一种轨道交通车辆控制设备的联合测试系统的制作方法

本发明涉及轨道交通控制技术领域，特别是涉及一种轨道交通车辆控制设备的联合测试系统。

背景技术：

随着轨道交通的快速发展，轨道交通产品的功能越来越复杂，人们对轨道交通产品的可靠性的要求也越来越高。软件系统作为轨道交通产品的重要组成部分，其质量和可靠性直接影响到轨道车辆的可靠性。软件测试能够有效发现软件中的缺陷和故障。

轨道交通车辆控制设备一般通过车辆控制总线和列车线(列车级硬线)进行互联，共同完成整车的控制功能。目前，部分轨道交通领域的公司在产品装车前已经对各自的控制设备和软件产品进行了测试，但是在装车之前，不同控制系统之间尚未进行全面的系统联合测试，目前系统联合测试主要通过装车后的现场调试替代，采用这种方式，第一增加了现场调试的周期，增加了调试成本；第二，软件产品未进行充分测试后就装车进行调试，存在一定的安全风险；第三，采用现场调试的方法，部分破坏性和有风险的场景无法进行测试，导致测试不充分。

因而，如何实现在产品装车之前，对所有的车辆控制设备进行整车级别的系统联合测试，且既能使测试更加充分，降低调试风险，缩短调试周期，提高产品的可靠性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种轨道交通车辆控制设备的联合测试系统，可以实现在产品装车之前，对所有的车辆控制设备进行整车级别的系统联合测试，且既能使测试更加充分，降低调试风险，缩短调试周期，提高产品的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种轨道交通车辆控制设备的联合测试系统，包括：被测车辆控制设备部、信号调理部、总线转换单元、车辆控制总线和仿真系统部；

其中，所述被测车辆控制设备部包括对整车进行控制的多个预设车辆控制设备，各所述车辆控制设备按照装车网络拓扑通过所述车辆控制总线相连；

所述总线转换单元用于将所述车辆控制总线上的信号转换为所述仿真系统部可以识别的总线信号；

所述信号调理部用于将所述被测车辆控制设备部对应的车辆控制设备的外部接口信号转换为所述仿真系统部可以识别的控制信号；

所述仿真系统部用于模拟所述被测车辆控制设备部的控制对象信息以及被测车辆的外部运行环境。

优选地，还包括：PC上位机，与所述仿真系统部连接，用于显示对应的测试数据。

优选地，所述被测车辆控制设备部具体包括：

网络控制系统模块，用于实现所述车辆控制总线的总线管理、数据传输、数据记录、信息显示以及整车级别的车辆控制功能；

牵引控制系统模块，用于实现牵引变流器和牵引电动机的实时控制和粘着利用控制功能，根据对应的控制信号为车辆提供牵引力和电制动力；

制动控制系统模块，用于实现空气制动控制和紧急制动控制，根据对应的控制信号和车辆的运行工况为该车辆提供气制动力，以及整车级别的滑行控制。

优选地，所述总线转换单元为以太网转换单元，所述以太网转换单元通过以太网和所述仿真系统部连接，其中，以太网通讯速率大于车辆控制总线速率。

优选地，所述总线转换单元为CAN总线转换单元，所述CAN总线转换单元的一端连接所述车辆控制总线，另一端连接CAN总线，所述CAN总线与所述仿真系统部连接。

优选地，所述总线转换单元为RS485总线转换单元，所述RS485总线转换单元的一端连接所述车辆控制总线，另一端连接RS485总线，所述RS485总线与所述仿真系统部连接。

优选地，所述仿真系统部包括：

控制模型模块，用于模拟各所述车辆控制设备的被控对象及各所述被控对象的运行环境，以及模拟被测车辆的外部运行环境；

数据接口模块，用于接收所述信号调理部和所述总线转换单元发出的对应控制信号。

优选地，所述控制模型模块包括：

司机室及列车线模型单元，用于模拟被测车辆的司机室内的操作开关和列车线，并生成相应的车辆控制指令，将所述车辆控制指令发送至对应的车辆控制设备；

受电弓及断路器模型单元，用于根据根据对应的车辆控制设备的控制指令控制受电弓的升降，以及开关断路器，并将受电弓和断路器的状态反馈给相应的车辆控制设备和电网模型单元；

电网模型单元，用于模拟现场电网电压，根据所述现场电网电压的等级提供相应的电网电压，并在受电弓升起且断路器闭合时，将网压信号传送给牵引变流器及电机模型单元；

牵引变流器及电机模型单元，用于模拟牵引变流器和电机的运行工况，根据所述牵引控制系统模块的控制指令进行动作和计算，将牵引变流器和电机的各运行状态信息反馈至所述牵引控制系统模块，并根据所述网压信号计算所述电机的电牵引力或电制动力，并将计算所得的所述电牵引力或电制动力反馈给运动与轮轨模型单元；

运动与轮轨模型单元，用于根据被测车辆的牵引力/制动力以及外部线路条件，计算被测车辆的运动参数，并将所述运动参数反馈至所述牵引控制系统模块和所述制动控制系统模块；

制动系统模型单元，用于模拟所述制动控制系统模块的被控对象，根据相应的控制指令和被测车辆的运行状况进行相关动作，并将制动状态信息反馈给所述制动控制系统模块，计算气制动力并反馈给所述运动与轮轨模型单元。

优选地，所述运动与轮轨模型单元包括：

第一动力接收子单元，用于接收所述牵引变流器及电机模型单元发出的牵引力/电制动力Fd；

第二动力接收子单元，用于接收所述制动系统模型单元发出的气制动力Fb；

运动参数计算子单元，用于计算所述被测车辆的整车速度，其中，整车速度的计算公式为：

$\frac{dv}{dt}=\frac{F-W}{(P+G)(1+r)};$

其中，V：被测车辆速度；

F：列车牵引制动力，F＝Fd+Fb；

W：车辆运行阻力；

γ：列车回转质量系数，取为0.06～0.08；

P：机车计算质量；

G：牵引质量。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例所提供的一种轨道交通车辆控制设备的联合测试系统，包括：被测车辆控制设备部、信号调理部、总线转换单元、车辆控制总线和仿真系统部；被测车辆控制设备部包括对整车进行控制的多个预设车辆控制设备，各车辆控制设备按照装车网络拓扑通过车辆控制总线相连；总线转换单元用于将车辆控制总线上的信号转换为仿真系统部可以识别的总线信号；信号调理部用于将被测车辆控制设备部对应的车辆控制设备的外部接口信号转换为仿真系统部可以识别的控制信号；仿真系统部用于模拟被测车辆控制设备部的控制对象信息以及被测车辆的外部运行环境。不同的车辆控制设备按照装车的网络拓扑通过车辆控制总线进行互联，设置了仿真系统部模拟车辆现场运行工况，因此，可以通过测试环境融合技术实现不同车辆控制设备的测试环境互联，形成整车系统级别的测试环境，从而实现不同车辆控制设备的系统联合测试，从而使测试更加充分，由于是在装车前进行环境模拟测试，可以降低调试风险，缩短调试周期，提高产品的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施方式所提供的一种轨道交通车辆控制设备图；

图2为本发明另一种具体实施方式所提供的一种轨道交通车辆控制设备的联合测试系统结构示意图；

图3为本发明一种实施方式所提供的仿真系统部的拓扑结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种轨道交通车辆控制设备的联合测试系统，可以实现在产品装车之前，对所有的车辆控制设备进行整车级别的系统联合测试，且既能使测试更加充分，降低调试风险，缩短调试周期，提高产品的可靠性。

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

请参考图1，图1为本发明一种具体实施方式所提供的一种轨道交通车辆控制设备的联合测试系统结构示意图。

本发明的一种具体实施方式提供了一种轨道交通车辆控制设备的联合测试系统，包括：被测车辆控制设备部1、信号调理部2、总线转换单元3、车辆控制总线4和仿真系统部5；其中，被测车辆控制设备部1包括对整车进行控制的多个预设车辆控制设备，各车辆控制设备按照装车网络拓扑通过车辆控制总线相连；总线转换单元3用于将车辆控制总线4上的信号转换为仿真系统部5可以识别的总线信号；信号调理部2用于将被测车辆控制设备部1对应的车辆控制设备的外部接口信号转换为仿真系统部5可以识别的控制信号；仿真系统部5用于模拟被测车辆控制设备部1的控制对象信息以及被测车辆的外部运行环境。

在本实施方式中，被测车辆控制设备部可包括所有对整车进行控制的车辆控制设备，而不同的车辆控制设备按照装车的网络拓扑或者说是总线拓扑，通过车辆控制总线进行互联，形成整车系统级别的测试环境，从而实现不同车辆控制设备的系统联合测试。在产品装车之前，即可对所有的车辆控制设备进行接口测试、集成测试等，通过仿真系统部能够模拟车辆正常的运行工况，并进行整车级别的系统联合测试，避免不同车辆控制设备未经过集成测试和系统联合测试就进行装车调试的情况，降低调试的风险，缩短调试的周期，提升产品的可靠性。同时，由于采用仿真系统部模拟被测车辆控制设备部的控制对象信息以及被测车辆的外部运行环境，因而可以根据需要进行任意工况的模拟，解决了现场调试无法进行的一些具有破坏性的试验或有危险的试验的问题，使得测试更加充分。

需要说明的是，在本实施方式中轨道交通车辆只要指的是机车、动车和城轨等轨道交通车辆，本实施方式对此并不做限定，具体视情况而定。

在上述实施方式的基础上，在发明一种实施方式中，该联合测试系统还包括：PC上位机，与仿真系统部连接，用于显示对应的测试数据。

在本实施方式中，PC上位机用作显示设备来显示对应的测试数据，此外，PC上位机还可以用作数据注入接口输入一些测试数据，来控制对应车辆控制设备的运行。需要说明的是，由于PC上位机本身具有处理功能，因此，可以将仿真系统部集成在PC上位机中。

请参考图2，图2为本发明另一种具体实施方式所提供的一种轨道交通车辆控制设备的联合测试系统结构示意图。

在本发明的一种实施方式中，被测车辆控制设备部1具体包括：

网络控制系统模块11，用于实现车辆控制总线4的总线管理、数据传输、数据记录、信息显示以及整车级别的车辆控制功能；

牵引控制系统模块12，用于实现牵引变流器和牵引电动机的实时控制和粘着利用控制功能，根据对应的控制信号为车辆提供牵引力和电制动力；

制动控制系统模块13，用于实现空气制动控制和紧急制动控制，根据对应的控制信号和车辆的运行工况为该车辆提供气制动力，以及整车级别的滑行控制。

当然，根据需要被测车辆控制设备部还可以包括其他控制系统模块14，其中，其他控制系统模块可以根据需要进行增减。

在本实施方式中，信号调理部2包括多个信号调理单元，优选信号调理单元和各车辆控制设备一一对应，以提高信号转换效率。其中，信号调理单元主要将对应的车辆控制设备的外部接口信号(数字量信号和模拟量信号)转换为仿真系统部可以识别的控制信号，实现仿真系统和车辆控制设备的数据交互。数字量信号包括24V输入与输出信号、110V电平输入与输出信号，可以经信号调理单元转换为仿真系统部可以识别的5V/3.3V控制信号；模拟量信号包括电压、电流、温度、压力、速度脉冲、PWM脉冲等模拟量输入与输出，可以经信号调理单元转换为可以识别的对应控制信号，其中，信号调理单元需满足：信号相应周期<车辆控制系统信号变化周期。

进一步地，总线转换单元为以太网转换单元，以太网转换单元通过以太网和仿真系统部连接，其中，以太网通讯速率大于车辆控制总线速率。

其中，总线转换单元也可以为CAN总线转换单元，CAN总线转换单元的一端连接车辆控制总线，另一端连接CAN总线，CAN总线与仿真系统部连接。

总线转换单元也可以为RS485总线转换单元，RS485总线转换单元的一端连接车辆控制总线，另一端连接RS485总线，RS485总线与仿真系统部连接。

在本实施方式中，优选总线转换单元为以太网转换单元，但是不局限与以太网转换单元，也可以是诸如CAN总线转换单元、RS485总线转换单元等，只要保证该总线转换单元可以将车辆控制总线上的信号转换为仿真系统部可以识别的信号即可。

请参考图3，图3为本发明一种实施方式所提供的仿真系统部的拓扑结构示意图。

在本发明的一种实施方式中，仿真系统部包括：

数据接口模块，用于接收信号调理部和总线转换单元发出的对应控制信号。其汇总数据接口模块包括总线数据接口57和控制数据接口58，总线数据接口57与总线转换单元3连接，以通过总线转换单元和车辆控制总线进行数据交互；控制数据接口58和信号调理部2连接，以实现和各车辆控制设备进行数据交互。

控制模型模块，用于模拟各车辆控制设备的被控对象及各被控对象的运行环境，以及模拟被测车辆的外部运行环境。

在本实施方式中，由于仿真系统部5和PC上位机连接，其中，PC上位机可以作为人机交互单元6。

其中，控制模型模块包括：

司机室及列车线模型单元51，用于模拟被测车辆的司机室内的操作开关和列车线，并生成相应的车辆控制指令，将车辆控制指令发送至对应的车辆控制设备。其中，该司机室及列车线模型单元可以用于模拟升弓扳键、方向手柄、牵引制动手柄、紧急制动按钮等司机室操作开关。升弓扳键将升弓相关指令通过控制数据接口传送至网络控制系统模块，方向手柄将方向指令(如向前指令或向后指令)通过控制数据接口传送至网络控制系统模块、牵引控制系统模块和制动控制系统模块，牵引制动手柄将牵引指令或制动指令以及级位信号通过控制数据接口传送给网络控制系统模块、牵引控制系统模块、制动控制系统模块，紧急制动按钮将紧急制动指令通过控制数据接口传送给网络控制系统模块、牵引控制系统模块和制动控制系统模块。

受电弓及断路器模型单元52，用于根据根据对应的车辆控制设备的控制指令控制受电弓的升降，以及开关断路器，并将受电弓和断路器的状态反馈给相应的车辆控制设备和电网模型单元。其中，受电弓及断路器模型单元建立受电弓模型和断路器模型，受电弓模型根据网络控制系统模块发送的控制指令动作，收到升弓指令，受电弓升起，收到降弓指令，受电弓降下，并将受电弓状态反馈给网络控制系统模块和电网模型模块。断路器模型根据网络控制系统模块和牵引控制系统模块的断路器控制指令动作，收到闭合指令则闭合断路器，收到断开指令则断开断路器，并将断路器状态反馈给网络控制系统模块、牵引控制系统模块和电网模型模块。

电网模型单元53，用于模拟现场电网电压，根据现场电网电压的等级(交流25KV，直流3000V、直流1500V或直流750V)提供相应的电网电压，并在受电弓升起且断路器闭合时，将网压信号传送给牵引变流器及电机模型单元，如电网模型模块接收到受电弓及断路器模型单元信号时，当受电弓升起且断路器闭合条件下，电网模型模块将网压信号传送给牵引变流器及电机模型单元。

牵引变流器及电机模型单元54，其控制对象为牵引变流器和电机，用于模拟牵引变流器和电机的运行工况，根据牵引控制系统模块的控制指令进行动作和计算，将牵引变流器和电机的各运行状态信息，如状态信号、电压信号、电流信号、温度信号灯，反馈至牵引控制系统模块，并根据网压信号计算电机的电牵引力或电制动力，并将计算所得的电牵引力或电制动力反馈给运动与轮轨模型单元。

运动与轮轨模型单元55，用于根据被测车辆的牵引力/制动力以及外部线路条件，计算被测车辆的运动参数，并将运动参数反馈至牵引控制系统模块和制动控制系统模块。运动与轮轨模型单元包括：

第一动力接收子单元，用于接收牵引变流器及电机模型单元发出的牵引力/电制动力Fd；

第二动力接收子单元，用于接收制动系统模型单元发出的气制动力Fb；

运动参数计算子单元，用于计算被测车辆的整车速度，并将转速反馈给牵引控制系统模块和制动控制系统模块。其中，整车速度的计算公式为：

$\frac{dv}{dt}=\frac{F-W}{(P+G)(1+r)};$

其中，V：被测车辆速度；

F：列车牵引制动力，F＝Fd+Fb；

W：车辆运行阻力；

γ：列车回转质量系数，取为0.06～0.08；

P：机车计算质量；

G：牵引质量。

制动系统模型单元56，用于模拟制动控制系统模块的被控对象，根据相应的控制指令和被测车辆的运行状况进行相关动作，控制相应的电磁阀，并将制动状态信息，如制动缸压力和电磁阀状态等信息反馈给制动控制系统模块，并可根据制动缸压力计算气制动力并反馈给运动与轮轨模型单元。

在本实施方式中，PC上位机作为人机交互单元，主要实现数据的监视和数据的注入功能。通过数据监视能够监视总线数据接口和控制数据接口所有的数据，同时能够监视控制模型模块的运行状态；通过数据注入功能能够对控制接口数据和总线接口数据进行数据的注入，并能够控制控制模型模块的运行。

需要说明的是，本实施方式只是优选控制模型模块包括上述各控制模型单元，根据需要还可以设备其他模型单元，以模拟车辆上其他组件。

综上所述，本发明所提供的轨道交通车辆控制设备的联合测试系统，实现了不同车辆控制设备的测试环境互联，形成整车系统级别的测试环境，从而实现不同车辆控制设备的系统联合测试，能够在装车之前，实现不同车辆控制设备之间的接口测试和集成测试，并能够模拟车辆现场运行工况，对所有的车辆控制设备进行整车级别的系统联合测试，避免不同车辆控制设备未经集成测试和系统联合测试就进行装车调试的情况，降低了调试的风险，缩短调试的周期，提升产品的可靠性。同时能够进行任意工况的模拟，解决了现场调试无法进行一些具有破坏性的试验或者有危险的试验的问题，使得测试和调试更加充分。

以上对本发明所提供一种轨道交通车辆控制设备的联合测试系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。