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摘 要：该文系统介绍了2007年国内引进的法国劳尔公司STE3型导轨电车的弱电控制系统构成，以及CAN网络系统在各控制主机之间所发挥的作用。该国外引进车辆控制系统的组成复杂程度超过目前国产同类电车，在车辆的整体设计结构及应用制造方面仍有许多值得借鉴之处。
关键词：弱电控制;CAN网络系统;导轨电车
1 现代有轨电车的发展前景
自改革开放以来，我国城市化水平发展迅猛，据统计我国常住人口城镇化率已从改革开放初期的不足19%，发展到2018年的58.5%;机动车拥有量已达2.29亿辆，并仍处于增长趋势。土地稀缺、人地关系紧张，城市拥堵，环境保护等问题，已成为制约城市发展的瓶颈，亟待解决;因此发展城市轨道交通的需求日益强烈，并已成為社会共识，而现代有轨电车在建设方面具有每公里造价低、建设周期短、占用空间少的特点。在运营方面作为电力牵引车辆，具有无污染、噪音小、运量大等特点。未来该类现代有轨电车势必取代公交，成为主流公共交通工具，非常值得推广。
目前国内各大主机厂陆续推出各自的现代有轨电车产品，钢轮钢轨、胶轮导轨、智轨等产品层出不穷。本文以2007年天津引进的法国TRANSLOHR有轨电车为例，介绍一下该类欧洲进口电车弱电控制系统的设计架构及CAN网络组成结构，由于该车控制部分设计较为精密，到目前仍值得国内车辆相关产业借鉴。
2 劳尔导轨电车弱电控制系统介绍
TRANSLOHR导轨电车装有的通讯控制系统，能够实现司机输入接口、车辆设备监控状态反馈，故障诊断信息存储和安全控制等功能;主要由车载计算机系统（OBCS）、网络主机、主CAN网络、辅助CAN网络、输入输出机架及安全环路组成，以下具体介绍各部分的组成及功能信息。
2.1 车载计算机系统（OBCS）
劳尔电车的车载控制系统由5台工控机组成，分别位于车辆两端驾驶室内（ME模块）和3个客室模块（MP）顶部的密封箱体内。负责接收处理司机操作信息，监视车载设备的运行状态，确保车辆正常操作，执行接收到的命令，在故障状态下，根据程序设定的优先级别采取适当的干预，并进行信息反馈。
各模块工控机分别接收本模块上设备状态及司机的输入信号，经过处理后，发出输出信号控制本模块上设备的动作。采用冗余的CAN网络将车上的5个工控机、TCU（牵引控制器）、BMA显示屏、主控制面板等多种设备连接在一起，组成车载的通信网络结构，实现车辆的控制、信息共享及数据存储。通信网络以模块化的方式进行连接，从一个互连块到另一个互连块，再连到所控设备，采用屏蔽电缆延车顶导管单独布放，避免与车上750V直流、400V交流电缆产生干扰。而与安全相关的控制命令则采用0-1逻辑实线发送并组成安全环路。当通信总线中断时车辆将切换到安全状态，允许执行最基本的安全相关功能，保证车辆基本操作的命令将通过线控逻辑发送，使车辆能够返回维修基地进行处理。当发生此类故障时，车载计算机系统设备能够进行自检，并将所有故障信息存储在两个驾驶内的BMA显示存储器内，以供事后下载分析故障数据。
2.2 CAN网络系统的组成及功能
每列电车有两个网络主机，分别控制两条冗余的CAN网络，分别为CAN-A和CAN-B，司机可以通过辅助控制板上的双位旋钮选择任意一条通信线路，而在切换过程中必须关闭车辆，选择后重新启动以完成CAN网络的切换。两条主CAN网络与车上多个重要组成单元连接，负责多个设备之间的信息通讯组成网络，其中包括：两套牵引控制系统输入输出信号、控制面板输入指令和信息反馈，BMA显示屏上多种数据的反馈和记录、各本地工控机上命令的执行及发送。另外网络中还包含一条辅助CAN网络，连接车上制动控制单元（UCD）、胎压监控系统（IVTM）以及牵引电池控制器等，将该部分设备接入网络，实现通讯功能。
2.3 安全控制环路
劳尔电车的设计故障等级分为：微小、白色、橙色和红色故障四类，其中微小和白色故障只显示给司机记录在BMA数据内，橙色故障则会将车辆最高行驶速度限制在35KM/H以下，而出现红色故障时车辆会自动切断所有供电回路，受电弓降下，无法继续行驶。红色故障的自动安全保护是车辆在发生严重故障时用来确保司机乘客的人身安全、以及车辆本身安全的重要手段。
车辆红色故障的自我保护系统是由车上的安全环路自动控制实现的，环路由每个工控机上的TYPE123安全板卡、MP3乘客模块上的TYPE4安全板卡和若干继电器组成，采用逻辑实线互相连接组成。TYPE123板卡主要负责管理每个模块的本地安全功能，包括：乘客告警、行车中车门打开、驾驶员在位检测、制动缸气压管理、接地控制、紧急停车按钮和零速检测DV0等，TYPE4板卡主要负责管理车辆整体的车速、刹车功能、受电弓及供电方面的重大故障。这些安全板卡每块下辖多个安全继电器，由这些安全继电器串联起来组成一个安全环路，使用当中安全环路中任何一个环节出现问题时都会引起安全环路打开，一旦出现这种情况车辆就会自动制动，受电弓降下，750V和400V供电回路切断，故障未排除或被旁路前车辆无法继续行驶。
以司机在位检测为例，此功能是基于安全概念而设置。只要车辆启动后，该检测就一直处于激活状态并干预牵引和刹车控制回路直到车辆停止。单个司机室内的三个警惕按钮分别位于主控面板两侧以及司机脚下，对其中一个按钮正确操作就足以证明司机在场，车辆行驶过程中司机需要不断对其操作以证明司机处于警醒状态。操作规则为如果两次操作间隔大于3秒则告警铃响起，按住按钮的时间如超过10秒，则告警铃也将响起，在铃响2秒后TYPE4安全板卡如仍不能接到司机的操作信号，则安全环路打开，车辆自动刹车功能启动，750V和400V供电系统切断，减速状态下告警铃和刹车仍将持续作用于车辆，直到车辆完全停止下来。如车辆重新启动则该计算时间复位为0，该检测仍然处于持续的监测中。
3 结语
在城市拥挤，环境问题突出的今天，优先发展以无污染的轨道交通为骨干的交通模式，解决大城市通病也成为社会各界共识。20 世纪90年代以来，国外许多城市掀起了有轨电车的复兴热潮。目前国内多个城市多种制式的国产有轨电车也已投入运营，带动了有轨电车产业在我国迅猛的发展，并正日益受到各方关注。
在目前国内轨道交通产业不断地深入推进的今天，研究我国较早引进的劳尔导轨电车的内部设计及原理，对于我国现代电车的自主研发及维修维护等工作，仍具有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1]TransLohr STE3型导轨电车TEDA技术规范20050516.
[2]刘喜峰，许春香.CAN总线技术在轨道交通杂散电流监测中的应用.城市轨道交通研究，2010（8）.
[3]宋晓波，郭永刚.浅议城市轨道交通建设与城市可持续发展.土木建筑学术文库（第10卷），2008.
关键词：弱电控制;CAN网络系统;导轨电车
1 现代有轨电车的发展前景
自改革开放以来，我国城市化水平发展迅猛，据统计我国常住人口城镇化率已从改革开放初期的不足19%，发展到2018年的58.5%;机动车拥有量已达2.29亿辆，并仍处于增长趋势。土地稀缺、人地关系紧张，城市拥堵，环境保护等问题，已成为制约城市发展的瓶颈，亟待解决;因此发展城市轨道交通的需求日益强烈，并已成為社会共识，而现代有轨电车在建设方面具有每公里造价低、建设周期短、占用空间少的特点。在运营方面作为电力牵引车辆，具有无污染、噪音小、运量大等特点。未来该类现代有轨电车势必取代公交，成为主流公共交通工具，非常值得推广。
目前国内各大主机厂陆续推出各自的现代有轨电车产品，钢轮钢轨、胶轮导轨、智轨等产品层出不穷。本文以2007年天津引进的法国TRANSLOHR有轨电车为例，介绍一下该类欧洲进口电车弱电控制系统的设计架构及CAN网络组成结构，由于该车控制部分设计较为精密，到目前仍值得国内车辆相关产业借鉴。
2 劳尔导轨电车弱电控制系统介绍
TRANSLOHR导轨电车装有的通讯控制系统，能够实现司机输入接口、车辆设备监控状态反馈，故障诊断信息存储和安全控制等功能;主要由车载计算机系统（OBCS）、网络主机、主CAN网络、辅助CAN网络、输入输出机架及安全环路组成，以下具体介绍各部分的组成及功能信息。
2.1 车载计算机系统（OBCS）
劳尔电车的车载控制系统由5台工控机组成，分别位于车辆两端驾驶室内（ME模块）和3个客室模块（MP）顶部的密封箱体内。负责接收处理司机操作信息，监视车载设备的运行状态，确保车辆正常操作，执行接收到的命令，在故障状态下，根据程序设定的优先级别采取适当的干预，并进行信息反馈。
各模块工控机分别接收本模块上设备状态及司机的输入信号，经过处理后，发出输出信号控制本模块上设备的动作。采用冗余的CAN网络将车上的5个工控机、TCU（牵引控制器）、BMA显示屏、主控制面板等多种设备连接在一起，组成车载的通信网络结构，实现车辆的控制、信息共享及数据存储。通信网络以模块化的方式进行连接，从一个互连块到另一个互连块，再连到所控设备，采用屏蔽电缆延车顶导管单独布放，避免与车上750V直流、400V交流电缆产生干扰。而与安全相关的控制命令则采用0-1逻辑实线发送并组成安全环路。当通信总线中断时车辆将切换到安全状态，允许执行最基本的安全相关功能，保证车辆基本操作的命令将通过线控逻辑发送，使车辆能够返回维修基地进行处理。当发生此类故障时，车载计算机系统设备能够进行自检，并将所有故障信息存储在两个驾驶内的BMA显示存储器内，以供事后下载分析故障数据。
2.2 CAN网络系统的组成及功能
每列电车有两个网络主机，分别控制两条冗余的CAN网络，分别为CAN-A和CAN-B，司机可以通过辅助控制板上的双位旋钮选择任意一条通信线路，而在切换过程中必须关闭车辆，选择后重新启动以完成CAN网络的切换。两条主CAN网络与车上多个重要组成单元连接，负责多个设备之间的信息通讯组成网络，其中包括：两套牵引控制系统输入输出信号、控制面板输入指令和信息反馈，BMA显示屏上多种数据的反馈和记录、各本地工控机上命令的执行及发送。另外网络中还包含一条辅助CAN网络，连接车上制动控制单元（UCD）、胎压监控系统（IVTM）以及牵引电池控制器等，将该部分设备接入网络，实现通讯功能。
2.3 安全控制环路
劳尔电车的设计故障等级分为：微小、白色、橙色和红色故障四类，其中微小和白色故障只显示给司机记录在BMA数据内，橙色故障则会将车辆最高行驶速度限制在35KM/H以下，而出现红色故障时车辆会自动切断所有供电回路，受电弓降下，无法继续行驶。红色故障的自动安全保护是车辆在发生严重故障时用来确保司机乘客的人身安全、以及车辆本身安全的重要手段。
车辆红色故障的自我保护系统是由车上的安全环路自动控制实现的，环路由每个工控机上的TYPE123安全板卡、MP3乘客模块上的TYPE4安全板卡和若干继电器组成，采用逻辑实线互相连接组成。TYPE123板卡主要负责管理每个模块的本地安全功能，包括：乘客告警、行车中车门打开、驾驶员在位检测、制动缸气压管理、接地控制、紧急停车按钮和零速检测DV0等，TYPE4板卡主要负责管理车辆整体的车速、刹车功能、受电弓及供电方面的重大故障。这些安全板卡每块下辖多个安全继电器，由这些安全继电器串联起来组成一个安全环路，使用当中安全环路中任何一个环节出现问题时都会引起安全环路打开，一旦出现这种情况车辆就会自动制动，受电弓降下，750V和400V供电回路切断，故障未排除或被旁路前车辆无法继续行驶。
以司机在位检测为例，此功能是基于安全概念而设置。只要车辆启动后，该检测就一直处于激活状态并干预牵引和刹车控制回路直到车辆停止。单个司机室内的三个警惕按钮分别位于主控面板两侧以及司机脚下，对其中一个按钮正确操作就足以证明司机在场，车辆行驶过程中司机需要不断对其操作以证明司机处于警醒状态。操作规则为如果两次操作间隔大于3秒则告警铃响起，按住按钮的时间如超过10秒，则告警铃也将响起，在铃响2秒后TYPE4安全板卡如仍不能接到司机的操作信号，则安全环路打开，车辆自动刹车功能启动，750V和400V供电系统切断，减速状态下告警铃和刹车仍将持续作用于车辆，直到车辆完全停止下来。如车辆重新启动则该计算时间复位为0，该检测仍然处于持续的监测中。
3 结语
在城市拥挤，环境问题突出的今天，优先发展以无污染的轨道交通为骨干的交通模式，解决大城市通病也成为社会各界共识。20 世纪90年代以来，国外许多城市掀起了有轨电车的复兴热潮。目前国内多个城市多种制式的国产有轨电车也已投入运营，带动了有轨电车产业在我国迅猛的发展，并正日益受到各方关注。
在目前国内轨道交通产业不断地深入推进的今天，研究我国较早引进的劳尔导轨电车的内部设计及原理，对于我国现代电车的自主研发及维修维护等工作，仍具有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1]TransLohr STE3型导轨电车TEDA技术规范20050516.
[2]刘喜峰，许春香.CAN总线技术在轨道交通杂散电流监测中的应用.城市轨道交通研究，2010（8）.
[3]宋晓波，郭永刚.浅议城市轨道交通建设与城市可持续发展.土木建筑学术文库（第10卷），2008.