轨道车辆和轨道车辆的牵引控制装置的制作方法

本实用新型涉及轨道交通技术领域，特别涉及一种轨道车辆的牵引控制装置和一种轨道车辆。

背景技术：

轨道交通的牵引逆变器通常使用标准的6U插件箱结构，该6U插件箱内部由很多板卡(主要包括：模拟量输入板卡、开关量输入板卡、开关量输出板卡、通信板卡、PCI管理板卡、电机控制板卡等)构成，各板卡之间通过背板总线PCI(Peripheral Component Interconnect，外设部件互连)的方式进行连接。

然而，由于板卡数量较多，上述连接方式存在如下问题：

1)每个板卡都需要独立的电源、相应的桥接芯片以及接插件连接至背板PCI总线上，造成资源和成本的浪费；

2)由于设备共享总线，系统难以区分不同数据流并采取相应保护措施，使得安全性差；

3)容错性差，由于任何单个IO连接点的错误都可能导致整个系统的崩溃，使得在总线发生故障时，对故障设备的隔离和定位非常困难；

4)大量的引脚数目带来了电气特性和机械特性问题，使得PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)空间、信号频率以及传输距离都受到制约。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种轨道车辆的牵引控制装置，该牵引控制装置成本低，通信实时性强、抗干扰能力强，且控制的可靠性高。

本实用新型的另一个目的在于提出一种轨道车辆。

为了实现上述目的，本实用新型第一方面提出了一种轨道车辆的牵引控制装置，该牵引控制装置包括：背板，所述背板上设置有电源接插件、CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)子网和SCI(serial communication interface，串行通信接口)总线；主控板卡，所述主控板卡通过整车CAN网络与所述轨道车辆的ATC(Automatic Traction Control，自动牵引力控制)系统相连；电机控制板卡，所述电机控制板卡通过所述CAN子网与所述主控板卡相连，且所述电机控制板卡通过所述SCI总线与所述主控板卡相连，所述电机控制板卡用于对所述轨道车辆的牵引电机进行控制；电源板卡，所述电源板卡通过所述电源接插件与所述主控板卡相连，以给所述主控板卡供电；其中，所述主控板卡、所述电源板卡和所述电机控制板卡均设置在6U插件箱中。

该实用新型的轨道车辆的牵引控制装置，采用CAN网络通信，具有实时性强、抗电磁干扰能力强、成本低以及可在高噪声环境中工作的优点，且具有可靠的错误处理和检错机制，从而在节点有严重错误的情况下自动退出总线功能，另外，当CAN通信瘫痪时，各板卡之间可通过SCI总线进行通信，提高了系统的可靠性。

另外，本实用新型的轨道车辆的牵引控制装置还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，轨道车辆的牵引控制装置还包括：过压保护板卡，所述过压保护板卡通过所述CAN子网与所述主控板卡相连，且所述过压保护板卡通过所述SCI总线与所述主控板卡相连，所述过压保护板卡用于对所述轨道车辆的牵引电机主回路进行过压保护。

在一些示例中，所述主控板卡还与所述牵引电机主回路中的高压配电箱相连，以对所述高压配电箱进行配电控制。

在一些示例中，所述主控板卡包括：输入开关量采集电路，所述输入开关量采集电路与所述轨道车辆司控台的开关量输入电路相连；输出开关量电路，所述输出开关量电路与所述高压配电箱中的可控开关相连；主控芯片，所述主控芯片分别与所述输入开关量采集电路、所述输出开关量电路相连，所述主控芯片根据所述轨道车辆司控台的开关量输入电路输入的开关量，通过所述输出开关量电路对所述高压配电箱中的可控开关进行通断控制。

在一些示例中，所述可控开关包括接触器和接触器的辅助触点，所述输入开关量采集电路还与所述辅助触点相连，所述主控板卡还包括：报警电路，所述报警电路与主控芯片相连，其中，所述主控芯片用以在所述辅助触点的实际状态与控制状态不一致时，控制所述报警电路向整车发出报警信号。

在一些示例中，所述主控板卡还包括：模拟量采样电路，所述模拟量采样电路分别与所述高压配电箱中的电流传感器、电压传感器和漏电传感器相连；其中，所述主控芯片还与所述模拟量采样电路相连，以根据所述模拟量采样电路采样得到的模拟量对所述报警电路和所述输出开关量电路进行控制。

在一些示例中，所述电源板卡包括第一电源输出电路、第二电源输出电路和第三电源输出电路，所述第一电源输出电路、所述第二电源输出电路和所述第三电源输出电路均通过所述背板与所述主控板卡相连，以分别给所述主控板卡提供+24V、±15V和+110V电源，其中，±15V电源用于给所述高压配电箱中的电流传感器、电压传感器和漏电传感器供电，+110V电源用于电源监控以及给所述输入开关量采集电路供电，+24V用于给所述控制板卡内的低压电路供电。

为了实现上述目的，本实用新型第二方面提出了一种轨道车辆，包括本实用新型第一方面提出的轨道车辆的牵引控制装置。

根据本实用新型实施例的个轨道车辆，采用上述实施例的轨道车辆的牵引控制装置，采用CAN通信，实时性强、抗电磁干扰能力强、成本低以及可在高噪声环境中工作，且具有可靠的错误处理和检错机制，从而在节点有严重错误的情况下自动退出总线功能，另外，当CAN通信瘫痪时，各板卡之间可通过SCI总线进行通信，提高了系统的可靠性。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的轨道车辆的牵引控制装置的结构框图；

图2是根据本实用新型另一个实施例的轨道车辆的牵引控制装置的结构框图；

图3是根据本实用新型一个示例的主控板卡的结构框图；

图4是根据本实用新型一个示例的电源板卡的结构示意图；

图5是根据本实用新型一个具体实施例的轨道车辆的牵引控制装置的结构示意图；

图6是根据本实用新型实施例的轨道车辆的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图1-6描述本实用新型实施例的轨道车辆和轨道车辆的牵引控制装置。

图1是根据本实用新型一个实施例的轨道车辆的牵引控制装置的结构框图。

如图1所示，该轨道车辆的牵引控制装置10包括：背板11、主控板12、电机控制板卡13和电源板卡14。

其中，背板11上设置有电源接插件111、CAN子网112和SCI总线113；主控板卡12通过整车CAN网络1与轨道车辆的ATC系统2相连；电机控制板卡13通过CAN子网112与主控板卡12相连，且电机控制板卡13通过SCI总线113与主控板卡12相连；电源板卡14通过电源接插件111与主控板卡12相连，以给主控板卡12供电；主控板卡12、电源板卡14和电机控制板卡13均设置在6U插件箱3中，主控板卡12根据ATC系统2发送的控制指令，通过电机控制板卡13对轨道车辆的牵引电机进行控制。

具体地，电源板卡14通过电源接插件111给主控板卡12供电，主控板卡12通过整车CAN网络1接收轨道车辆的牵引制动指令并计算出相应的扭矩需求，以获取扭矩命令，然后将扭矩命令通过CAN子网112或者SCI总线113发送至电机控制板卡13，实现对轨道车辆的牵引电机的控制。其中，电机控制板卡13和主控板卡12之间可优先通过CAN子网112进行通信，当CAN通信瘫痪后，可采用SCI总线进行通信。

本实用新型实施例的轨道车辆的牵引控制装置，主控板卡和电机控制板卡之间采用CAN网络通信方式，使得通信具有实时性强、抗电磁干扰能力强、成本低以及可在高噪声环境中工作的优点，且具有可靠的错误处理和检错机制，从而在节点有严重错误的情况下自动退出总线功能，主控板卡和电机控制板卡之间还采用SCI总线作为冗余通信方式，提高了控制的可靠性。

在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，轨道车辆的牵引控制装置10还包括过压保护板卡15。过压保护板卡15通过CAN子网112与主控板卡12相连，且过压保护板卡15通过SCI总线113与主控板卡12相连。

其中，主控板卡12还通过过压保护板卡15对轨道车辆的牵引电机主回路进行过压保护。

在该实施例中，主控板卡12和过压保护板卡15之间通过背板11上的CAN子网112和SCI总线113实现CAN、SCI两种通信方式，正常情况下，以CAN通信作为首选通信方式，当CAN通信瘫痪时，主控板卡12和过压保护板卡15之间采用SCI作为冗余通信方式，由此，保证了该牵引控制装置控制的可靠性。

在本实用新型的一个实施例中，如图3所示，主控板卡12还与牵引电机主回路中的高压配电箱4相连，以对高压配电箱4进行配电控制。

在本实用新型的一个示例中，参照图3，主控板卡12可以包括：输入开关量采集电路121、输出开关量电路122和主控芯片123。

其中，输入开关量采集电路121与轨道车辆司控台的开关量输入电路5相连；输出开关量电路122与高压配电箱4中的可控开关相连；主控芯片123分别与输入开关量采集电路121、输出开关量电路122相连，主控芯片123根据轨道车辆司控台的开关量输入电路5输入的开关量，通过输出开关量电路122对高压配电箱4中的可控开关进行通断控制。

具体地，司机根据需求通过司控台的开关量输入电路5输入开关量，例如手柄方向、紧急牵引和安全制动等，通过输入开关量采集电路121采集开关量输入电路5中的开关量并发送至主控芯片123，主控芯片123根据该开关量，通过输出开关量电路122对高压配电箱4中的可控开关进行通断控制。主控板卡12还通过输入开关量采集电路121以及整车CAN网络1接收轨道车辆高压上电/退电命令，通过输出开关量电路122来控制高压配电箱4中的预充接触器、高速断路器以及主接触器等的吸合和断开。

进一步地，参照图3，可控开关包括接触器和接触器的辅助触点，输入开关量采集电121还与辅助触点相连，主控板卡12还包括报警电路124。

其中，报警电路124与主控芯片123相连，主控芯片123用以在辅助触点的实际状态与控制状态不一致时，控制报警电路124向整车发出报警信号。可选地，接触器可以包括预充接触器、高速断路器以及主接触器等。

具体地，输入开关量采集电路121对高压配电箱4中各接触器的辅助触点的实际状态进行检测，主控芯片123判断辅助触点的实际状态与控制状态(输出开关量电路122发送给接触器的控制状态)是否一致，如果不一致，主控芯片123控制报警电路124向整车发出报警信号。

更进一步地，参照图3、5，主控板卡12还包括模拟量采样电路125。模拟量采样电路125分别与高压配电箱4中的电流传感器41、电压传感器42和漏电传感器43相连。

其中，主控芯片123还与模拟量采样电路125相连，以根据模拟量采样电路125采样得到的模拟量对报警电路124和输出开关量电路122进行控制。

可选地，电流传感器41和电压传感器42均可以为霍尔传感器。

具体地，模拟量采样电路125采集高压配电箱4中电流传感器41、电压传感器42和漏电43的输出信号，并发送至主控芯片123，当主控芯片123检测到电压低于一定数值时，主控芯片123向整车CAN网络1发出高压欠压故障，并控制报警电路124报警；当检测到电流高于一定数值时，主控芯片123向整车CAN网络1发出过流故障并控制报警电路124报警；当检测到漏电信号发生时，主控芯片123控制输出开关量电路122断开告高速断路器以及主接触器等，从而控制高压退电。

在该示例中，将输入开关量采集电路121、模拟量采样电路125、输出开关量电122和主控芯片123集成到主控板卡12上，即将司控台信号采集功能、辅助高压上电功能以及牵引/电制动力计算等功能集成在一个主控板卡12中实现，由此，节省了电源、桥接芯片以及接插件的数量，从而降低了成本。

在本实用新型的一个示例中，如图4、5所示，电源板卡14包括第一电源输出电路141、第二电源输出电路142和第三电源输出电路143，第一电源输出电路141、第二电源输出电路142和第三电源输出电路143均通过背板11与主控板卡12相连，以分别给主控板卡12提供+24V、±15V和+110V电源，其中，±15V电源用于给高压配电箱4中的电流传感器41、电压传感器42和漏电传感器43供电，+110V电源用于电源监控以及给输入开关量采集电路121供电，+24V用于给主控板卡12内的低压电路供电。

具体地，参见图5，主控板卡12还可以包括板卡供电电路126和传感器供电电路127，板卡供电电路126通过背板11分别与第一电源输出电路141、第二电源输出电路142、第三电源输出电路143相连，以及分别与传感器供电电路127、输入开关量采集电路121和主控板卡12内的低压电路(包括主控芯片123等)相连，以将±15V电源用于电流传感器41、电压传感器42和漏电传感器43供电，+110V电源用于电源监控以及给输入开关量采集电路121供电，+24V用于给主控板卡12内的低压电路供电。

综上所述，本实用新型的轨道车辆的牵引控制装置，通过主控板卡实现模拟量输入、开关量输入和开关量输出，节省了电源、桥接芯片以及接插件的使用数量，节省了成本；把CAN通信作为各板卡之间的主要通信方式，CAN通信具有以下特点：实时性强、抗电磁干扰能力强、成本低，可在高噪声干扰环境中工作；具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过CAN控制器挂到CAN总线上，形成多主机局域网络；可靠的错误处理和检错机制，发送的信息遭到破坏后，可总动重发，节点在错误严重的情况下具有自动退出总线功能；各板卡之间通过CAN和SCI两种通信方式，当CAN通信瘫痪时，各板卡之间通过SCI的方式进行通信，提高了系统的可靠性。

图6是根据本实用新型实施例的轨道车辆的结构框图。

如图6所示，该个轨道车辆100包括上述实施例的轨道车辆的牵引控制装置10。

本实用新型的轨道车辆，采用上述实施例的牵引控制装置，采用CAN通信，实时性强、抗电磁干扰能力强、成本低以及可在高噪声环境中工作，且具有可靠的错误处理和检错机制，从而在节点有严重错误的情况下自动退出总线功能，另外，当CAN通信瘫痪时，各板卡之间可通过SCI总线进行通信，提高了系统的可靠性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。