CN106915367B - 一种列车控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种列车控制系统，该系统包括：相互连接的车载控制器VOBC和外围设备。VOBC控制列车的正常运行，对行车安全和列车驾驶进行监控，并控制列车在城市轨道交通线路和城际铁路线路之间跨线运行；外围设备与VOBC进行通信。通过本发明实施例方案，能够通过VOBC控制列车在城市轨道交通线路和城际铁路线路之间跨线运行，从而满足了城市轨道交通与城际铁路共线运行的需求。
Description
技术领域
本发明涉及列车控制技术，尤其涉及一种列车控制系统。
背景技术
随着国内城市轨道交通和城际铁路的快速发展，出现了城市轨道交通与城际铁路共线运行的需求，目前，国内城市轨道交通线路基本上都采用CBTC(CBTC，CommunicationBased Train Control，基于通信的列车控制系统)，而城际铁路则采用的是CTCS-2+ATO(CTCS，Chinese Train Control System，中国列车运行控制系统；ATO，Automatic TrainOperation，列车自动运行)系统，二者是两种不同制式的列车控制系统。因此，研制一种新型的列车控制系统，使其既能在城市轨道交通线路上以CBTC模式运行，又能在城际铁路线路上以CTCS-2+ATO模式运行，成为一种迫切需求，国内外尚未存在此种系统。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种列车控制系统，能够满足城市轨道交通与城际铁路共线运行的需求。
为了达到本发明目的，本发明提供了一种列车控制系统，该系统包括：相互连接的车载控制器VOBC和外围设备。
VOBC，用于控制列车的正常运行，对行车安全和列车驾驶进行监控，并控制列车在城市轨道交通线路和城际铁路线路之间跨线运行。
外围设备，用于与VOBC进行通信。
可选地，VOBC包括：两组控制单元；两组控制单元之间互为冗余；
每组控制单元均包括：列车自动保护ATP模块、列车自动运行ATO模块、无线连接控制模块WLCM和输入输出控制模块IOCM；
ATP模块，用于对行车安全和列车驾驶进行监控；实现CBTC等级下的安全防护以及CTCS-2等级下的安全防护；
ATO模块，用于通过控制列车的牵引和制动，自动完成CBTC等级以及CTCS-2等级下的列车起动、巡航和停车；
WLCM，用于与地面设备通过无线进行接口，实现与地面设备的无线数据交互；
IOCM，为VOBC与列车的接口单元，用于管理列车和驾驶台的各个输入/输出I/O信号的采集和输出。
可选地，VOBC为2乘2取2冗余结构。
可选地，地面设备包括：TIAS/列车自动监督ATS设备、计算机联锁CBI设备、区域控制器ZC、通信控制服务器CCS和数据存储单元DSU。
WLCM，还用于接收TIAS的命令控制休眠/唤醒继电器对VOBC中各个模块进行断电和上电操作，以实现休眠/唤醒功能。
可选地，ATP模块包括：CBTC模块、CTCS-2模块及切换模块；CBTC模块和CTCS-2模块均与切换模块相连；
CBTC模块，用于实现CBTC等级下的ATP安全防护功能，并向切换模块发送等级转换请求，向切换模块发送通信数据；
CTCS-2模块，用于实现CTCS-2等级下的ATP安全防护功能，向切换模块发送等级转换请求，向切换模块发送通信数据；并向ATO模块发送载频切换信息，接收ATO模块发送的轨道电路信息；
切换模块，用于接收CBTC模块和CTCS-2模块发送的等级切换请求和通信数据；并根据等级切换请求实现CBTC模块和CTCS-2模块的切换；并与ATO模块进行通信。
可选地，
CBTC等级下的ATP安全防护功能包括：等级管理、模式管理、电子地图管理、通信管理、测速定位及完整性检测、车门/屏蔽门控制、制动处理及运行防护、自动折返、红灯误出发防护以及车辆工况管理。
CTCS-2等级下的ATP安全防护功能包括：等级管理、模式管理、通信管理、测速定位及完整性检查、列车防护功能、车门/屏蔽门控制、制动处理及运行防护。
通信数据包括：司机显示界面DMI通信数据、IOCM通信数据和ATO通信数据。
可选地，CTCS-2模块，还用于当在CBTC等级下接收到CTCS-1等级下的数据包后，根据前一段载频信息锁定上下行。
可选地，切换模块，还用于：
根据当前控制权，向DMI传送CBTC模块或CTCS-2模块的数据；向IOCM模块传送CBTC模块或CTCS-2模块的控制命令，并接受IOCM模块采集的车辆工况，向CTBC模块和CTCS-2模块传送相应的车辆工况数据；向ATO模块传送CBTC模块或CTCS-2模块的数据。
可选地，外围设备包括：应答器传输模块BTM、轨道电路接收器TCR、DMI、速度传感器以及雷达/加速度计以及无线设备。
BTM，用于解读自身的BTM天线接收到的应答器报文，并将应答器报文发送给ATP模块。
TCR，用于解读自身的TCR天线接收到的轨道电路信息，并将轨道电路信息发送给ATP模块。
DMI是VOBC系统的人机接口，用于展示列车当前的运行状态，并提供操作按键和参数设置窗口。
速度传感器，安装于列车的车头和车尾，用于提供列车的速度脉冲信息
雷达/加速度计，用于在车轮空转打滑时修正速度传感器的测量结果，对列车的速度和位置进行测量。
无线设备，用于实现车地数据的通信传输。
可选地，
IOCM，还用于采集速度传感器和雷达/加速度计的数据，计算出列车的实时速度和运行距离，并发送给ATP模块和ATO模块。
IOCM，还用于通过与列车的接口，将ATP模块和ATO模块的牵引、制动命令发给列车。
与现有技术相比，本发明包括一种列车控制系统，该系统包括：相互连接的车载控制器VOBC和外围设备。VOBC控制列车的正常运行，对行车安全和列车驾驶进行监控，并控制列车在城市轨道交通线路和城际铁路线路之间跨线运行；外围设备与VOBC进行通信。通过本发明实施例方案，能够通过VOBC控制列车在城市轨道交通线路和城际铁路线路之间跨线运行，从而满足了城市轨道交通与城际铁路共线运行的需求。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例的列车控制系统简单组成框图；
图2为本发明实施例的列车控制系统结构示意图；
图3为本发明实施例的列车控制系统结构连接图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本发明实施例提出的列车控制系统，采用一套车载控制设备，实现了CBTC和CTCS-2+ATO两种系统功能，成功解决了列车在城市轨道交通线路和城际铁路线路之间的跨线运营需求。
为了达到本发明目的，本发明提供了一种列车控制系统，如图1、图2所示，该系统包括：相互连接的车载控制器VOBC 01和外围设备02。
VOBC 01，用于控制列车的正常运行，对行车安全和列车驾驶进行监控，并控制列车在城市轨道交通线路和城际铁路线路之间跨线运行。
外围设备02，用于与VOBC 01进行通信。
可选地，VOBC 01包括：两组控制单元；两组控制单元之间互为冗余。
在本发明实施例中，基于安全考虑，VOBC可以为2乘2取2冗余结构。基于安全考虑，VOBC 01采用了1+1主备冗余结构，可以在冗余工作模式下实现主、备两组控制单元的切换。为了实现传输数据的准确性，VOBC 01还采用了二取二架构，其中二取二架构指的是两个不同的中央处理器CUP运算结果需要一致的时候，才会进行有效输出，或者确定为有效的运算结果。
在本发明实施例中，如图2所示，每组控制单元均包括：列车自动保护ATP模块011、列车自动运行ATO模块012、无线连接控制模块WLCM 013和输入输出控制模块IOCM 014。
ATP模块011，用于对行车安全和列车驾驶进行监控；实现CBTC等级下的安全防护以及CTCS-2等级下的安全防护。
在本发明实施例中，ATP模块011是VOBC系统的核心控制设备，为行车安全和列车驾驶(司机或自动驾驶)提供帮助和监督；防止由于非正常的车门打开、列车退行等事故而使旅客发生危险；防止由于列车超过线路限制速度或者运营允许速度而导致对线路的损害或者使列车发生危险。ATP模块011还负责实现CBTC等级下的ATP安全防护功能，以及CTCS-2等级下的ATP安全防护功能。
可选地，ATP模块011包括：CBTC模块0111、CTCS-2模块0112及切换模块0113；CBTC模块0111和CTCS-2模块0112相互连接，并且CBTC模块0111和CTCS-2模块0112均与切换模块0113相连，如图3所示。
CBTC模块0111，用于实现CBTC等级下的ATP安全防护功能，并向切换模块0113发送等级转换请求，向切换模块0113发送通信数据.
在本发明实施例中，CBTC等级下的ATP安全防护功能包括：等级管理、模式管理、电子地图管理、通信管理、测速定位及完整性检测、列车防护功能、车门/屏蔽门控制、制动处理及运行防护、自动折返、红灯误出发防护、全自动无人驾驶FAO功能以及车辆工况管理(包含休眠、唤醒功能)。向切换模块0113发送的通信数据主要包括：司机显示界面DMI通信数据、IOCM通信数据和ATO通信数据。
CTCS-2模块0112，用于实现CTCS-2等级下的ATP安全防护功能，向切换模块0113发送等级转换请求，向切换模块0113发送通信数据；并向ATO模块012发送载频切换信息，接收ATO模块012发送的轨道电路信息。
在本发明实施例中，CTCS-2等级下的ATP安全防护功能包括：等级管理、模式管理、通信管理、测速定位及完整性检查、列车防护功能、车门/屏蔽门控制、制动处理及运行防护。向切换模块0113发送的通信数据主要包括：DMI通信数据、IOCM通信数据和ATO通信数据。
可选地，CTCS-2模块0112，还用于当在CBTC等级下接收到CTCS-1等级下的数据包后，根据前一段载频信息锁定上下行。
切换模块0113，用于接收CBTC模块0111和CTCS-2模块0112发送的等级切换请求和通信数据；并根据等级切换请求实现CBTC模块0111和CTCS-2模块0112的切换；并与ATO模块012进行通信。
在本发明实施例中，切换模块0113主要实现CBTC模块0111和CTCS-2模块0112的切换及与ATO模块012的通信功能。具体地，根据CBTC模块0111及CTCS-2模块0112的命令或请求进行控制权切换。
可选地，切换模块0113，还与DMI 023、IOCM模块014和ATO模块012相连，还用于：
根据当前控制权，向DMI 023传送CBTC模块0111或CTCS-2模块0112的数据；向IOCM模块014传送CBTC模块0111或CTCS-2模块0112的控制命令，并接受IOCM模块014采集的车辆工况，向CTBC模块0111和CTCS-2模块0112传送相应的车辆工况数据；向ATO模块012传送CBTC模块0111或CTCS-2模块0112的数据。
ATO模块012，用于通过控制列车的牵引和制动，自动完成CBTC等级以及CTCS-2等级下的列车起动、巡航和停车。
在本发明实施例中，ATO模块012可以实现站间列车自动运行、自动发车、精确停车、车门/屏蔽门控制、跳停管理、扣车管理等ATO功能。具体地可根据ATS(Automatic TrainSupervision，列车自动监督)的命令，自动调整速度，在靠站后自动控制车门和安全门的打开和关闭，保证运营时刻表的区间行车的要求。在地面设备的配合下，ATO模块012可以实现列车的自动折返。总之ATO模块012负责实现CBTC等级下的ATO功能，以及CTCS-2等级下的ATO功能。
WLCM 013，用于与地面设备通过无线进行接口，实现与地面设备的无线数据交互。
在本发明实施例中，WLCM 013通过无线模块实现安全通信协议。可选地，地面设备包括：行车综合控制自动化系统TIAS/列车自动监督ATS设备、计算机联锁CBI设备、区域控制器ZC、通信控制服务器CCS和数据存储单元DSU。WLCM 013负责与地面设备TIAS/ATS、CBI、ZC、DSU进行数据交互。如图3所示，具体地，WLCM 013与车载无线设备024连接，通过铁路移动通信全球系统GSM-R模块与CCS进行无线数据交互，通过无线AP(无线客户端)/波特管/LTE(长期演进)与TIAS、CBI、ZC、DSU进行无线数据交互。WLCM 013还与TIMS相连，实现与车辆TIMS之间的信息交互。
在本发明实施例中，WLCM会接收地面区域控制器ZC发来的行车许可，然后转发给ATP模块011。
WLCM 013，还用于接收TIAS/ATS的命令控制休眠/唤醒继电器对VOBC中各个模块进行断电和上电操作，以实现自动休眠/唤醒功能。
IOCM 014，为VOBC与列车的接口单元，用于管理列车和驾驶台的各个输入/输出I/O信号的采集和输出，并管理制动的输出和反馈等信息。
可选地，
IOCM 014，还用于采集速度传感器025和雷达/加速度计026的数据，计算出列车的实时速度和运行距离，并发送给ATP模块011和ATO模块012。
IOCM 014，还用于通过与列车的接口，将ATP模块011和ATO模块012的牵引、制动命令发给列车。
可选地，外围设备02包括：应答器传输模块BTM 021、轨道电路接收器TCR 022、所述DMI 023、无线设备024、速度传感器025以及雷达/加速度计026。
BTM 021，用于解读自身的BTM天线接收到的应答器报文，并将应答器报文发送给ATP模块011。
TCR 022，用于解读自身的TCR天线接收到的轨道电路信息，并将轨道电路信息发送给ATP模块011。具体地是传输给ATP模块011的CTCS-2模块0112，如图3所示。
DMI 023是VOBC系统的人机接口，用于展示列车当前的运行状态，并提供操作按键和参数设置窗口。
无线设备024，与WLCM 013相连，用于实现车地数据的通信传输。
无线设备024与CCS通信采用GSM-R(铁路移动通信全球系统)，与ZC/CBI/ATS等通信，可选LTE/WLAN等通信方式。
速度传感器025，安装于列车的车头和车尾，用于提供列车的速度脉冲信息
雷达/加速度计026，用于在车轮空转打滑时修正速度传感器的测量结果，对列车的速度和位置进行测量。
与现有技术相比，本发明包括一种列车控制系统，该系统包括：相互连接的车载控制器VOBC和外围设备。VOBC控制列车的正常运行，对行车安全和列车驾驶进行监控，并控制列车在城市轨道交通线路和城际铁路线路之间跨线运行；外围设备与VOBC进行通信。通过本发明实施例方案，能够通过VOBC控制列车在城市轨道交通线路和城际铁路线路之间跨线运行，从而满足了城市轨道交通与城际铁路共线运行的需求。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种列车控制系统，其特征在于，所述系统包括：相互连接的车载控制器VOBC和外围设备；
所述VOBC，用于控制列车的正常运行，对行车安全和列车驾驶进行监控，并控制列车在城市轨道交通线路和城际铁路线路之间跨线运行；
所述外围设备，用于与所述VOBC进行通信；
其中，所述VOBC包括：两组控制单元；每组控制单元均包括：列车自动保护ATP模块、列车自动运行ATO模块、无线连接控制模块WLCM和输入输出控制模块IOCM；
所述ATP模块包括：CBTC模块、CTCS-2模块及切换模块；所述CBTC模块和所述CTCS-2模块均与所述切换模块相连；
所述CBTC模块，用于实现CBTC等级下的ATP安全防护功能，并向所述切换模块发送等级转换请求，向所述切换模块发送通信数据；
所述CTCS-2模块，用于实现CTCS-2等级下的ATP安全防护功能，向所述切换模块发送等级转换请求，向所述切换模块发送通信数据；并向所述ATO模块发送载频切换信息，接收所述ATO模块发送的轨道电路信息；
所述切换模块，用于接收所述CBTC模块和所述CTCS-2模块发送的等级切换请求和通信数据；并根据所述等级切换请求实现所述CBTC模块和所述CTCS-2模块的切换；并与所述ATO模块进行通信。
2.如权利要求1所述的列车控制系统，其特征在于，所述两组控制单元之间互为冗余；
所述ATP模块，用于对所述行车安全和列车驾驶进行监控；实现基于通信的列车控制系统CBTC等级下的安全防护以及中国列车运行控制系统CTCS-2等级下的安全防护；
所述ATO模块，用于通过控制列车的牵引和制动，自动完成CBTC等级以及CTCS-2等级下的列车起动、巡航和停车；
所述WLCM，用于与地面设备通过无线进行连接，实现与所述地面设备的无线数据交互；
所述IOCM，为所述VOBC与所述列车的接口单元，用于管理列车和驾驶台的各个输入/输出I/O信号的采集和输出。
3.如权利要求2所述的列车控制系统，其特征在于，所述VOBC为2乘2取2冗余结构。
4.如权利要求2所述的列车控制系统，其特征在于，所述地面设备包括：TIAS/列车自动监督ATS设备、计算机联锁CBI设备、区域控制器ZC、通信控制服务器CCS和数据存储单元DSU；
所述WLCM，还用于接收所述TIAS的命令控制休眠/唤醒继电器对所述VOBC中各个模块进行断电和上电操作，以实现休眠/唤醒功能。
5.如权利要求1所述的列车控制系统，其特征在于，
所述CBTC等级下的ATP安全防护功能包括：等级管理、模式管理、电子地图管理、通信管理、测速定位及完整性检测、车门/屏蔽门控制、制动处理及运行防护、自动折返、红灯误出发防护以及车辆工况管理；
所述CTCS-2等级下的ATP安全防护功能包括：等级管理、模式管理、通信管理、测速定位及完整性检查、列车防护功能、车门/屏蔽门控制、制动处理及运行防护；
所述通信数据包括：司机显示界面DMI通信数据、IOCM通信数据和ATO通信数据。
6.如权利要求1所述的列车控制系统，其特征在于，所述CTCS-2模块，还用于当在所述CBTC等级下接收到CTCS-2等级下的数据包后，根据前一段载频信息锁定上下行。
7.如权利要求5所述的列车控制系统，其特征在于，所述外围设备包括：应答器传输模块BTM、轨道电路接收器TCR、司机显示界面DMI、速度传感器、雷达/加速度计以及无线设备；
所述BTM，用于解读自身的BTM天线接收到的应答器报文，并将所述应答器报文发送给所述ATP模块；
所述TCR，用于解读自身的TCR天线接收到的轨道电路信息，并将所述轨道电路信息发送给所述ATP模块；
所述DMI，是所述VOBC的人机接口，用于展示列车当前的运行状态，并提供操作按键和参数设置窗口；
所述速度传感器，安装于所述列车的车头和车尾，用于提供所述列车的速度脉冲信息；
所述雷达/加速度计，用于在车轮空转打滑时修正所述速度传感器的测量结果，对列车的速度和位置进行测量；
所述无线设备，用于实现车地数据的通信传输。
8.如权利要求7所述的列车控制系统，其特征在于，所述切换模块，还用于：
根据当前控制权，向所述DMI传送所述CBTC模块或所述CTCS-2模块的数据；向所述IOCM传送所述CBTC模块或所述CTCS-2模块的控制命令，并接受所述IOCM采集的车辆工况，向所述CBTC模块和所述CTCS-2模块传送相应的车辆工况数据；向所述ATO模块传送所述CBTC模块或所述CTCS-2模块的数据。
9.如权利要求7所述的列车控制系统，其特征在于，
所述IOCM，还用于采集所述速度传感器和所述雷达/加速度计的数据，计算出列车的实时速度和运行距离，并发送给所述ATP模块和所述ATO模块；
所述IOCM，还用于通过与所述列车的接口，将所述ATP模块和所述ATO模块的牵引、制动命令发给所述列车。
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