專利名稱：車列實時控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車列控制系統(tǒng)，尤其是一種車列實時控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，隨著電子計算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，車列因控制系統(tǒng)復(fù)雜，系統(tǒng)龐大，眾 多的智能節(jié)點設(shè)備之間存在許多信息交互，實施網(wǎng)絡(luò)控制越來越形成一種必然趨勢。關(guān)于 車列、車列網(wǎng)絡(luò)控制，有比061375—1^^(11儀丨11 Communication Network)標(biāo)準(zhǔn)，它提出了 網(wǎng)絡(luò)雙線冗余，實時、高可靠、開放互聯(lián)的通信要求。TCN標(biāo)準(zhǔn)中定義的MVB (Multifunction Vehicle Bus)網(wǎng)絡(luò)，在國內(nèi)鐵路或地鐵行業(yè)已有使用，但使用過程都是采用進(jìn)口網(wǎng)卡或成 套系統(tǒng)設(shè)備，成本高，技術(shù)較封閉，難以在國內(nèi)的車列上大范圍推廣。作為眾多的現(xiàn)場總線之一，CAN(ControIler Area Network控制器局域網(wǎng))網(wǎng)絡(luò) 已經(jīng)廣泛運(yùn)用于汽車等諸多領(lǐng)域，具備可靠、開放互聯(lián)并且成熟通用的特點。如何靈活地運(yùn) 用在車列上，滿足車列設(shè)備間的特殊通信控制要求，還沒有完整的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種成本低、利于大規(guī)模推廣的車列實時控制系統(tǒng)。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的的它包括至少兩個智能控制節(jié)點，所述智能控制節(jié)點中包括一個主節(jié)點和至少一個 從節(jié)點，所述主節(jié)點與從節(jié)點之間通過雙CAN連接組網(wǎng)構(gòu)成。優(yōu)選地，每個智能控制節(jié)點包括車列控制應(yīng)用功能軟硬件模塊、基于實時協(xié)議的 通信控制模塊、信道冗余切換控制模塊、雙路CAN控制及驅(qū)動硬件模塊。優(yōu)選地，主節(jié)點的通信控制模塊將實施對CAN通信介質(zhì)分配的強(qiáng)制調(diào)度控制，發(fā) 送定時通信令牌，所有從節(jié)點的通信控制模塊將按照主節(jié)點信令要求占有或釋放網(wǎng)絡(luò)介質(zhì) 資源。通過令牌同步，各節(jié)點需要定時通信的數(shù)據(jù)的傳輸?shù)竭_(dá)時間與時延預(yù)先得到確認(rèn)。優(yōu)選地，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)資源劃分成若干等距的最小基本通信周期，每個基本周期分成 定時周期相與零星周期相兩部分，有實時要求的過程數(shù)據(jù)包將在定時周期相按照既定的時 間點進(jìn)行，無實時要求及零星的消息數(shù)據(jù)包將在零星周期相通過仲裁競爭完成。優(yōu)選地，基本周期進(jìn)一步衍生出特征周期，實時性要求低的過程數(shù)據(jù)將以較大的 特征周期通信。優(yōu)選地，進(jìn)行特征周期分配表計算時，主節(jié)點控制每個基本周期內(nèi)定時周期相分 配的過程數(shù)據(jù)包所需的時間小于定時周期相時間。優(yōu)選地，線路故障界定將以實際關(guān)聯(lián)的節(jié)點之間分段界定。優(yōu)選地，這里雙線冗余區(qū)別于簡單的雙線信號重復(fù)，容量不變。在雙線正常的狀態(tài) 下，它將實現(xiàn)雙倍容量進(jìn)行通信。本發(fā)明的車列實時控制系統(tǒng)參考TCN標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合CAN網(wǎng)絡(luò)的特點。我們采 用雙路CAN，實施冗余切換、實時通信控制方法，實現(xiàn)基于雙CAN的車列實時控制網(wǎng)絡(luò)?？梢?br> 3達(dá)到甚至超過MVB車列網(wǎng)絡(luò)的性能要求，并且?guī)淼统杀?、簡單易用的特點，便于推廣，從 而提高國內(nèi)車列控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)信息化程度。


圖1是本發(fā)明第一實施例的節(jié)點構(gòu)成與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D；圖2是本發(fā)明第一實施例的工作流程示意圖。本發(fā)明目的、功能及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。
具體實施例方式本發(fā)明參考TCN標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合CAN網(wǎng)絡(luò)的特點。我們采用雙路CAN，實施冗余 切換、實時通信控制方法，實現(xiàn)基于雙CAN的車列實時控制網(wǎng)絡(luò)。可以達(dá)到甚至超過MVB車 列網(wǎng)絡(luò)的性能要求，并且?guī)淼统杀?、簡單易用的特點，便于推廣，從而提高國內(nèi)車列控制 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)信息化程度。如圖1所示，本發(fā)明的第一實施例本發(fā)明基于雙CAN的車列實時控制網(wǎng)絡(luò)由車列 上若干智能控制節(jié)點，通過雙CAN連接組網(wǎng)構(gòu)成，每個智能控制節(jié)點包括車列控制應(yīng)用功 能軟硬件模塊、基于實時協(xié)議的通信控制模塊、信道冗余切換控制模塊、雙路CAN控制及驅(qū) 動硬件模塊等4塊。本網(wǎng)絡(luò)里，實現(xiàn)實時通信主動控制的節(jié)點將成為主節(jié)點，并且只有一 個，其它實現(xiàn)實時通信從動控制的節(jié)點將稱為從節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)的主從功能與應(yīng)用功能無關(guān)。對 于車列網(wǎng)絡(luò)控制的應(yīng)用，智能節(jié)點設(shè)備的構(gòu)成除了應(yīng)用功能軟硬件模塊之外，其余三塊屬 于本發(fā)明部分，區(qū)別于當(dāng)前其他網(wǎng)絡(luò)智能節(jié)點設(shè)備的通信控制實現(xiàn)部分。車列控制應(yīng)用功能軟硬件模塊，用于實現(xiàn)車列的控制功能，如實現(xiàn)司機(jī)控制指令、 車列速度、電機(jī)電流、設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)采集，車列電路系統(tǒng)的邏輯控制，車列電機(jī)的牽引控 制，故障診斷等等，這些功能將分布于車列各個智能控制節(jié)點里。與CAN多主通信無主從節(jié)點區(qū)分不同，本網(wǎng)絡(luò)實行主從式通信模式，主節(jié)點的通 信控制模塊將實施對CAN通信介質(zhì)分配的強(qiáng)制調(diào)度控制，發(fā)送定時通信令牌，所有從節(jié)點 的通信控制模塊將按照主節(jié)點信令要求占有或釋放網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)資源，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)資源指網(wǎng)絡(luò)通 信信號傳輸時占據(jù)的物理信道，即節(jié)點之間網(wǎng)絡(luò)連接線。通過令牌同步，各節(jié)點需要定時通 信的數(shù)據(jù)的傳輸?shù)竭_(dá)時間與時延預(yù)先得到確認(rèn)。網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)資源分配策略將網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)資源劃分成若干等距的最小基本通信周期，每 個基本周期分成定時周期相與零星周期相兩部分，有實時要求的過程數(shù)據(jù)包將在定時周期 相按照既定的時間點進(jìn)行，無實時要求及零星的消息數(shù)據(jù)包將在零星周期相通過仲裁競爭 完成，仲裁過程在CAN通信中有詳細(xì)描述，即在同一條通信線(通信介質(zhì))，當(dāng)多個節(jié)點試圖 在同一時段啟動通信時，將會造成信號重疊，數(shù)據(jù)被破壞的狀況，所有節(jié)點的通信都可能失 敗，為了解決該問題，CAN通信規(guī)定了一種仲裁機(jī)制，在不破壞各節(jié)點數(shù)據(jù)的情況下，讓各節(jié) 點按照特定輪流占用通信線。為了滿足不同的實時性需求，以基本周期為基礎(chǔ)，衍生出特征 周期，η次特征周期的時間將是基本周期時間的2的η次方倍，實時性要求低的過程數(shù)據(jù)將 以較大的特征周期通信，根據(jù)最低的實時要求，將決定最大特征周期的N值，一般取值3 8。進(jìn)行特征周期表計算時，主節(jié)點必須保證每個基本周期內(nèi)定時周期相分配的過程數(shù)據(jù)包 所需的時間小于定時周期相時間。上述實時要求具體指在發(fā)生通信時，從啟動通信到完成
4通信的時限要求，每次發(fā)生必須是確定的時間完成。一般的因特網(wǎng)是非實時的，或快或慢， 沒有確定的時間。如圖2所示系統(tǒng)上電初運(yùn)行時，首先完成CAN控制器的初始化，然后進(jìn)入到主節(jié)點 競選過程所有節(jié)點，上電一開始，在設(shè)定的時間內(nèi)，當(dāng)沒有監(jiān)測接收到主節(jié)點同步令牌或 其他標(biāo)識主節(jié)點信息的數(shù)據(jù)時，將發(fā)送主節(jié)點競選幀。不同節(jié)點因啟動發(fā)送時刻的不同，并 結(jié)合CAN通信的仲裁機(jī)制，第一個成功完成發(fā)送競選幀并且獲得確認(rèn)的節(jié)點將獲得主節(jié)點 權(quán)利。通過競爭與確認(rèn)流程網(wǎng)絡(luò)中最終將產(chǎn)生唯一的主節(jié)點，其它節(jié)點自動進(jìn)入從節(jié)點狀 態(tài)，并將自己的過程數(shù)據(jù)包數(shù)量及對應(yīng)的實時要求等通信信息發(fā)送給主節(jié)點，主節(jié)點通過 運(yùn)算確定最大特征周期，產(chǎn)生特征周期分配表，并通知發(fā)送到所有節(jié)點，完成實時協(xié)議的初 運(yùn)行后。之后，在每次最大特征周期的開始，主節(jié)點將廣播發(fā)送用于同步的的數(shù)據(jù)幀，各從 節(jié)點收到同步令牌后，將按照既定的特征周期及基本周期定時相位置，獲得同步，啟動過程 數(shù)據(jù)包的發(fā)送。在同一基本周期的定時周期相內(nèi)，多個過程數(shù)據(jù)包將不區(qū)分先后順序，將利 用CAN的基于優(yōu)先級的總線仲裁自由發(fā)送，可以減少許多調(diào)度運(yùn)算，優(yōu)化通信的實時性能。 在每個零星周期相，所有消息數(shù)據(jù)包都將可能同時嘗試發(fā)送，無論發(fā)送完成與否，在零星周 期相完成前，必須關(guān)閉發(fā)送，避免影響周期相的數(shù)據(jù)通信，未完成的消息數(shù)據(jù)通信將在下一 零星周期相再次啟動。當(dāng)發(fā)現(xiàn)主節(jié)點丟失，自身無法競爭獲得主節(jié)點地位時，從節(jié)點將按與預(yù)先設(shè)定的 特征周期表，虛擬節(jié)點內(nèi)部令牌，按照虛擬令牌啟動通信，嘗試進(jìn)行基本通信。在物理鏈路層，將實施信道冗余切換控制，一上電，所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點將實時監(jiān)視判斷 兩路CAN(這里稱之為A線和B線)的通信狀態(tài)，包括節(jié)點數(shù)據(jù)鏈路、隔離驅(qū)動電路和外部 傳導(dǎo)網(wǎng)線的連接等。然后實施分段界定信任和非信任狀態(tài)的通信控制策略。這里通信狀態(tài) 的分段對象將不是節(jié)點物理端口或整條線路而是具體到一個數(shù)據(jù)包所對應(yīng)的源節(jié)點到目 的節(jié)點之間的通信路徑，通過細(xì)化到每個數(shù)據(jù)包通信路徑，網(wǎng)絡(luò)的通信狀態(tài)將以所有數(shù)據(jù) 包的通信路徑進(jìn)行分段界定和標(biāo)識，地維持正常通信。通常的雙線冗余，例如在MVB網(wǎng)絡(luò)中，A、B線的分工是一組界定為信任線，另一組 界定為監(jiān)視線，只能由信任線承擔(dān)通信任務(wù)，監(jiān)視線處于同步重復(fù)的發(fā)送接收或備用狀態(tài)。 在這里，不單獨設(shè)定監(jiān)視線，雙線都可同時承擔(dān)信任線的角色承擔(dān)通信任務(wù)，并相互監(jiān)視通 信狀態(tài)。此時在定時周期相，所有過程數(shù)據(jù)包將設(shè)定在A、B線之間輪流交替進(jìn)行通信。出 現(xiàn)故障，當(dāng)某個數(shù)據(jù)包對應(yīng)的A線或B線通信路徑中一個處于非信任態(tài)時，該數(shù)據(jù)包將在唯 一的信任線進(jìn)行通信，其結(jié)果是該數(shù)據(jù)包的通信周期延長為雙線通信時的2倍，實時周期 通信的特性保持不變，滿足一般實時通信控制的需要。出現(xiàn)故障，當(dāng)某個數(shù)據(jù)包對應(yīng)的A線 或B線通信路徑都均處于非信任態(tài)時，該數(shù)據(jù)包無法通信。相反，在正常的情況下，所有數(shù) 據(jù)包將利用A、B線路資源同時進(jìn)行通信，在相同的實時要求條件下，此方式的通信容量實 現(xiàn)了單信任線方式下的2倍。對于主節(jié)點，除了完成從節(jié)點相同的功能，還將對網(wǎng)絡(luò)里所有的通信狀態(tài)信息匯 總，解析報告。雙路CAN控制及驅(qū)動硬件模塊主要包括2個CAN控制器，可以使用獨立的CAN協(xié) 議芯片如sjalOOO或節(jié)點應(yīng)用處理器自帶的CAN控制器接口 ；以高速光耦HCPL-0611實現(xiàn)的接收發(fā)送隔離電路；以CAN驅(qū)動器TJA1050實現(xiàn)的CAN驅(qū)動電路等。
通過本發(fā)明，實時通信控制協(xié)議，可以實現(xiàn)與MVB通信等同的實時通信性能；而 且，主節(jié)點采取在每一個最大特征周期發(fā)送一次同步數(shù)據(jù)幀的方式，與MVB中主從幀配對 同步的方式相比，幾乎消除了對應(yīng)的所有主幀，按照MVB的主幀長度與有效從幀的長度比 例，容量約提升0. 3 0. 5倍。再次，本發(fā)明的冗余切換控制方式，在正常狀態(tài)下，雙路CAN 同時獨立使用，比TCN標(biāo)準(zhǔn)中的MVB雙線冗余方式，在相同波特率情況下，恰好提高1倍的 通信容量。綜合計算，即使本發(fā)明中的CAN線路采用波特率500Kbps，而MVB采用標(biāo)準(zhǔn)波特率 1. 5Mbps，兩者的通信容量卻大體相當(dāng)，而采用較低的波特率500Kbps相比波特率1. 5Mbps, 將更容易獲得較好的EMC效果和實現(xiàn)長距離的通信。 相比較于TCN網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點采用的MVB網(wǎng)卡，進(jìn)口價格都在2500元以上，而本發(fā)明 網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)接口主要包括雙路CAN的硬件，成本在300元以內(nèi)。 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用 本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān) 的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種車列實時控制系統(tǒng)，它包括至少兩個智能控制節(jié)點，其特征在于所述智能控制節(jié)點中包括一個主節(jié)點和至少一個從節(jié)點，所述主節(jié)點與從節(jié)點之間通過雙CAN連接組網(wǎng)構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的車列實時控制系統(tǒng)，其特征在于每個智能控制節(jié)點包括車列 控制應(yīng)用功能軟硬件模塊、基于實時協(xié)議的通信控制模塊、信道冗余切換控制模塊、雙路 CAN控制及驅(qū)動硬件模塊。
3.如權(quán)利要求1或2所述的車列實時控制系統(tǒng)，其特征在于主節(jié)點的通信控制模塊 將實施對CAN通信介質(zhì)分配的強(qiáng)制調(diào)度控制，發(fā)送定時通信令牌，所有從節(jié)點的通信控制 模塊將按照主節(jié)點信令要求占有或釋放網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)資源。通過令牌同步，各節(jié)點需要定時通 信的數(shù)據(jù)的傳輸?shù)竭_(dá)時間與時延預(yù)先得到確認(rèn)。
4.如權(quán)利要求3所述的車列實時控制系統(tǒng)，其特征在于網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)資源劃分成若干等 距的最小基本通信周期，每個基本周期分成定時周期相與零星周期相兩部分，有實時要求 的過程數(shù)據(jù)包將在定時周期相按照既定的時間點進(jìn)行，無實時要求及零星的消息數(shù)據(jù)包將 在零星周期相通過仲裁競爭完成。
5.如權(quán)利要求4所述的車列實時控制系統(tǒng)，其特征在于基本周期進(jìn)一步衍生出特征 周期，實時性要求低的過程數(shù)據(jù)將以較大的特征周期通信。
6.如權(quán)利要求5所述的車列實時控制系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)行特征周期分配表計算時， 主節(jié)點控制每個基本周期內(nèi)定時周期相分配的各過程數(shù)據(jù)包所需的時間和小于定時周期 相時間。
7.如權(quán)利要求1或2所述的車列實時控制系統(tǒng)，其特征還在于線路故障界定將以數(shù) 據(jù)包對應(yīng)的通信路徑分段界定。
8.如7所述的車列實時控制系統(tǒng)，其特征在于所述雙路CAN的兩組線路可同時處于 信任狀態(tài)并相互監(jiān)視。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種車列控制系統(tǒng)，尤其是一種車列實時網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。它包括至少兩個智能控制節(jié)點，所述智能控制節(jié)點中包括一個主節(jié)點和至少一個從節(jié)點，所述主節(jié)點與從節(jié)點之間通過雙CAN連接組網(wǎng)構(gòu)成。本發(fā)明的車列實時網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)參考TCN標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合CAN網(wǎng)絡(luò)的特點。我們采用雙路CAN，實施冗余切換、實時通信控制方法，實現(xiàn)基于雙CAN的車列實時控制網(wǎng)絡(luò)?？梢赃_(dá)到甚至超過MVB車列網(wǎng)絡(luò)的性能要求，并且?guī)淼统杀尽⒑唵我子玫奶攸c，便于推廣，從而提高國內(nèi)車列控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)信息化程度。
文檔編號G05B19/418GK101943898SQ200810198469
公開日2011年1月12日 申請日期2008年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月11日
發(fā)明者譚詩干 申請人:深圳市通業(yè)科技發(fā)展有限公司