专利名称：集成化列车超速防护车载设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及列车运行控制系统的安全控制领域，特别涉及一种集成化列车超速防护车载设备。
背景技术：
列车超速防护系统ATP(Automatic Train Protection)是高速铁路、地铁、城市轨道交通运行控制系统的组成部分之一，其主要用来提供速度限制信息以保持列车间的安全间隔，使列车在符合限制速度的标准下运行。列车超速防护车载设备是列车超速防护系统中的一个重要组成部分，其是依据从列车超速防护地面设备接收到的列车运行控制命令， 对列车进行实时速度监督的一种安全保障设备。目前，列车超速防护车载设备往往采用机柜安装，其组成设备较多，体积较大，价格较贵，并且主要用于动车组上。而既有机车上使用的车载设备为列车运行监控装置，但是列车运行监控装置的安全性、可靠性和可维护性水平都不及列车超速防护车载设备。面对国内数量巨大的既有机车，为了保证既有机车的行车安全，现有技术中的列车运行监控装置已不能满足需求，而是迫切需要一款具有高安全性、高可靠性及高可维护性的车载设备。
发明内容
针对现有的列车超速防护车载设备与列车运行监控装置的不足，本发明提供了一种同时适用于既有机车和动车组的集成化列车超速防护车载设备，具有体积小、安装方便、成本较低的特点，同时具有高安全性、高可靠性、可维护性强等特点。—种集成化列车超速防护车载设备，所述车载设备包括
主机背板，以及分别插接在所述主机背板上的对外扩展通信板卡、记录器板卡、多功能主机板卡和TIU输入输出板卡；
所述对外扩展通信板卡、记录器板卡和Tiu输入输出板卡通过所述主机背板提供的总线与所述多功能主机板卡进行信息交互。本发明的有益效果是本发明提供了一种集成化列车超速防护车载设备，具有成本低、体积小、重量轻等特点，不仅能应用于动车上，还能适用于安装条件苛刻的既有机车，便于安装和维护，并且本发明实施例提供的集成化列车超速防护车载设备在降低体积、重量和成本的同时，并没有降低其安全性，进一步提高了可靠性，本发明提供的集成化列车超速防护车载设备解决了现有列车超速防护车载设备很难大范围应用于既有机车的问题，为铁路发展做出了贡献。
图I为本发明实施例I的集成化列车超速防护车载设备的结构方框 图2为本发明实施例2的集成化列车超速防护车载设备的另一结构方框 图3为本发明实施例3的集成化列车超速防护车载设备的详细结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明确，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明主要用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。实施例一 本发明提供了一种集成化列车超速防护车载设备，具有成本低、体积小、重量轻等特点，既能应用于动车上，也能应用于既有机车上，并且还进一步提高了集成化列车超速防护车载设备的可靠性和可维护性。如图I所示，集成化列车超速防护车载设备包括主机背板，以及分别插接在所述主机背板上的对外扩展通信板卡、记录器板卡、多功能主机板卡和TIU输入输出板卡(TIU列车接口单兀，英文全称Train Interface Unit)；
对外扩展通信板卡、记录器板卡和TIU输入输出板卡通过上述主机背板提供的总线与上述多功能主机板卡进行信息交互。在本实施例中，对外扩展通信板卡通过多路串行接口与外部设备相连，从外部设备获得信息，并利用安全通信协议将从外部设备获得的信息通过主机背板提供的总线传送给多功能主机板卡；
记录器板卡，主要负责记录集成化列车超速防护车载设备的相关数据；
多功能主机板卡，是集成化列车超速防护车载设备的核心处理单元，用于对接收到的数据进行安全处理，并通过主机背板提供的总线利用TIU输入输出板卡进行安全输出；
Tiu输入输出板卡，通过主机背板提供的总线与多功能主机板卡进行信息交互，实现安全输出。本发明实施例提供的集成化列车超速防护车载设备具有成本低、体积小、重量轻等特点，不仅适用于动车，也适用于安装条件苛刻的既有机车，便于安装和维护，并且本发明实施例提供的集成化列车超速防护车载设备在降低体积、重量和成本的同时，并没有降低其安全性，进一步提高了集成化列车超速防护车载设备的可靠性。实施例二
本发明实施例提供的集成化列车超速防护车载设备能完成现有的列车超速防护系统中多台设备完成的功能。如图2所示，本实施例提供的集成化列车超速防护车载设备还包括滤波板卡、BTM功放板卡(BTM应答器信息接收单元,英文全称Balise Transmission Module)、BTM解码及通信板卡，上述板卡分别插接在主机背板上，通过主机背板提供的总线与多功能主机板卡进行信息交互；
其中，滤波板卡，用于滤除来自于外部电源的干扰；
BTM功放板卡，用于对接收到的应答器信息进行初步处理，将处理后的应答器信息传给BTM解码及通信板卡；BTM解码及通信板卡，用于完成应答器信息的进一步处理，并将得到的应答器用户报文传给多功能主机板卡使用。具体的，本实施例中的外部电源为既有机车或动车的IlOV直流电源，由于该集成化列车超速防护车载设备利用既有机车或动车的IlOV直流电源供电，为了适应既有机车或高速动车恶劣的电磁环境，本发明实施例中的滤波板卡具体用来隔离上述电磁环境和集成化列车超速防护车载设备之间的干扰；
BTM功放板卡，直接驱动BTM天线，通过BTM天线激活地面应答器并接收地面应答器发送的应答器信息，对接收到的应答器信息进行初步处理，并将处理结果传给BTM解码及通信板卡进一步处理；
BTM解码及通信板卡，对接收到的应答器信息进行解码处理，并利用安全通信协议将解码得到的应答器用户报文通过主机背板提供的总线传送给多功能主机板卡使用。进一步的，本发明实施例集成化列车超速防护车载设备中的主机背板除了为滤波 板卡、BTM功放板卡、BTM解码及通信板卡、对外扩展通信板卡、记录器板卡、多功能主机板卡、TIU输入输出板卡提供物理上的插装固定外，该主机背板中还包括电源模块，用于独立的为上述各个板卡提供电源；
具体为BTM功放板卡、BTM解码及通信板卡提供独立的、稳定可靠的24V直流电源，为对外扩展通信板卡、记录器板卡、多功能主机板卡提供独立的、稳定可靠的5V直流电源，为TIU输入输出板卡提供独立的、稳定可靠的5V和24V直流电源；
并且该主机背板提供的总线包含有多种通信总线，具体为BTM解码及通信板卡、对外扩展通信板卡、记录器板卡和多功能主机板卡提供稳定可靠的CAN总线(CAN控制器局域网，英文全称ControlIer Area Network),为多功能主机板卡和TIU输入输出板卡提供稳定可靠的并行总线。进一步的，本实施例中的对外扩展通信板卡通过多路串行接口与外部设备接口相连，具体是指与GSM-R (GSM for Railways)车载电台、以及带有多功能车辆MVB(Multifunction Vehicle Bus)总线接口、Profibus总线接口和其他串行接口的外部设备相连，并利用安全通信协议将从上述外部设备获得的信息通过主机背板提供的CAN总线传送给多功能主机板卡使用。相应的，记录器板卡接收、记录ATP车载设备的相关数据具体是指从主机背板提供的CAN总线和外部CAN总线接收通信信息帧进行分析处理，按照一定的处理规则记录集成化列车超速防护车载设备的运行状态等相关数据，并且该记录器板卡还能够记录轨道电路波形信息；
同时，该记录器板卡还能够接收并处理模拟量输入信息，如表征柴油机转速、列车管压力、制动缸压力、弓网电压、弓网电流等的模拟量信息；
另外，该记录器板卡还可以包括数据传输单元DTU (Data Transfer Unit),能够利用DTU将记录的信息通过远程无线网络实时传送到地面控制中心。相应的，多功能主机板卡是该集成化列车超速防护车载设备的核心处理单元，主要完成容错处理功能、通用轨道电路接收/译码功能、测速测距功能、车载线路数据存储及处理功能、应答器报文接收及处理功能、列控应用处理功能、制动输出及反馈检查功能、与DMI接口功能等(DMI人机界面单兀,英文全称Driver Machine Interface Unit)。
相应的，TIU输入输出板卡通过主机背板提供的总线与多功能主机板卡进行信息交互，并实现安全输出，具体是指采集机车工况输入信号，通过主机背板提供的并行总线传送给多功能主机板卡，并通过主机背板提供的并行总线接收多功能主机板卡的控制命令，进行控制命令输出；
同时，该TIU输入输出板卡还实时采集制动反馈信号，并通过主机背板提供的并行总线传送给多功能主机板卡，以便多功能主机板卡发现制动输出异常后，采取更加严格的制动输出，达到故障导向安全的目的。本发明实施例提供的集成化列车超速防护车载设备具有成本低、体积小、重量轻等特点，不仅适用于动车，也适用于安装条件苛刻的既有机车，便于车载设备的安装和维护，并且本发明实施例提供的ATP车载设备在降低体积、重量和成本的同时，并没有降低其安全性，进一步提高了列车超速防护车载设备的可靠性。 实施例三
本发明实施例详细提供了一种集成化列车超速防护车载设备，本实施例中的集成化列车超速防护车载设备中仅利用5块CPU就完成了信息采集、BTM信息解码及报文数据处理、轨道电路信息采集及解码、测速测距处理、内部安全通信交互、对外安全扩展通信、容错处理、核心运算、安全输入输出、数据记录与转储、向DMI显示、车载线路数据读取及处理等多个设备才能完成的功能；
本实施例仅以集成化列车超速防护车载设备中含有5块CPU为例进行说明，任何将本实施例中一块CPU完成的功能分成多块CPU进行处理的行为，都被本发明保护，另外，双核CPU相当于两块独立的CPU，能完成两块独立的CPU完成的功能，同样的，多核CPU相当于多块独立的CPU。如图3所示，该集成化列车超速防护车载设备的具体内容如下
主机背板为集成化列车超速防护车载设备提供CAN总线和并行总线等可靠通信连接，集成化列车超速防护车载设备中的5块CPU均有一个CAN接口与主机背板提供的CAN总线连接，分别为通信接口 I、通信接口 2、通信接口 3、通信接口 5、通信接口 6。相应的，BTM功放板卡具体包括驱动单元和信号处理单元；
驱动单元主要包括激励信号产生模块、滤波模块和初步放大模块；
其中，激励信号产生模块用于产生频率为27. 095MHz的应答器激励信号，通过BTM天线激活地面应答器，从而获得地面应答器发送的包含应答器信息的应答器上行链路信号；滤波模块用于对来自BTM天线的中心频率为4. 23±0. 28MHz的应答器上行链路信号进行滤波处理；
初步放大模块用于将滤波处理后的信号进行初步放大，并送给信号处理单元进行处
理；
信号处理单元包括放大模块和解调模块；
其中，放大模块用于对来自驱动单元的能量较小的应答器上行链路信号进行放大处
理；
解调模块用于将放大处理后的应答器上行链路信号解调为564. 48KHz的基带码，供BTM解码及通信板卡使用。相应的，BTM解码及通信板卡具体包括解码单元、通信接口 I,解码单元又进一步包括缓存模块、硬解码模块、软解码模块、2取2模块、状态检测模块和通信模块；
其中，缓存模块将来自信号处理单元的串行的564. 48KHz基带码存储在数据存储器内，方便后级译码处理器进行解码；
硬解码模块，由可编程逻辑器件完成硬件解码功能，在基带码整理模块准备足够的数据，校验基带码的合法性后，通过硬件解码得到应答器用户报文；
软解码模块由CPUl实现，在基带码整理模块准备足够的数据，校验了基带码的合法性后，通过软件解码可以得到应答器用户报文；
2取2模块，将来自硬解码模块和软解码模块的应答器用户报文通过相应的2取2算法后得到最终的应答器用户报文，并同时输出CD信号； 通信模块，通过通信接口 I与CAN总线相连，将最终得到的应答器用户报文按照安全通信协议,经由CAN总线发送给多功能主机板卡。相应的，对外扩展通信板卡包含CPU2、多路串口、通信接口 2 ；
其中，多路串口，用来与外部设备连接，具体与GSM-R车载电台进行连接，还可以与带有MVB总线接口、或Profibus总线接口、或其他串行接口的设备连接；
通信接口 2，用来与主机背板中的CAN总线相连；
CPU2是对外扩展通信板卡的核心单元，用于实现和外部设备的安全通信交互，将通过多路串口获得的信息利用通信接口 2，采用安全通信协议，通过主机背板中的CAN总线传送给多功能主机板卡进行处理。相应的，记录器板卡包含CPU3、数据存储单元、数据转存单元、模拟量采集单元、通信接口 3和通信接口 4 ；
其中，CPU3是记录器板卡的核心单元，与数据存储单元、数据转储单元、模拟量采集单元相连，用于控制各单元操作，并且CPU3通过通信接口 3与主机背板中的CAN总线连接，用于采集集成化列车超速防护车载设备的运行数据，通过通信接口 4与外部CAN总线连接，用于监听多功能主机板卡与DMI设备之间的通信数据；
数据存储单元，与CPU3连接，用于记录存储集成化列车超速防护车载设备的运行数据，分别存储于非易失性RAM和多媒体存储介质中；
数据转储单元，与CPU3连接，用于把多媒体存储介质中的数据导出，存储到移动存储介质，以便保证数据的安全存储，便于数据的分析和备案，其中数据转储单元还可以包括DTU接口，用来将多媒体存储介质中的数据通过无线网络传送到地面控制中心；
模拟量采集单元，与CPU3连接，通过相应传感器采集列车管压力、制动缸压力、柴油机转速、弓网电压、弓网电流、环境温度等信号，以便进行相应参数的计算和存储。相应的，多功能主机板卡包含第一信号调理单元、两个信号采集模块、第二信号调理单元、CPU4、CPU5、两个线路数据单元、四个通信接口、两个并口、一个串口，其中CPU4与CPU5可选用具有QEP外设接口、CAN接口、异步通讯串口接口、同步通讯串口接口、扩展接口和浮点运算单元的数字信号处理器或微处理器；
第一信号调理单元，与轨道电路接收线圈相连，用于对轨道电路接收线圈感应出的轨道电路信号进行滤波、限幅和隔离处理，并将得到的轨道电路信号提供给与其相连的信号采集单元，具体地，本实施例中的第一信号调理单元可由信号适配阻容网络、稳压管、隔离运算放大器和隔离电源芯片构成的电路组成；
两个信号采集单元，功能与结构完全相同，均与第一信号调理单元相连，并分别与CPU4和CPU5相连，用于对接收到的轨道电路信号进行A/D变换，并将变换后的数字信号各自提供给CPU4和CPU5进行译码处理，具体地，本实施例中的信号采集单元可由信号适配电阻网络和模数采集芯片构成的电路组成；
第二信号调理单元，与速度传感器相连，并分别与CPU4和CPU5相连，用于对速度传感器输出的脉冲信号进行滤波、限幅和隔离处理，并将处理得到的信号提供给CPU4和CPU5进行测速测距处理，具体地，本实施例中的第二信号调理单元可由阻容滤波网络、稳压管、t匕较器和光电稱合芯片构成的电路组成；
两个并行总线接口单元，功能与结构完全相同，均与主机背板中的并行总线相连，通过主机背板中的并行总线实现与TIU输入输出板卡的信息交互，用于对并行的数据、地址和 控制总线的隔离缓冲处理，实现两个CPU信息输出、输入信息获取和输出反馈信息获取的通道，具体地，本实施例中的并行总线接口单元可由逻辑控制芯片和电平转换芯片构成的电路组成；
两个线路数据单元，功能与结构完全相同，用于对车载线路数据的非易失性存储，具体地，本实施例中的线路数据单元可由大容量FLASH芯片组成；
上述CPU4和CPU5完成相同的功能，构成双CPU的运行平台，每个CPU均与信号采集模块、第一信号调理单元、第二信号调理单元、通信接口单元、并行总线接口单元和线路数据单元相连；两个CPU通过同步串口实现信息的交互和同步；每个CPU均完成2取2容错比较处理、轨道电路信号译码处理、测速测距处理、应答器报文数据接收及处理、车载存储线路数据读取及处理、动态限速曲线计算、控制命令输出和通信管理等功能，其中测速测距处理通过采集光电速度传感器信号、接收雷达速度传感器信号综合进行处理。上述CPU4利用通信接口 5与主机背板中的CAN总线相连，实现CPU4与BTM解码及通信板卡、对外扩展通信板卡、记录器板卡等的信息交互，并利用通信接口 7与DMI设备、记录器板卡相连，实现向DMI显示和数据记录功能；
相应的，CPU5同样利用通信接口 6实现CPU4与BTM解码及通信板卡、对外扩展通信板卡、记录器板卡等的信息交互，利用通信接口 8实现向DMI显示和数据记录功能，并且CPU5还通过串口 I与雷达测速传感器连接，综合光电测速传感器信息，以实现列车超速防护系统高精度的测速测距要求。相应的,在本实施例中,TIU输入输出板卡具体包含光I禹输入输出接口和继电器输出接口 ；
其中，光耦输入输出接口用于实时采集机车工况输入信号和制动反馈信号，并通过主机背板提供的并行总线将采集到的信号传送给多功能主机板卡进行处理；
继电器输出接口用于接收多功能主机板卡通过主机背板提供的并行总线传送过来的控制命令，进行安全输出，如紧急制动输出、常用制动输出、断牵引输出等。本发明实施例提供了一种集成化列车超速防护车载设备，其成本低、体积小、重量轻，适用于安装条件苛刻和价格敏感的既有机车，便于安装和维护，并且本发明实施例提供的集成化列车超速防护车载设备在降低体积、重量和成本的同时，并没有降低其安全性，由于采用系统化设计和简化设计，进一步提高了集成化列车超速防护车载设备的可靠性和可维护性，解决了现有列车超速防护车载设备很难大范围应用于既有机车的问题，为铁路发展做出了贡献。以上所述，仅为本发明较 佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.1、一种集成化列车超速防护车载设备，其特征在于，所述车载设备包括 主机背板，以及分别插接在所述主机背板上的对外扩展通信板卡、记录器板卡、多功能主机板卡和Tiu输入输出板卡； 所述对外扩展通信板卡、记录器板卡和Tiu输入输出板卡通过所述主机背板提供的总线与所述多功能主机板卡进行信息交互。
2.2、如权I所述的车载设备，其特征在于，所述主机背板还用于为所述对外扩展通信板卡、记录器板卡、多功能主机板卡和TIU输入输出板卡提供独立的、稳定可靠的直流电源。
3.3、如权I所述的车载设备，其特征在于，所述对外扩展通信板卡通过多路串行接口与外部设备相连，从所述外部设备获得信息，将所述信息通过所述主机背板提供的CAN总线传送给所述多功能主机板卡。
4.4、如权3所述的车载设备，其特征在于，所述外部设备包括GSM-R车载电台、或带有MVB总线接口、或Profibus总线接口、或其他串行接口的设备。
5.5、如权I所述的车载设备，其特征在于，所述记录器板卡用于通过所述主机背板提供的CAN总线和外部CAN总线接收并记录车载设备的相关数据。
6.6、如权5所述的车载设备，其特征在于，所述记录器板卡还包括 模拟量采集单元，用于采集模拟量输入信息，进行处理与记录； DTU接口单元，用于将记录的数据通过远程无线网络实时传送到地面控制中心。
7.7、如权I所述的车载设备，其特征在于，所述多功能主机板卡用于对通过所述主机背板提供的CAN总线接收到的数据进行安全处理，并通过所述主机背板提供的并行总线利用所述TIU输入输出板卡进行安全输出。
8.8、如权7所述的车载设备，其特征在于，所述多功能主机板卡包括与轨道电路接收线圈相连的第一信号调理单元；两个完全相同且分别与所述第一信号调理单元相连的信号采集单元；与速度传感器相连第二信号调理单元；与雷达测速传感器相连的串口单元；两个用于存储车载线路数据的线路数据单元。
9.9、如权I所述的车载设备，其特征在于，所述TIU输入输出板卡通过所述主机背板提供的并行总线与所述多功能主机板卡进行交互，实现安全输出。
10.10、如权9所述的车载设备，其特征在于，所述TIU输入输出板卡包括 光耦输入输出接口，用于采集机车工况输入信号和制动反馈信号，通过所述主机背板提供的并行总线传送给所述多功能主机板卡； 继电器输出接口，用于将所述多功能主机板卡的控制命令进行安全输出。
11.11、如权I所述的车载设备，其特征在于，所述车载设备还包括 插接在所述主机背板上的BTM解码及通信板卡，完成对应答器信息的解码，将得到的应答器用户报文通过所述主机背板提供的CAN总线传给所述多功能主机板卡。
12. 12、如权11所述的车载设备，其特征在于，所述车载设备还包括 分别插接在所述主机背板上的滤波板卡和BTM功放板卡； 所述滤波板卡，用来滤除来自外部电源的干扰； 所述BTM功放板卡，用来驱动BTM天线，激活地面应答器，并对接收到的应答器信息进行初步处理，将处理结果传送给所述BTM解码及通信板卡。
全文摘要
本发明公开了一种集成化列车超速防护车载设备，该集成化列车超速防护车载设备包括主机背板，以及分别插接在所述主机背板上的对外扩展通信板卡、记录器板卡、多功能主机板卡和TIU输入输出板卡；所述对外扩展通信板卡、记录器板卡和TIU输入输出板卡通过所述主机背板提供的总线与所述多功能主机板卡进行信息交互。本发明公开的集成化列车超速防护车载设备具有成本低、体积小、重量轻等特点，不仅能应用于动车上，还能适用于安装条件苛刻的既有机车，便于安装和维护，并且本发明实施例提供的集成化列车超速防护车载设备在降低体积、重量和成本的同时，并没有降低其安全性，进一步提高了集成化列车超速防护车载设备的可靠性。
文档编号B61L23/00GK102923165SQ201110229329
公开日2013年2月13日 申请日期2011年8月11日 优先权日2011年8月11日
发明者赵明, 刘中田, 邱宽民, 赵胜凯 申请人:北京交大思诺科技有限公司