中，所述第一多功能够车辆总线(MVB1)和第二多功能车辆总线(MVB2)均连接到所述轨道车辆的一个车辆控制单元(VCU)。

Description

轨道车辆及其列车通信网络***

技术领域

本实用新型总体涉及轨道车辆，尤其涉及一种轨道车辆上使用的列车通信***。

背景技术

随着中国城镇化的快速发展、城市人口的直线上升，城际、城市轨道交通因其效率高、乘客的承载能力强且对环境影响小等因素而逐步成为城镇居民的重要交通工具。城际、城市轨道交通目前已经演变为采用电力驱动的轨道车辆，例如城际列车、地铁、城铁和轻轨等。

典型的电力驱动的轨道车辆通常采用列车通信网络(TCN：Train CommunicationNetwork)***进行控制。TCN***特别适用于实现轨道车辆运行的彼此连接和控制。TCN例如可以包括多功能车辆总线(MVB：Multifunction Vehicle Bus)和绞线式列车总线(WTB)。WTB主要用于列车级通信，特别适用于车辆间的通信以及在运营过程中车辆的动态编组。MVB是一种主要用于车辆内部的通信总线，其主要在具有互操作性和互换性要求的互连设备之间传递数据和信号。对于那些具有相同结构的列车且不需要动态编组的情况而言，TCN***中就不需要WTB总线，而是由贯穿所有车厢(Car/Coach)的MVB构成各车厢之间的通信媒介。MVB因其具有高实时性和高可靠性而广为应用于轨道车辆中。

图1示例性地示出了一种列车及其TCN***的示意图。根据需要，列车可以包括更多节车厢。一个列车可以包括例如至少一个带受电弓的动车Mp、至少一个带司机室的拖车Tc，还可以包括不带受电弓的动车M和/或普通拖车T。图1的上部示例性地示出一个6节车厢编组的列车，其头尾分别为两个带司机室的拖车Tc，两个带受电弓的动车Mp分别紧邻两个Tc，中间是两个不带受电弓的动车M，从而形成Tc-Mp-M-M-Mp-Tc的编组形式。简便起见，图1中仅仅示出了该6节编组列车中两节彼此相连的动车M和Mp车厢内的TCN***的示意图。

在图1所示的列车内，TCN***包括贯穿各个车厢的MVB总线，各个控制单元或设备均连接到该MVB总线上。具体地，TCN***的设备主要包括一个贯穿各个车厢的MVB主干线MVB_B、位于各个车厢内的连接到该MVB_B上的中继器R、每节车厢内连接到中继器R的车厢内MVB总线MVB_C。中继器R用于连接各个MVB区段，完成信号转发功能。列车上的各个控制设备，例如牵引控制单元TCU、制动控制单元BCU、主门控器MDCU、车厢内的暖通空调***HVAC、逆变器***APS等均连接到MVB总线上，并经MVB总线传递控制信号或数据，从而实现基于网络的分布式控制。图1中还示出了传统的连接各个车厢的一个列车公共连接线Train_Line，其可以在MVB总线故障时依然提供最基础的信号通信。但是，由于Train_Line的通信能力有限，其上并不能传递复杂的数据和控制信号。

如图1所示，所有设备或控制单元都连接到同一个MVB总线上。也就是说，与牵引、制动或列车安全相关的重要控制信号，以及涉及例如暖通空调和门控的普通控制信号一同在同一个MVB总线上传递。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种轨道车辆中使用的列车通信网络***，其能够增强轨道车辆上重要控制信号(例如驱动/牵引、制动、安全等)的可靠性，并提供对这些重要控制信号的优先处理。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种用于轨道车辆的列车通信网络***，其特征在于，包括：第一多功能车辆总线，其连接到各个车厢中与列车牵引、列车制动或列车安全相关的控制单元；第二多功能车辆总线，其连接到各个车厢中与列车牵引、列车制动或列车安全无关的单元；其中，所述第一多功能够车辆总线和第二多功能车辆总线均连接到所述轨道车辆的一个车辆控制单元。

优选地，所述与列车牵引、列车制动或列车安全相关的控制单元包括：制动控制单元、牵引控制单元和辅助逆变***中至少之一。优选地，所述与列车牵引、列车制动或列车安全无关的单元包括：暖通空调***中的各个单元、门控器或乘客信息***。

这种双MVB总线的方案在列车内提供两个分立的MVB总线，这两个MVB总线由同一个车辆控制单元控制。这样，与列车牵引、制动和列车安全相关的重要信号和与此无关的非重要信号就在分立的两个MVB总线上传递。由此，与列车牵引、制动和列车安全相关的重要信号不需要与总线上其他非重要信号竞争即可被优先传递。而且，即使第二多功能车辆总线因例如暖通空调设备等故障而中断通信，用于传递重要信号的第一MVB依然可以可靠地传递与列车牵引、制动和列车安全相关的重要信号。因而，双MVB总线方案可以提供更加可靠和有竞争优势的列车通信网络***。

优选地，所述第一和第二多功能车辆总线中每一个上连接有至少一个外设接口智能终端，其能够连接到不具有多功能车辆总线接口的至少一个***设备。外设接口智能终端可以实现非MVB接口到MVB接口的转换，从而能够连接到其他非MVB接口的***设备。这可拓展可连接到MVB上的设备。优选地，连接到所述第一多功能车辆总线的外设接口智能终端输入或输出与列车牵引、列车制动或列车安全相关的第一信号。

优选地，列车通信网络***，其特征在于，还包括：安装于同一车厢内的两个外设接口智能终端，其中一个连接到所述第一多功能车辆总线，另一个连接到所述第二多功能车辆总线，所述两个外设接口智能终端处理相同的所述第一信号。优选地，所述安装有两个外设接口智能终端的车厢为带司机室的拖车或带受电弓的动车。更为优选地，安装于所述带司机室的拖车内的所述两个外设接口智能终端均连接到一个司控台。

在同一车厢内提供两个分别连接到第一和第二多功能车辆总线的外设接口智能终端可以使得重要的控制信号同时在两个MVB总线上传递，即使其中一个MVB因故障而通信中断，另一个MVB还可以继续进行通信。这就提高了列车通信网络***的可靠性。考虑到涉及列车牵引、制动和列车安全的重要信号多出现在带有司机室的拖车Tc和带有受电弓的动车Mp内，因而至少在Tc和Mp中之一内提供冗余的***设备智能终端。

优选地，所述车辆控制单元包括：第一MVB板卡，其连接到所述第一多功能车辆总线；第二MVB板卡，其连接到所述第二多功能车辆总线。实现这种双MVB总线方案，只需要在车辆控制单元内增加一个MVB板卡，并铺设相关总线线路即可实现。由此，这种双MVB总线方案可以在增加有限成本情况下大幅度提供列车通信网络***的可靠性和竞争优势。

根据另一个方面，本实用新型还提出了一种轨道车辆，其包括如上所述的列车通信网络***。

下文将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施例，对切换装置的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

附图说明

以下附图仅对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。

图1示出了现有轨道车辆中MVB拓扑结构的示意图。

图2示出了根据本实用新型一个实施例的轨道车辆中MVB拓扑结构的示意图。

图3示出了根据本实用新型另一个实施例的TCN***的结构示意图。

具体实施方式

为了对实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，为使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。另外，在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。

图2示出根据本实用新型一个实施例的TCN***中MVB的拓扑结构示意图。具体地，图2以一节带受电弓的动车Mp内MVB的拓扑结构为例。如图2所示，TCN***包括第一多功能车辆总线MVB1和第二多功能车辆供电总线MVB2。MVB1贯穿各个车厢(Tc、Mp、M)，与列车牵引、制动和/或列车安全相关的控制单元均连接到MVB1上。由此，MVB1上可传递与牵引、制动、列车安全等重要的列车控制信号。MVB2同样贯穿各个车厢(Tc、Mp、M)，与列车牵引、制动和/或列车安全无关的单元均连接到MVB2上。由此，MVB2上可传递与牵引、制动等重要的列车控制信号无关的数据和消息。总线MVB1和MVB2共同连接到一个车辆控制单元VCU且由VCU总体控制。VCU例如设置在司机室内。车辆控制单元VCU适于实现列车控制。

如图2所示，优选地，连接到MVB1的与牵引、制动或列车安全相关的控制单元例如包括：牵引控制单元TCU、制动控制单元BCU中至少之一。可选地，辅助逆变器APS也可连接到MVB1。优选地，并不是每个车厢内都需要一个中继器R来中转信号。当MVB1传递的距离达到一定阈值时才需要一个串联在MVB1上的中继器R。可选地，如果实际需要，也可以采用与图1类似的方式，MVB1主干线贯穿各个车厢，每个车厢内由中继器R连接MVB1主干线，车厢内MVB1总线再连接到中继器R。

如图2所示，优选地，连接到MVB2的与牵引、制动或列车安全无关的单元例如包括：暖通空调***HVAC中的各个单元、主门控器MDCU、门控器DCU或乘客信息***PIS。这些控制单元的控制信号与列车牵引和制动无关。优选地，MVB2适于采用与图1类似的主干线-中继式传递方式。即，MVB2主干线贯穿各个车厢，每个车厢内由中继器R连接MVB2主干线，车厢内MVB2总线再连接到中继器R。中继器R作为唯一一个与MVB2主干线连接的物理媒介。采用这种主干线-中继传递方式可以提高总线的负荷承载能力。

如图2所示，优选地，在MVB1或MVB2的总线区段上还可设置有至少一个外设接口智能终端SKS，其能够连接到不具有MVB接口的***设备。例如SKS可以实现模拟接口、数字接口、WIFI接口等到MVB接口的转换。同时，更为优选地，SKS还可以用作一个总线管理器，控制其所在总线区段的MVB总线通信。MVB1和MVB2的每一个上都可以连接有SKS。优选地，连接到MVB1的SKS(图2中未示出)仅输入或输出与列车牵引、制动和列车安全相关的第一信号P。换言之，连接到SKS1的***设备与列车牵引、制动和列车安全相关。

图3示出根据本实用新型另一个实施例的TCN***中MVB的拓扑结构示意图。具体地，图3以一节带受电弓的动车Mp和连接到该Mp的Tc中的MVB的拓扑结构为例。如图3所示，TCN***包括第一多功能车辆总线MVB1和第二多功能车辆总线MVB2。MVB1和MVB2贯穿各个车厢(Tc、Mp、M)。与列车牵引、制动和/或列车安全相关的控制单元均连接到MVB1上，其他单元连接到MVB2上。图3中与图2相同的部件和单元采用了相同的附图标记来表示，其功能也相同，这里不再赘述。

与图2不同的是，图3中示出了置于带有司机室的拖车Tc内的VCU。VCU与自动车辆控制单元ATC相连，且能够连接到一个无线信号单元Ra，以实现列车安全控制和对外的无线通信。与图2不同，考虑到重要的控制信号(例如与牵引或制动关联的重要控制信号)多出现在Tc车厢和Mp车厢，因而本实用新型还提出SKS冗余方案。如图3所示，在Tc内，MVB1和MVB2各连接有一个SKS，这两个SKS均连接到Tc内的司控台Driver_Desk。这样，两个SKS互为冗余备份，与司控台相关的指令和数据就可以同时通过MVB1和MVB2传递，即使其中一个MVB因故障而通信中断，另一个MVB还可以继续与司控台通信。这样，司控台总可以通过至少其中一个MVB总线发出或接收重要的控制信息。

类似地，在图3所示的例子中，在带有受电弓的动车Mp内也提供有两个SKS，其分别连接到MVB1和MVB2。两个SKS处理相同的与列车牵引、制动和列车安全相关的第一信号P。这样，两个SKS互为冗余备份，重要的控制信号就可以同时通过MVB1和MVB2传递，即使其中一个MVB因故障而通信中断，另一个MVB还可以继续进行通信。虽然以Tc和Mp车厢为例，图3中提出的双SKS冗余方案也可以根据需要应用在例如不带有受电弓的动车M等其他车厢。

此外，在图3中还示出了在Tc内连接到MVB2的PIS/CCTV单元，其表示乘客信息***/闭路电视***。在司机室还为司机提供一个人机交互接口HMI，其连接到MVB1上，从而与列车相关的重要控制信号可以不受其他非重要信号的干扰而传递到HMI上。图3中示出的MVB_S为MVB总线的维护服务模块。

本实用新型提出的双MVB总线方案在硬件实现上也非常简单且不会增加过多成本。例如，VCU只需增加一块MVB板卡，即包括连接MVB1的第一MVB板卡和连接MVB2的第二MVB板卡，可实现双MVB总线通信。在Tc和Mp车厢内增加一个SKS可进一步实现重要控制信号的冗余传递。因此，本实用新型提出的方案只需增加一定合理的成本即可提供TCN***的可靠性。尤为优选地，MVB1和MVB2可均为双物理线路，用于实现自身的物理冗余。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于轨道车辆的列车通信网络(TCN)***，其特征在于，包括：

第一多功能车辆总线(MVB1)，其连接到各个车厢中与列车牵引、列车制动或列车安全相关的控制单元；

第二多功能车辆总线(MVB2)，其连接到各个车厢中与列车牵引、列车制动或列车安全无关的单元；

其中，所述第一多功能够车辆总线(MVB1)和第二多功能车辆总线(MVB2)均连接到所述轨道车辆的一个车辆控制单元(VCU)。

2.如权利要求1所述的列车通信网络(TCN)***，其特征在于，所述与列车牵引、列车制动或列车安全相关的控制单元包括：制动控制单元(BCU)、牵引控制单元(TCU)和辅助逆变***(APS)中至少之一。

3.如权利要求1所述的列车通信网络(TCN)***，其特征在于，所述与列车牵引、列车制动或列车安全无关的单元包括：暖通空调***(HVAC)中的各个单元、门控器(DCU)或乘客信息***(PIS)。

4.如权利要求1所述的列车通信网络(TCN)***，其特征在于，所述第一和第二多功能车辆总线(MVB1、MVB2)中每一个上连接有至少一个外设接口智能终端(SKS)，其能够连接到不具有多功能车辆总线(MVB)接口的至少一个***设备。

5.如权利要求4所述的列车通信网络(TCN)***，其特征在于，连接到所述第一多功能车辆总线(MVB1)的外设接口智能终端(SKS)输入或输出与列车牵引、列车制动或列车安全相关的第一信号(P)。

6.如权利要求5所述的列车通信网络(TCN)***，其特征在于，还包括：安装于同一车厢内的两个外设接口智能终端(SKS)，其中一个连接到所述第一多功能车辆总线(MVB1)，另一个连接到所述第二多功能车辆总线(MVB2)，所述两个外设接口智能终端(SKS)接收相同的所述第一信号(P)。

7.如权利要求6所述的列车通信网络(TCN)***，其特征在于，所述安装有两个外设接口智能终端(SKS)的车厢为带司机室的拖车(Tc)或带受电弓的动车(Mp)。

8.如权利要求7所述的列车通信网络(TCN)***，其特征在于，安装于所述带司机室的拖车(Tc)内的所述两个外设接口智能终端(SKS)均连接到一个司控台(Driver_Desk)。

9.如权利要求1所述的列车通信网络(TCN)***，其特征在于，所述车辆控制单元(VCU)包括：

第一MVB板卡，其连接到所述第一多功能车辆总线(MVB1)；

第二MVB板卡，其连接到所述第二多功能车辆总线(MVB2)。

10.一种轨道车辆，其包括如权利要求1～9中任一所述的列车通信网络(TCN)***。