轨道交通牵引控制装置的制作方法

[0001]
本实用新型实施例涉及轨道交通车辆控制领域，更具体地说，涉及一种轨道交通牵引控制装置。


背景技术：

[0002]
城市轨道交通为采用轨道结构进行承重和导向的车辆运输系统，由于其具有节能、省地、运量大、全天候、无污染(或少污染)又安全等特点，城市轨道交通已逐渐发展成城市公共交通的骨干，特别适用于大中城市。
[0003]
随着全民安全意识不断提高和无人驾驶逐渐推行，城市轨道交通对安全的需求也在不断提高。对于轨道交通的牵引系统来说，牵引切除功能无疑是最受关注、最关键的安全功能之一。
[0004]
如图1所示，传统的牵引切除功能由牵引控制装置12通过mvb(multifunction vehicle bus,多功能车辆总线)通讯方式接收vcu(vehicle controller unit，动力总成控制器)/tcms(train control and management system,列车控制和管理系统)11下达的切除指令，经过牵引控制装置12内部的mvb功能模块121和主控制单元122进行解码并判断后发出切除信号到驱动信号接口123，以切断输出到驱动单元13的驱动信号，从而达到牵引切除的目的。
[0005]
上述的牵引切除方案虽然能实现正常的牵引切除功能，但整个切除完成需通过通讯安全、解码和逻辑安全、切除信号电路安全，三者缺一不可，整个实现过程繁琐，参与元素多，不仅开发投入很大，而且安全完整性等级也相对不高。


技术实现要素：

[0006]
本实用新型实施例针对上述牵引切除方案过程复杂、参与元素多、安全完整性等级不高的问题，提供一种新的轨道交通牵引控制装置。
[0007]
本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种轨道交通牵引控制装置，包括牵引切除单元、用于向逆变模块输出驱动信号的驱动单元以及用于为所述驱动单元供电的供电电源，所述牵引切除单元包括第一驱动子单元和第一隔离开关，且所述第一隔离开关串联连接在所述供电电源的直流输出端和驱动单元的电压输入端之间；所述第一驱动子单元的输出端连接到所述第一隔离开关的控制端，并根据接收到的切除信号对所述第一隔离开关进行通断控制。
[0008]
优选地，所述第一驱动子单元包括第一输入电路和第一恒流电路，且所述第一驱动子单元通过第一输入电路接收来自整车的切除信号；所述第一恒流电路的输入端与所述第一输入电路连接、输出端与所述第一隔离开关的控制端连接，且所述第一恒流电路在所述切除信号有效时输出使所述第一隔离开关导通的第一电平、在所述切除信号无效时输出使所述第一隔离开关断开的第二电平。
[0009]
优选地，所述牵引切除单元还包括第二驱动子单元和第二隔离开关，且所述第二
隔离开关串联连接在所述供电电源的直流输出端和驱动单元的电压输入端之间；所述第二驱动子单元的输出端连接到所述第二隔离开关的控制端，并根据接收到的切除信号对所述第二隔离开关进行通断控制。
[0010]
优选地，所述第二驱动子单元包括第二输入电路和第二恒流电路，且所述第二驱动子单元通过第二输入电路接收来自整车的切除信号；所述第二恒流电路的输入端与所述第二输入电路连接、输出端与所述第二隔离开关的控制端连接，且所述第二恒流电路在所述切除信号有效时输出使所述第二隔离开关导通的第一电平、在所述切除信号无效时输出使所述第二隔离开关断开的第二电平。
[0011]
优选地，所述第一输入电路或者第二输入电路分别包括防反电路、滤波浪涌吸收电路，且所述防反电路串联连接在正直流母线上，所述滤波浪涌吸收电路连接在所述正直流母线和负直流母线之间。
[0012]
优选地，所述切除信号为高电平有效信号，所述第一隔离开关包括第一光耦，且所述第一光耦的原边与所述第一恒流电路连接，所述第一光耦的副边串联连接在所述供电电源的直流输出端和驱动单元的电压输入端之间；
[0013]
所述第二隔离开关包括第二光耦，且所述第二光耦的原边与所述第二恒流电路连接，所述第二光耦的副边串联连接在所述供电电源的直流输出端和驱动单元的电压输入端之间。
[0014]
优选地，所述第一驱动子单元包括第一正直流母线和第一负直流母线，所述第一恒流电路包括第一稳压子电路、第一恒流子电路和第一欠压关断子电路，并通过所述第一稳压子电路、第一恒流子电路和第一欠压关断子电路，将第一正直流母线和第一负主流母线之间的电压差转换为恒定电流输出到所述第一光耦的副边；
[0015]
所述第二驱动子单元包括第二正直流母线和第二负直流母线，所述第二恒流电路包括第二稳压子电路、第二恒流子电路和第二欠压关断子电路，并通过所述第二稳压子电路、第二恒流子电路和第二欠压关断子电路，将第二正直流母线和第二负主流母线之间的电压差转换为恒定电流输出到所述第二光耦的副边。
[0016]
优选地，所述第一稳压子电路包括第一电阻和第一稳压二极管，所述第一恒流子电路包括第二电阻、第二稳压二极管、第一放大元件和第一采样电阻，所述第一欠压关断子电路包括第三稳压二极管；
[0017]
所述第一放大元件、第一采样电阻以及第一光耦的原边串联连接在所述第一正直流母线和第一负直流母线之间，所述第三稳压二极管反向串联在第一放大元件和第一采样电阻之间，且所述第三稳压二极管的阳极与第一采样电阻的连接点构成第一电位点，所述第一采样电阻和第一光耦的原边的连接点构成第二电位点；
[0018]
所述第一电阻和第一稳压二极管串联连接在第一电位点和第一正直流母线之间，且所述第一稳压二极管的阴极与第一电阻的连接点构成第三电位点；所述第二稳压二极管和第二电阻串联连接在所述第二电位点和第三电位点之间，且所述第二稳压二极管和第二电阻的连接点连接到所述第一放大元件的控制端；
[0019]
所述第二稳压子电路包括第三电阻和第四稳压二极管，所述第二恒流子电路包括第四电阻、第五稳压二极管、第二放大元件和第二采样电阻，所述第二欠压关断子电路包括第六稳压二极管；
[0020]
所述第二放大元件、第二采样电阻以及第二光耦的原边串联连接在所述第二正直流母线和第二负直流母线之间，所述第六稳压二极管反向串联在第二放大元件和第二采样电阻之间，且所述第六稳压二极管的阳极与第二采样电阻的连接点构成第四电位点，所述第二采样电阻和第二光耦的原边的连接点构成第五电位点；
[0021]
所述第三电阻和第四稳压二极管串联连接在第四电位点和第二正直流母线之间，且所述第四稳压二极管的阴极与第三电阻的连接点构成第六电位点；所述第五稳压二极管和第四电阻串联连接在所述第五电位点和第六电位点之间，且所述第五稳压二极管和第四电阻的连接点连接到所述第二放大元件的控制端。
[0022]
实施本实用新型实施例的轨道交通牵引控制装置具有以下有益效果：采用纯硬件实现了最高sil2以上的安全牵引切除功能，结构简单、可靠。本实用新型实施例还采用物理独立的双通道结构实现安全牵引切除，可克服传统牵引切除方案切除过程复杂，设计和开发难度大、安全完整性等级不高的缺点。
附图说明
[0023]
图1是现有轨道交通牵引切除方案的示意图；
[0024]
图2是本实用新型实施例提供的轨道交通牵引控制装置的示意图；
[0025]
图3是本实用新型实施例提供的轨道交通牵引控制装置中牵引切除单元的电路拓扑示意图；
[0026]
图4是本实用新型另一实施例提供的轨道交通牵引控制装置的示意图；
[0027]
图5是本实用新型另一实施例提供的轨道交通牵引控制装置中牵引切除单元的电路拓扑示意图。
具体实施方式
[0028]
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0029]
如图2所示，是本实用新型实施例提供的轨道交通牵引控制装置的示意图，该轨道交通牵引控制装置可应用轨道交通牵引系统，并实现安全牵引切除。本实施例的轨道交通牵引控制装置包括牵引切除单元21、用于向逆变模块输出驱动信号的驱动单元23(盖驱动单元23可与牵引切除单元21位于同一电路板，也可独立于牵引切除单元21所在的电路板)以及用于为驱动单元23供电的供电电源22，上述牵引切除单元21可集成到轨道交通牵引控制装置的主控板，且该牵引切除单元21包括第一驱动子单元211和第一隔离开关212。第一隔离开关212串联连接在供电电源22的直流输出端和驱动单元23的电压输入端之间，即在第一隔离开关212断开时，驱动单元23失电，无法向逆变器的各个功率模块输出pwm(pulse width modulation，脉冲宽度调制)驱动信号；在第一隔离开关212导通时，驱动单元23得电，并可根据pwm控制信号(例如该pwm控制信号由轨道交通牵引控制装置的主控板，根据控制信号、反馈信号等生成)生成pwm驱动信号，并通过该pwm驱动信号驱动逆变器的各个功率模块运行。
[0030]
上述第一驱动子单元211的输出端连接到第一隔离开关212的控制端，并根据接收
到的切除信号对第一隔离开关212进行通断控制。具体地，上述切除信号可直接来自整机的牵引系统的vcu/tcms，即由牵引系统的vcu/tcms直接向牵引切除单元21输出控制电平，而无需复杂的编解码处理。
[0031]
上述轨道交通牵引控制装置，通过第一隔离开关212对功率模块驱动23的供电回路进行通断控制，即通过物理独立的纯硬件方式实现最高sil2的安全牵引切除功能，不仅结构简单，而且可靠性较高。
[0032]
当然，在实际应用中，上述切除信号也可来自牵引控制装置的主控板，即牵引系统的vcu/tcms与牵引控制装置之间以通讯方式传送切除信号，并由主控板生成控制电平发送到牵引切除单元21，再由牵引切除单元21控制第一隔离开关212的通断，最终实现驱动单元23的供电控制。但该方案显然将影响牵引切除功能的复杂度和可靠性。
[0033]
在本实用新型的一个实施例中，上述第一驱动子单元211包括第一输入电路和第一恒流电路，且第一驱动子单元211通过第一输入电路接收来自动力总成控制器的切除信号。第一恒流电路的输入端与第一输入电路连接、输出端与第一隔离开关的控制端连接，且第一恒流电路在切除信号有效时输出使第一隔离开关212导通的第一电平、在切除信号无效时输出使第一隔离开关212断开的第二电平。从而第一隔离开关212在动力总成控制器输出有效的切除信号时导通，相应地，供电电源22为驱动单元23供电，从而驱动单元23可输出pwm驱动信号，逆变器运行；第一隔离开关212在动力总成控制器输出无效信号时断开，相应地，供电电源22停止为驱动单元23供电，从而驱动单元23无法输出pwm驱动信号，逆变器停止。
[0034]
结合图3所示，上述切除信号为高电平有效信号，第一隔离开关212包括第一光耦k1，且第一光耦k1的原边与第一恒流电路连接、副边串联连接在供电电源22的直流输出端和驱动单元的电压输入端之间。当然，在实际应用中，上述第一光耦k1也可采用继电器或接触器等代替。
[0035]
在本实用新型的另一实施例中，上述第一驱动子单元211具体可包括第一正直流母线和第一负直流母线，第一恒流电路包括第一稳压子电路、第一恒流子电路和第一欠压关断子电路，并通过第一稳压子电路、第一恒流子电路和第一欠压关断子电路，将第一正直流母线和第一负主流母线之间的电压差转换为恒定电流输出到所述第一光耦k1的副边。通过第一恒流电路，可保证在较宽的电压范围下为第一光耦k1的原边提供恒定的电流。
[0036]
具体地，如图3所示，上述第一稳压子电路包括第一电阻r1和第一稳压二极管d3，第一恒流子电路包括第二电阻r2、第二稳压二极管d4、第一放大元件v1(例如，该第一放大元件v1可采用npn三极管)和第一采样电阻r3，第一欠压关断子电路包括第三稳压二极管d2。
[0037]
第一放大元件v1、第一采样电阻r3以及第一光耦k1的原边串联连接在第一正直流母线和第一负直流母线之间，第三稳压二极管d2反向串联在第一放大元件v1和第一采样电阻r3之间(即第三稳压二极管d2的阳极与第一采样电阻r3连接、阴极与第一放大元件v1连接)，且第三稳压二极管d2的阳极与第一采样电阻r3的连接点a构成第一电位点，第一采样电阻r3和第一光耦k1的原边的连接点b构成第二电位点。第一电阻r1和第一稳压二极管d3串联连接在第一电位点和第一正直流母线之间，且第一稳压二极管d3的阴极与第一电阻r1的连接点c构成第三电位点；第二稳压二极管d4和第二电阻r2串联连接在第二电位点和第
三电位点之间，且第二稳压二极管d4和第二电阻r2的连接点连接到第一放大元件v1的控制端。
[0038]
在上述电路中，第二电阻r2和第二稳压二极管d4将第一电位点的电压作为参考源，输出到第一放大元件v1的控制端，并与第一放大元件v1和第一采样电阻r3，共同形成闭环控制环路，将第一采样电阻r3的电流控制在的准确的工作范围内，以保证在切除信号有效时，第一光耦k1的原边的电流恒定。当第三稳压二极管d2输入电压小于预设值(例如5v)时，其内部动态电阻迅速提高，从而可保证输入电压低于规定的最小电压时，电路切除稳定可靠，提高安全性。此外，还可在第一光耦k1原边的两个引脚之间，以及第一放大元件v1的控制端与第二负直流母线之间，分别增加电容c2、c3，以提高抗干扰能力。
[0039]
上述第一输入电路包括第一防反子电路和第一滤波和浪涌吸收子电路，且第一防反子电路串联连接在第一正直流母线上，第一滤波和浪涌吸收子电路连接在第一正直流母线和第一负直流母线之间。
[0040]
具体地，第一防反子电路可包括第一二极管d1，第一滤波和浪涌吸收子电路则可包括电阻r4，第一电容c1和第一快速瞬变抑制管v2。上述第一防反二极管d1串联连接在第一正直流母线上，并可防止输入信号反接时带来的电路失效隐患；电阻r4、第一电容c1和第一快速瞬变抑制管v3共同组成输入滤波和浪涌电压抑制的作用，防止输入干扰引起的电路损坏和误动作，确保切除动作有效。
[0041]
如图4所示，在本实用新型的另一实施例中，牵引切除单元21除了包括第一驱动子单元211和第一隔离开关212外，还包括第二驱动子单元213和第二隔离开关214，并组成物理独立的双通道纯硬件电路。
[0042]
具体地，第二隔离开关214串联连接在供电电源22的直流输出端和驱动单元23的电压输入端之间；第二驱动子单元213的输出端连接到第二隔离开关214的控制端，并根据接收到的切除信号对第二隔离开关214进行通断控制。
[0043]
类似地，第二驱动子单元包括第二输入电路和第二恒流电路，且第二驱动子单元通过第二输入电路接收来自动力总成控制器的切除信号；第二恒流电路的输入端与第二输入电路连接、输出端与第二隔离开关214的控制端连接，且第二恒流电路在切除信号有效时输出使所述第二隔离开关214导通的第一电平、在切除信号无效时输出使第二隔离开关214断开的第二电平。
[0044]
结合图5所示，第二隔离开关214包括第二光耦k2，且第二光耦k2的原边与第二恒流电路连接、副边串联连接在供电电源22的直流输出端和驱动单元23的电压输入端之间，即第一光耦k1和第二光耦k2的副边串联连接。当然，在实际应用中，上述第一光耦k1也可采用继电器或接触器等代替。
[0045]
第二驱动子单元包括第二正直流母线和第二负直流母线，第二恒流电路包括第二稳压子电路、第二恒流子电路和第二欠压关断子电路，并通过第二稳压子电路、第二恒流子电路和第二欠压关断子电路，将第二正直流母线和第二负主流母线之间的电压差转换为恒定电流输出到第二光耦的副边。
[0046]
具体地，第二稳压子电路包括第四电阻r8和第四稳压二极管d7，第二恒流子电路包括第四电阻r10、第五稳压二极管d8、第二放大元件v5和第二采样电阻r9，第二欠压关断子电路包括第六稳压二极管d6。第二放大元件v5、第二采样电阻r9以及第二光耦k2的原边
分别串联连接在第二正直流母线和第二负直流母线之间，第六稳压二极管d6反向串联在第二放大元件v5和第二采样电阻r9之间，且第六稳压二极管d6的阳极与第二采样电阻r9的连接点构成第四电位点，第二采样电阻r9和第二光耦k2的原边的连接点构成第五电位点；第三电阻r8和第四稳压二极管d7串联连接在第四电位点和第二正直流母线之间，且第四稳压二极管d7的阴极与第三电阻r8的连接点构成第六电位点；第五稳压二极管d8和第四电阻r10串联连接在第五电位点和第六电位点之间，且第五稳压二极管d8和第四电阻r10的连接点连接到第二放大元件v5的控制端。
[0047]
与第一输入电路类似，上述第二输入电路包括第二防反子电路和第二滤波和浪涌吸收子电路，且第二防反子电路串联连接在第二正直流母线上，第二滤波和浪涌吸收子电路连接在第二正直流母线和第二负直流母线之间。
[0048]
具体地，第二防反子电路可包括第二二极管d5，第二滤波和浪涌吸收子电路则可包括电阻r7，第二电容c5和第二快速瞬变抑制管v7。上述第二防反二极管d5串联连接在第二正直流母线上，并可防止输入信号反接时带来的电路失效隐患；电阻r7、第二电容c5和第二快速瞬变抑制管v7共同组成输入滤波和浪涌电压抑制的作用，防止输入干扰引起的电路损坏和误动作，确保切除动作有效。
[0049]
上述轨道交通牵引控制装置，通过构造物理独立的双通道切除电路，能够有效降低整个安全切除功能的危险失效率，实现最高sil4的高安全完整性等级。
[0050]
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

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