本發(fā)明涉及地面裝備車輛。更具體地，涉及一種地面裝備車輛的車載綜合控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

車載綜合控制系統(tǒng)安裝于地面裝備車輛上，用于地面裝備車輛各車載分系統(tǒng)的控制及狀態(tài)監(jiān)測功能。

目前地面裝備車輛的車載設(shè)備被劃分成多個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)都有一臺計(jì)算機(jī)，完成子系統(tǒng)的控制計(jì)算、采集監(jiān)測以及通信功能，各個(gè)子系統(tǒng)協(xié)同完成車輛任務(wù)控制過程，且大多采用單余度系統(tǒng)。在該體系架構(gòu)下，整個(gè)車輛的控制功能分散、設(shè)備資源重復(fù)、信息交互過程繁瑣，同時(shí)各個(gè)子系統(tǒng)自成體系，導(dǎo)致信息分散無法共享，一旦某個(gè)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，則整個(gè)任務(wù)過程將被中斷，如果采用冷備份的方式提高可靠性，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的備份設(shè)備過多，提高系統(tǒng)成本，同時(shí)冷備份方案需要人為干預(yù)才能完成系統(tǒng)恢復(fù)同樣會(huì)中斷任務(wù)過程，這樣會(huì)大幅度降低系統(tǒng)的任務(wù)反應(yīng)速度，如果采用熱備份的方式，針對每臺計(jì)算機(jī)進(jìn)行熱備份會(huì)提高整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜度，反而會(huì)降低整體可靠性，無法實(shí)現(xiàn)未來地面裝備車輛低成本、高可靠、信息化的發(fā)展需求。

車載綜合控制系統(tǒng)作為地面裝備車輛的地面核心系統(tǒng)，其性能直接影響裝備性能，其可靠性和自動(dòng)化程度直接決定和影響裝備的生存能力和快速反應(yīng)能力。因此，需要提供一種一體化、集成化、信息化的高可靠性的地面裝備車輛的車載綜合控制系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種地面裝備車輛的車載綜合控制系統(tǒng)，解決以往地面裝備車輛電氣系統(tǒng)復(fù)雜度高、可靠性低、故障修復(fù)時(shí)間長、通用性擴(kuò)展性差的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種地面裝備車輛的車載綜合控制系統(tǒng)，包括作為地面裝備車輛的集中控制計(jì)算處理中心的一臺綜合控制計(jì)算機(jī)、作為數(shù)據(jù)交換中心的兩個(gè)級聯(lián)以太網(wǎng)交換機(jī)和作為底層控制節(jié)點(diǎn)的多個(gè)基于plc的通用車載控制器；所述綜合控制計(jì)算機(jī)的電源模塊和cpu模塊均采用雙冗余熱備份方式；所述綜合控制計(jì)算機(jī)監(jiān)測記錄通用車載控制器上傳的數(shù)據(jù)；所述以太網(wǎng)交換機(jī)采用全雙工交換式以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)所述綜合控制計(jì)算機(jī)和所述通用車載控制器之間的數(shù)據(jù)通信；所述通用車載控制器分散的布置在底層執(zhí)行機(jī)構(gòu)附近，采集監(jiān)測底層執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳感器的數(shù)據(jù)并接收綜合控制計(jì)算機(jī)下發(fā)的控制命令完成對底層執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號輸出。

優(yōu)選地，所述綜合控制計(jì)算機(jī)包括仲裁模塊、主cpu模塊、備cpu模塊和兩個(gè)電源模塊；

主cpu模塊和備cpu模塊通過點(diǎn)對點(diǎn)的以太網(wǎng)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)同步；

主cpu模塊和備cpu模塊同時(shí)接收輸入設(shè)備的輸入信號并同步進(jìn)行任務(wù)處理，主cpu模塊還進(jìn)行任務(wù)處理結(jié)果輸出；

主cpu模塊和備cpu模塊均間隔固定時(shí)間向仲裁模塊發(fā)送心跳數(shù)據(jù)及自身運(yùn)行狀態(tài)信息；

仲裁模塊對主cpu模塊和備cpu模塊進(jìn)行故障分析判定和主備切換，當(dāng)仲裁模塊判定主cpu模塊出現(xiàn)故障后，當(dāng)仲裁模塊在一定時(shí)間內(nèi)未收到某個(gè)cpu模塊的心跳信號或者對自身運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行故障分析判斷某個(gè)cpu模塊出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行主備切換使得另一個(gè)cpu模塊進(jìn)行任務(wù)處理及任務(wù)處理結(jié)果輸出，同時(shí)將出現(xiàn)故障的cpu模塊進(jìn)行斷電處理。

優(yōu)選地，所述固定時(shí)間為10ms。

優(yōu)選地，所述兩個(gè)級聯(lián)以太網(wǎng)交換機(jī)的兩個(gè)以太網(wǎng)接口對外均采用虛擬mac地址方式，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)以太網(wǎng)接口對外的ip地址相同。

優(yōu)選地，所述底層執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括車輛底盤、供配電設(shè)備、調(diào)溫設(shè)備和調(diào)平起豎機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明所述技術(shù)方案改變了傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)架構(gòu)，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度、設(shè)計(jì)成本，實(shí)現(xiàn)了地面裝備車輛的信息共享，提高了系統(tǒng)可靠性、擴(kuò)展性，同時(shí)因?yàn)闇p少了系統(tǒng)內(nèi)計(jì)算機(jī)數(shù)量以及設(shè)備間的電纜，節(jié)約了安裝空間減少了車載設(shè)備重量，提高了地面裝備車輛的整體性能。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1示出地面裝備車輛的車載綜合控制系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明公開的地面裝備車輛的車載綜合控制系統(tǒng)將原有地面裝備車輛上各子系統(tǒng)進(jìn)行集成化、通用化、信息化設(shè)計(jì)，采用新的電氣體系架構(gòu)，取消各子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，采用一臺高性能高可靠性的綜合控制計(jì)算機(jī)作為地面裝備車輛的集中控制計(jì)算處理中心，完成對全車功能的綜合控制以及對裝備測試與控制功能。本發(fā)明公開的地面裝備車輛的車載綜合控制系統(tǒng)采用全雙工交換式以太網(wǎng)作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通道，將綜合控制計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)內(nèi)的信息中心，監(jiān)測記錄以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上的全部通信數(shù)據(jù)信息及通用車載控制器上傳的數(shù)據(jù)，上傳的數(shù)據(jù)包括所有車載設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，完成裝備及車輛的數(shù)據(jù)信息的集中存儲(chǔ)、處理功能，實(shí)現(xiàn)車輛所有信息的共享，降低系統(tǒng)復(fù)雜度，易于故障定位和過程回演，為將來實(shí)現(xiàn)地面裝備車輛的在線故障診斷與健康管理功能提供大數(shù)據(jù)支持服務(wù)，綜合控制計(jì)算機(jī)還根據(jù)輸入設(shè)備的輸入信號進(jìn)行任務(wù)處理并向通用車載控制器下發(fā)控制命令。本發(fā)明公開的地面裝備車輛的車載綜合控制系統(tǒng)采用基于plc的通用車載控制器作為底層控制節(jié)點(diǎn)，分散的布置在底層執(zhí)行機(jī)構(gòu)附近，采集監(jiān)測底層執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳感器的數(shù)據(jù)并接收綜合控制計(jì)算機(jī)下發(fā)的控制命令完成對底層執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號輸出，同時(shí)針對不同需求靈活配置通用車載控制器的數(shù)量和功能，提高了系統(tǒng)的通用性、擴(kuò)展性。

針對系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備綜合控制計(jì)算機(jī)采用雙冗余熱備份方式提高可靠性，通過對計(jì)算機(jī)的歷史故障點(diǎn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)電源模塊和cpu模塊的故障概率較高，因此對綜合控制計(jì)算機(jī)內(nèi)的電源模塊和cpu模塊進(jìn)行冗余熱備份設(shè)計(jì)，即綜合控制計(jì)算機(jī)內(nèi)包括兩個(gè)電源模塊、2個(gè)cpu模塊以及一個(gè)仲裁模塊，其中仲裁模塊用于對兩個(gè)cpu模塊進(jìn)行故障分析判定和主備切換，兩個(gè)cpu模塊的硬件設(shè)計(jì)完全相同，其中一個(gè)模塊作為主cpu模塊，另一個(gè)模塊作為備cpu模塊，仲裁模塊通過rs422串口與主cpu模塊和備cpu模塊連接，兩個(gè)cpu模塊均間隔固定時(shí)間向仲裁模塊發(fā)送心跳數(shù)據(jù)及自身運(yùn)行狀態(tài)信息，該固定時(shí)間可設(shè)置為10ms。仲裁模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測兩個(gè)cpu模塊的心跳數(shù)據(jù)并分析其運(yùn)行狀態(tài)信息，當(dāng)仲裁模塊在一定時(shí)間內(nèi)未收到某一個(gè)cpu模塊的心跳信號或者對自身運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行故障分析判斷某個(gè)cpu模塊出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行主備切換使得另一個(gè)cpu模塊進(jìn)行任務(wù)處理及任務(wù)處理結(jié)果輸出(工作即承擔(dān)發(fā)射控制任務(wù))，從而在不需要人為干預(yù)的情況下，自動(dòng)保證地面裝備車輛任務(wù)的繼續(xù)。綜合控制計(jì)算機(jī)上電后，兩個(gè)互為備份的cpu模塊同時(shí)加電工作，主cpu模塊和備cpu模塊同時(shí)接收輸入設(shè)備的輸入信號，同步進(jìn)行任務(wù)處理，但只有主cpu模塊對外進(jìn)行任務(wù)處理結(jié)果輸出，備cpu模塊不對外進(jìn)行任務(wù)處理結(jié)果輸出，當(dāng)仲裁模塊監(jiān)測到主cpu模塊出現(xiàn)故障后，切換到備cpu模塊進(jìn)行任務(wù)處理及任務(wù)處理結(jié)果輸出，同時(shí)仲裁模塊將主cpu模塊進(jìn)行斷電處理，待系統(tǒng)任務(wù)完成后進(jìn)行排故維修工作。主cpu模塊和備cpu模塊通過點(diǎn)對點(diǎn)的以太網(wǎng)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，保證彼此運(yùn)行狀態(tài)的一致性。

通用車載控制器，采用基于plc架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)模塊化產(chǎn)品，具有12路繼電器隔離io輸出，12路光耦隔離io輸入，12路模擬量輸入，12路模擬量輸出，同時(shí)具有高等級的防雨、抗震動(dòng)、抗惡劣環(huán)境特性。通用車載控制器主要實(shí)現(xiàn)io輸入監(jiān)測、io輸出控制、模擬量采集功能以及驅(qū)動(dòng)控制輸出，完成對底層執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制輸出及狀態(tài)監(jiān)測，包括對車輛底盤、供配電設(shè)備、調(diào)溫設(shè)備、調(diào)平起豎機(jī)構(gòu)的控制及監(jiān)測。由于plc具有良好的擴(kuò)展性、可靠性及環(huán)境適應(yīng)性，適合車載環(huán)境，同采用梯形圖語言進(jìn)行編程，簡化了軟件代碼的編寫、調(diào)試復(fù)雜度。地面裝備車輛采用通用車載控制器取代各子系統(tǒng)的集中控制設(shè)備，基于全車底層執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能進(jìn)行統(tǒng)籌合理配置，并根據(jù)位置實(shí)現(xiàn)就近安裝，減少系統(tǒng)內(nèi)線纜、降低復(fù)雜度，提高系統(tǒng)擴(kuò)展性可靠性，同時(shí)減少了車載備件數(shù)量。

本發(fā)明公開的地面裝備車輛的車載綜合控制系統(tǒng)采用雙冗余以太網(wǎng)作為系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備進(jìn)行信息交互的通信鏈路，同時(shí)采用兩個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)級聯(lián)的方式作為數(shù)據(jù)交換中心。綜合控制計(jì)算機(jī)的主cpu模塊和備cpu模塊、通用車載控制器都具有兩個(gè)互為熱備份的雙冗余以太網(wǎng)卡，通過兩個(gè)以太網(wǎng)接口分別連接每個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)，同時(shí)兩個(gè)級聯(lián)以太網(wǎng)交換機(jī)的兩個(gè)以太網(wǎng)接口對外采用虛擬mac地址方式，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)以太網(wǎng)接口對外的ip地址相同，同一時(shí)刻只有一個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)工作，另一個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)處于冗余熱備份狀態(tài)，當(dāng)正在工作的以太網(wǎng)交換機(jī)的網(wǎng)卡或以太網(wǎng)物理鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，冗余熱備份的以太網(wǎng)交換機(jī)的網(wǎng)卡可以實(shí)時(shí)的、自動(dòng)的切換到工作狀態(tài)，不間斷的繼續(xù)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)對于用戶編寫頂層應(yīng)用程序時(shí)，無需考慮底層網(wǎng)卡切換過程。采用兩個(gè)級聯(lián)的以太網(wǎng)交換機(jī)和雙冗余熱備份以太網(wǎng)交換機(jī)的網(wǎng)卡使得車載綜合控制系統(tǒng)內(nèi)以太網(wǎng)通信實(shí)現(xiàn)了雙冗余通信鏈路，減少了單點(diǎn)故障，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

目前的地面裝備車輛電氣系統(tǒng)采用單余度體系架構(gòu)，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)計(jì)算機(jī)種類繁多、功能重復(fù)、單點(diǎn)故障多，導(dǎo)致系統(tǒng)整體復(fù)雜度高、可靠性低、維修性差，不滿足地面裝備車輛高可靠、低成本、信息化發(fā)展趨勢，而本發(fā)明改變了傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)架構(gòu)，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度、設(shè)計(jì)成本，實(shí)現(xiàn)了地面裝備車輛的信息共享，提高了系統(tǒng)可靠性、擴(kuò)展性，同時(shí)因?yàn)闇p少了系統(tǒng)內(nèi)計(jì)算機(jī)數(shù)量以及設(shè)備間的電纜，節(jié)約了安裝空間減少了車載設(shè)備重量，提高了地面裝備車輛的整體性能。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。