1.本技术涉及自动控制技术领域，具体涉及列车融合控制系统及方法。
背景技术：
2.随着技术的发展，城轨车辆的网络控制系统由早期的简单的车载监视系统发展为网络化的列车控制与管理系统。列车控制与管理系统(tcms，train control and management system)，通过列车通信网络技术，构建了整车的控制与管理系统，实现全列车辆的控制、监视、及诊断功能，完成城轨车辆的所有控制任务。整车的控制功能，由中央控制单元实现，各子系统的控制由各子系统的控制单元实现，中央控制单元与各子系统之间采用网络通信实现信息交互，应用较为广泛的总线如符合iec61375国际标准的tcn总线(绞线式列车总线wtb及多功能车辆总线mvb)，can总线及以太网等。
3.然而，现有的列车控制系统存在控制功能分散导致控制时效性较低、控制单元数量较多而造成资源浪费以及通信可靠性无法保证等问题。
技术实现要素：
4.针对现有技术中的问题，本技术提供一种列车融合控制系统及方法，能够有效提高列车控制的时效性及可靠性，能够有效减少控制单元的硬件开销等成本，并能够有效提高列车控制的通信实时性及可靠性。
5.为解决上述技术问题，本技术提供以下技术方案：
6.第一方面，本技术提供一种列车融合控制系统，包括：分别设置在列车中且经由tsn网络进行通信连接的tsn交换机、融合控制单元和执行控制单元；
7.所述tsn交换机为所述tsn网络的主时钟发布源；
8.所述融合控制单元用于对所述列车的整车及各个子系统进行集中控制，并经由所述tsn交换机连接至所述tsn网络；
9.所述执行控制单元用于对其对应的所述子系统的执行机构进行执行控制，并经由所述tsn交换机连接至所述tsn网络。
10.进一步地，每个所述子系统均对应至少一个所述执行控制单元，以使所述融合控制单元通过所述tsn网络向一个子系统的所述执行控制单元发送控制指令，该执行控制单元基于该控制指令控制对应的执行机构并将对应的控制结果通过所述tsn网络发送至所述融合控制单元；而后所述融合控制单元根据控制效果继续计算并生成对子系统对应的执行控制单元的新控制命令，将该新控制命令通过所述tsn网络分别发送至对应的所述执行控制单元，以使收到所述新控制命令的所述执行控制单元完成目标控制功能。
11.进一步地，所述tsn交换机有多个，各个所述tsn交换机分别设置在所述列车中的各个车厢内；
12.各个所述tsn交换机之间经由级联线路连接。
13.进一步地，所述tsn交换机包括：tsn交换模块；
14.所述tsn交换模块设有用于接入设备的目标通道，并用于进行不同优先等级业务数据的流量调度。
15.进一步地，所述tsn交换机中设有通过级联线路连接的两个所述tsn交换模块，以使该tsn交换机中的两个所述tsn交换模块构成彼此隔离的冗余子网。
16.进一步地，所述目标通道为双路冗余通道，所述融合控制单元通过所述双路冗余通道接入所述tsn交换机中的tsn交换模块。
17.进一步地，所述融合控制单元包括：相互连接的cpu子单元和tsn通信板卡；
18.所述cpu子单元用于对所述列车的整车及各个子系统进行集中控制，并设有功能安全通信协议；
19.所述cpu子单元经由所述tsn通信板卡接入所述tsn交换机中的tsn交换模块。
20.进一步地，所述融合控制单元中设有两个所述cpu子单元；
21.两个所述cpu子单元均经由所述tsn通信板卡通过所述双路冗余通道接入所述tsn交换机中的tsn交换模块。
22.进一步地，所述执行控制单元包括：cpu通信子单元、分别连接至该cpu通信子单元的采集子单元和输出控制子单元；
23.所述cpu通信子单元用于将控制软件及通信功能进行集成处理，且分别与所述tsn交换机和所述融合控制单元之间通信连接；
24.所述采集子单元用于基于其对应的所述子系统的采集需求配置对应的采集功能，所述采集功能包括数字量采集、模拟量采集及pwm采集；
25.所述输出控制子单元用于根据其对应的所述子系统的输出需求配置对应的输出控制功能，所述输出控制功能包括数字量输出控制、模拟量输出控制及pwm输出控制。
26.进一步地，所述tsn交换机、融合控制单元和执行控制单元中分别设有电源模块。
27.第二方面，本技术提供一种列车融合控制方法，应用所述的列车融合控制系统实现，每个所述子系统均对应至少一个所述执行控制单元；所述列车融合控制方法包括：
28.所述融合控制单元通过所述tsn网络向一个子系统的所述执行控制单元发送控制指令，该执行控制单元基于该控制指令控制对应的执行机构并将对应的控制结果通过所述tsn网络发送至所述融合控制单元；
29.所述融合控制单元根据控制效果继续计算并生成对子系统对应的执行控制单元的新控制命令，将该新控制命令通过所述tsn网络分别发送至对应的所述执行控制单元，以使收到所述新控制命令的所述执行控制单元完成目标控制功能。
30.由上述技术方案可知，本技术提供的一种列车融合控制系统及方法，系统包括：分别设置在列车中且经由tsn网络进行通信连接的tsn交换机、融合控制单元和执行控制单元；所述tsn交换机为所述tsn网络的主时钟发布源；所述融合控制单元用于对所述列车的整车及各个子系统进行集中控制，并经由所述tsn交换机连接至所述tsn网络；所述执行控制单元用于对其对应的所述子系统的执行机构进行执行控制，并经由所述tsn交换机连接至所述tsn网络，通过采用对所述列车的整车及各个子系统进行集中控制的融合控制单元替代原网络控制系统架构下的中央控制单元和各个子系统的控制功能模块，能够有效提高列车控制的时效性及可靠性；通过采用仅保留执行机构控制相关的简化控制功能的执行控制单元替代原网络控制系统架构下的各个子系统的控制功能模块，能够有效降低融合控制
单元和执行控制单元之间的数据传输频率，并能够有效减少控制单元的硬件开销等成本，进而能够避免资源浪费；通过设置tsn交换机来实现融合控制单元与子系统执行控制单元之间采用tsn网络进行通信，能够有效提高列车控制的通信实时性及可靠性，能够更好地满足列车快启快停、精准停车等控制需求，提高列车控制效果。
附图说明
31.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是本技术实施例中的列车融合控制系统的结构示意图。
33.图2是本技术实施例中的列车融合控制系统中tsn交换机的设置示意图。
34.图3是本技术实施例中的列车融合控制系统中tsn交换机的结构示意图。
35.图4是本技术实施例中的列车融合控制系统中融合控制单元的结构示意图。
36.图5是本技术实施例中的列车融合控制系统中执行控制单元的结构示意图。
37.图6是本技术实施例中的列车融合控制方法的流程示意图。
38.图7是本技术应用实例中的融合控制单元的原理示意图。
39.图8是本技术应用实例中的执行控制单元的原理示意图。
40.图9是本技术应用实例中的tsn交换机的原理示意图。
41.图10是本技术应用实例中的列车融合控制系统的整个网络系统架构的原理示意图。
42.图11是既有以太网网络控制系统架构举例示意图。
43.图12是既有mvb网络控制系统架构举例示意图。
44.图13是本技术应用实例中的基于时间敏感网络的网络系统融合架构举例示意图。
45.图14是既有mvb网络控制系统的执行举例示意图。
46.图15是本技术应用实例中的基于时间敏感网络的网络系统融合架构的执行举例示意图。
47.图16是本技术实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
48.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
49.早期的列车监视系统(tms，train monitoring system),通过中央控制单元与各车的主控单元实现车辆的控制功能，中央控制单元、各车主控单元以及子系统之间大多采用简单的rs485/232等串行总线实现通信，控制功能由中央控制单元及各车主控单元直接通过硬线信号实现，控制单元通过串行通信接口收集各子系统状态，实现监视功能。
50.目前的列车控制与管理系统(tcms，train control and management system)，通
过列车通信网络技术，构建了整车的控制与管理系统，实现全列车辆的控制、监视、及诊断功能，完成城轨车辆的所有控制任务。列车控制与管理系统涉及所有的车辆系统，如牵引系统、制动系统、辅助供电系统、空调系统、车门系统等，无法直接接入到网络系统的子系统，由远程输入输出模块实现网络化控制。整车的控制功能，由中央控制单元实现，各子系统的控制由各子系统的控制单元，如牵引控制单元、制动控制单元、空调控制单元等，以及远程输入输出模块实现。中央控制单元与各子系统之间采用网络通信实现信息交互，应用较为广泛的总线如符合iec61375国际标准的tcn总线(绞线式列车总线wtb及多功能车辆总线mvb)，can总线及以太网等。
51.无论是早期的列车监视系统以及当前的列车控制与管理系统，均可实现全列的监视及控制，但是存在以下不足：
52.1、控制功能分散，各个控制系统间需要相互传递的信号较多，部分控制逻辑的计算需要等待，过程迂回反复。如空电复合制动，在控制过程中信号需要在中央控制单元、牵引控制单元、制动控制单元往复传递，才能最终完成控制指令的执行。
53.2、控制单元数量较多，各控制器设计结构风格各异，为支持各子系统自身控制功能，需要配置较多的硬件资源，在一定程度上造成资源浪费。
54.3、各个系统之间接口设计较为复杂，由于控制功能的分散化，中央控制单元及各子系统控制单元之间需要传输大量的交互信息，网络传输协调设计较为复杂。
55.4、通信带宽不足或者实时性欠缺。如rs485、mvb通常都仅有几兆甚至更低的通信速率，无法承载大容量的通信数据；而目前逐渐推广应用的以太网技术，并非真正意义上的实时以太网技术，虽然往往具备百兆及以上的带宽，网络承载能力突出，但在网络高负载率情况下，不能百分之百保证控制信息的可靠传输。
56.因此，现有的城轨列车网络控制系统架构，采用了分布式控制，整个系统之间传递信号量较多，关系复杂，控制器数量多，结构多样，通信网络无法满足同时满足高带宽高实时性的要求，在城轨车辆的全自动驾驶、快起快停、精准停车等方面不具备足够优良的控制精度，甚至需要反复调试各系统间的配合时机才能达到较为理想的效果。
57.基于此，针对现有的列车控制系统存在控制功能分散导致控制时效性较低、控制单元数量较多而造成资源浪费以及通信可靠性无法保证等问题，本技术实施例提供一种列车融合控制系统，通过采用对所述列车的整车及各个子系统进行集中控制的融合控制单元替代原网络控制系统架构下的中央控制单元和各个子系统的控制功能模块，能够有效提高列车控制的时效性及可靠性；通过采用仅保留执行机构控制相关的简化控制功能的执行控制单元替代原网络控制系统架构下的各个子系统的控制功能模块，能够有效降低融合控制单元和执行控制单元之间的数据传输频率，并能够有效减少控制单元的硬件开销等成本，进而能够避免资源浪费；通过设置tsn交换机来实现融合控制单元与子系统执行控制单元之间采用tsn网络进行通信，能够有效提高列车控制的通信实时性及可靠性，能够更好地满足列车快启快停、精准停车等控制需求，提高列车控制效果。
58.具体通过下述各个实施例及应用实例分别进行详细说明。
59.为了解决现有的列车控制系统存在控制功能分散导致控制时效性较低、控制单元数量较多而造成资源浪费以及通信可靠性无法保证等问题，本技术提供一种列车融合控制系统的实施例，参见图1，所述列车融合控制系统具体包含有如下内容：
60.分别设置在列车中且经由tsn网络进行通信连接的tsn交换机1、融合控制单元2和执行控制单元3；所述tsn交换机1为所述tsn网络的主时钟发布源；所述融合控制单元2用于对所述列车的整车及各个子系统进行集中控制，并经由所述tsn交换机连接至所述tsn网络；所述执行控制单元3用于对其对应的所述子系统的执行机构进行执行控制，并经由所述tsn交换机连接至所述tsn网络。
61.可以理解的是，tsn(time sensitive networking)网络是指时间敏感网络，具体指的是ieee802.1工作组中的tsn任务组正在开发的一套协议标准。该标准定义了以太网数据传输的时间敏感机制，为标准以太网增加了确定性和可靠性，以确保以太网能够为关键数据的传输提供稳定一致的服务级别。
62.从上述描述可知，本技术实施例提供的基于tsn网络的列车融合控制系统，能够打破现有的网络控制系统架构，实现控制功能的集中部署，在同一个融合控制单元上实现，各个子系统的控制功能相应迁移到融合控制单元，原子系统的控制单元变成仅具备通信接口及控制执行机构的简化模块，融合控制单元与子系统执行控制单元之间采用tsn网络进行通信，可以实现高度的实时性。通过本发明的架构设计，可实现控制功能的统一规划，减少各系统之间的信息交换以及等待时延，实现更高的控制精度。子系统执行控制单元实现简化，可实现统一化设计，采用较低成本的方案，实现硬件资源的节约，有效降低整个控制系统造价。
63.为了提高列车融合控制的适用全面性及可靠性，在本技术提供的列车融合控制系统的一个实施例，各个所述子系统包括：牵引系统、制动系统、空调系统和门控制系统等；每个所述子系统均对应至少一个所述执行控制单元，以使所述融合控制单元通过所述tsn网络向一个子系统的所述执行控制单元发送控制指令，该执行控制单元基于该控制指令控制对应的执行机构并将对应的控制结果通过所述tsn网络发送至所述融合控制单元；而后所述融合控制单元根据控制效果继续计算并生成对子系统对应的执行控制单元的新控制命令，将该新控制命令通过所述tsn网络分别发送至对应的所述执行控制单元，以使收到所述新控制命令的所述执行控制单元完成目标控制功能，其中，该目标控制能够是指预先设定的预期的控制功能。进而使得本技术提供的列车融合控制系统能够从总体上减少各控制单元之间信息交互的环节；并能够有效减少功能实现过程中信息总体在网络中传递的次数；能够减少控制指令在各个子系统内部总线传输的环节；控制功能集中实现，并能够减少在各个单元计算的总体时间。
64.基于此，由融合控制单元实现列车的控制功能，控制功能除了原网络控制系统架构下的中央控制单元实现的功能之外，还将牵引系统、制动系统、空调系统、门控制系统等子系统的控制功能纳入，完成控制功能的集中实现。各子系统的控制逻辑功能迁移到融合控制单元后，仅保留执行机构控制相关的简化控制功能，因此子系统的控制单元简化为执行控制单元。融合控制单元以及执行控制单元均具备tsn通信接口，通过tsn网络实现各设备的连接。整个tsn网络由tsn交换机构成贯穿全列的骨干网络，融合控制单元以及子系统通过冗余的通信通道连接到骨干网络中。
65.为了提高tsn交换机的应用可靠性，在本技术提供的列车融合控制系统的一个实施例，参见图2，所述tsn交换机1有多个，各个所述tsn交换机分别设置在所述列车中的各个车厢4内；各个所述tsn交换机1之间经由级联线路连接。
66.具体来说，tsn交换机分布在每个车厢，交换机的两个交换模块分别通过级联线路连接为线形骨干网络，构成彼此隔离的冗余子网，其中一个子网的交换机节点故障不影响另一子网的正常通信。融合控制单元采用冗余设置，冗余设备分别通过双通道接入到tsn交换机冗余的交换模块。可以理解的是，融合控制单元用于对所述列车的整车及各个子系统进行集中控制，这些子系统对应的执行控制单元并不一定分布在同一车厢中，因此融合控制单元与车厢之间并非必须设为一对一关系，具体可以根据实际应用情形设置。
67.为了提高tsn交换机的设置可靠性，在本技术提供的列车融合控制系统的一个实施例，参见图3，所述tsn交换机1包括：tsn交换模块11；
68.所述tsn交换模块11设有用于接入设备的目标通道，并用于进行不同优先等级业务数据的流量调度。
69.为了进一步提高tsn交换机的设置可靠性，在本技术提供的列车融合控制系统的一个实施例，参见图3，所述tsn交换机1中设有通过级联线路连接的两个所述tsn交换模块11，以使该tsn交换机1中的两个所述tsn交换模块11构成彼此隔离的冗余子网。
70.为了进一步提高tsn网络通讯的实时性及可靠性，在本技术提供的列车融合控制系统的一个实施例，所述目标通道为双路冗余通道，所述融合控制单元通过所述双路冗余通道接入所述tsn交换机中的tsn交换模块。
71.具体来说，tsn交换模块为冗余设置，可为各个接入设备提供可靠的双路冗余通道，以满足控制要求。交换机作为tsn网络的主时钟发布源，支持不同优先等级业务数据的流量调度功能。电源模块为tsn交换机供电。
72.因为融合控制单元实现了原来分散在各个控制单元中的控制功能，因此融合控制单元需要达到更高的功能安全要求。为了提高融合控制单元的应用可靠性，在本技术提供的列车融合控制系统的一个实施例，参见图4，所述融合控制单元2包括：相互连接的cpu子单元21和tsn通信板卡22；
73.所述cpu子单元21用于对所述列车的整车及各个子系统进行集中控制，并设有功能安全通信协议；
74.所述cpu子单元21经由所述tsn通信板卡22接入所述tsn交换机1中的tsn交换模块11。
75.为了进一步提高融合控制单元的应用可靠性，在本技术提供的列车融合控制系统的一个实施例，参见图4，所述融合控制单元中设有两个所述cpu子单元21；
76.两个所述cpu子单元21均经由所述tsn通信板卡22通过所述双路冗余通道接入所述tsn交换机1中的tsn交换模块11。
77.可以理解的是，融合控制单元由cpu子单元、tsn通信板卡构成。cpu子单元采用高性能的处理器实现，能够支撑复杂控制逻辑的运行；具备tsn接口模块，即tsn通信板卡，能够实现tsn通信功能，通信通道为冗余通道；可支持安全功能及非安全功能的实现，其安全功能可达到sil2以及sil4等级，相应的安全功能采用功能安全通信协议，从而保证安全相关的信息可靠传输。融合控制单元主机为冗余设置。
78.为了提高执行控制单元的应用可靠性，在本技术提供的列车融合控制系统的一个实施例，参见图5，所述列车融合控制系统中的所述执行控制单元3包括：cpu通信子单元31、分别连接至该cpu通信子单元31的采集子单元32和输出控制子单元33；
79.所述cpu通信子单元31用于将控制软件及通信功能进行集成处理，且分别与所述tsn交换机1和所述融合控制单元2之间通信连接；
80.所述采集子单元32用于基于其对应的所述子系统的采集需求配置对应的采集功能，所述采集功能包括数字量采集、模拟量采集及pwm采集；
81.所述输出控制子单元33用于根据其对应的所述子系统的输出需求配置对应的输出控制功能，所述输出控制功能包括数字量输出控制及模拟量输出控制。
82.可以理解的是，执行控制单元由cpu通信子单元、采集子单元、输出控制子单元构成。执行控制单元所承担的控制逻辑大多较为简单，采用soc芯片，实现cpu通信子单元，将控制软件及通信集成到同一模块中进行处理。实现tsn通信功能，通信通道为冗余通道。按照控制功能的要求，如实现安全功能可达到sil2以及sil4等级，相应的安全功能采用功能安全通信协议。采集子单元依据各个子系统采集的具备需求，按需要配置数字量采集、模拟量采集、pwm采集等模块。输出控制子单元同样依据各个子系统采集的具备需求，按需要配置数字量输出控制及模拟量输出控制等模块。
83.为了提高列车融合控制系统的应用可靠性，在本技术提供的列车融合控制系统的一个实施例，参见图3至图5，所述tsn交换机1、融合控制单元2和执行控制单元3中分别设有电源模块5。
84.所述tsn交换机1中的电源模块5用于向tsn交换模块11供电；
85.所述融合控制单元2中的电源模块5用于向cpu子单元21和tsn通信板卡22供电；
86.所述执行控制单元3中的电源模块5用于向cpu通信子单元31、采集子单元32和输出控制子单元33供电。
87.为了解决现有的列车控制系统存在控制功能分散导致控制时效性较低、控制单元数量较多而造成资源浪费以及通信可靠性无法保证等问题，本技术提供一种基于所述列车融合控制系统实现的列车融合控制的实施例，其中，每个所述子系统均对应至少一个所述执行控制单元，参见图6，所述列车融合控制方法具体包含有如下内容：
88.步骤100：所述融合控制单元通过所述tsn网络向一个子系统的所述执行控制单元发送控制指令，该执行控制单元基于该控制指令控制对应的执行机构并将对应的控制结果通过所述tsn网络发送至所述融合控制单元。
89.步骤200：所述融合控制单元根据控制效果继续计算并生成对子系统对应的执行控制单元的新控制命令，将该新控制命令通过所述tsn网络分别发送至对应的所述执行控制单元，以使收到所述新控制命令的所述执行控制单元完成目标控制功能。
90.为了进一步说明本方案，本技术应用实例提供一种基于tsn网络的列车融合控制系统，是一种基于tsn网络的城轨列车多系统融合架构，能够打破现有的网络控制系统架构，实现控制功能的集中部署，在同一个融合控制单元上实现，各个子系统的控制功能相应迁移到融合控制单元，原子系统的控制单元变成仅具备通信接口及控制执行机构的简化模块，融合控制单元与子系统执行控制单元之间采用tsn网络进行通信，可以实现高度的实时性。通过本技术应用实例的架构设计，可实现控制功能的统一规划，减少各系统之间的信息交换以及等待时延，实现更高的控制精度。子系统执行控制单元实现简化，可实现统一化设计，采用较低成本的方案，实现硬件资源的节约，有效降低整个控制系统造价。
91.本技术应用实例提供的列车融合控制系统用于城轨列车网络控制系统。可以实现
控制功能的集中统一部署，使控制功能减少交互确认的环节，以达到更优的控制效果，更好地满足城轨列车快启快停、精准停车等控制需求。
92.基于tsn网络的城轨列车多系统融合架构，由融合控制单元实现列车的控制功能，控制功能除了原网络控制系统架构下的中央控制单元实现的功能之外，还将牵引系统、制动系统、空调系统、门控制系统等子系统的控制功能纳入，完成控制功能的集中实现。各子系统的控制逻辑功能迁移到融合控制单元后，仅保留执行机构控制相关的简化控制功能，因此子系统的控制单元简化为执行控制单元。融合控制单元以及执行控制单元均具备tsn通信接口，通过tsn网络实现各设备的连接。整个tsn网络由tsn交换机构成贯穿全列的骨干网络，融合控制单元以及子系统通过冗余的通信通道连接到骨干网络中。
93.参见图7，融合控制单元由cpu子单元、tsn通信板卡、电源模块构成。所述电源模块可以为电源板卡。cpu子单元采用高性能的处理器实现，能够支撑复杂控制逻辑的运行；具备tsn接口模块，实现tsn通信功能，通信通道为冗余通道；可支持安全功能及非安全功能的实现，其安全功能可达到sil2以及sil4等级，相应的安全功能采用功能安全通信协议。电源模块为整个控制单元供电。融合控制单元主机为冗余设置。
94.具体来说，融合控制单元采用高性能cpu子单元，cpu子单元采用冗余设计，融合控制单元也采用设备冗余，总体可达到sil2以及sil4安全等级，能够支撑复杂控制逻辑的运行。融合控制单元具备tsn接口模块，实现tsn通信功能，通信通道为冗余通道。控制单元可支持安全功能及非安全功能的实现，其安全功能，相应的安全功能采用功能安全通信协议。电源模块为整个控制单元供电。融合控制单元主机各个模块通过背板实现连接。
95.参见图8，执行控制单元由cpu通信子单元、采集子单元、输出控制子单元以及电源模块构成。所述电源模块可以为电源板卡。执行控制单元所承担的控制逻辑大多较为简单，采用soc芯片，实现cpu通信子单元，将控制软件及通信集成到同一模块中进行处理。实现tsn通信功能，通信通道为冗余通道。按照控制功能的要求，如实现安全功能可达到sil2以及sil4等级，相应的安全功能采用功能安全通信协议。采集子单元依据各个子系统采集的具备需求，按需要配置数字量采集、模拟量采集、pwm采集等模块。输出控制子单元同样依据各个子系统采集的具备需求，按需要配置数字量输出控制及模拟量输出控制等模块。电源模块为整个执行控制单元供电。
96.具体来说，执行控制单元由cpu通信子单元、采集子单元、输出控制子单元以及电源模块构成。执行控制单元所承担的控制逻辑大多较为简单，采用soc芯片，实现cpu通信子单元，将控制软件及通信集成到同一模块中进行处理。实现tsn通信功能，通信通道为冗余通道。按照控制功能的要求，如实现安全功能可达到sil2以及sil4等级，相应的安全功能采用功能安全通信协议。采集子单元依据各个子系统采集的具备需求，按需要配置数字量采集、模拟量采集、pwm采集等模块。输出控制子单元同样依据各个子系统采集的具备需求，按需要配置数字量输出控制及模拟量输出控制等模块。电源模块为整个执行控制单元供电。执行控制单元主机各个模块通过背板实现连接。
97.参见图9，tsn交换机由tsn交换模块以及电源模块构成。所述电源模块可以为电源板卡。tsn交换模块为冗余设置，可为各个接入设备提供可靠的双路冗余通道，以满足控制要求。交换机作为tsn网络的主时钟发布源，支持不同优先等级业务数据的流量调度功能。电源模块为tsn交换机供电。具体来说，tsn交换机由tsn交换模块以及电源模块构成。tsn交
换模块为冗余设置，可为各个接入设备提供可靠的双路冗余通道，以满足控制要求。交换机作为tsn网络的主时钟发布源，支持不同优先等级业务数据的流量调度功能。电源模块为tsn交换机供电。
98.参见图10，本技术应用实例提供的列车融合控制系统的整个网络系统架构为：tsn交换机分布在每个车厢，交换机的两个交换模块分别通过级联线路连接为线形骨干网络，构成彼此隔离的冗余子网，其中一个子网的交换机节点故障不影响另一子网的正常通信。融合控制单元采用冗余设置，冗余设备分别通过双通道接入到tsn交换机冗余的交换模块。
99.既有网络架构(以太网/mvb)的典型特点是，整车控制逻辑软件在中央控制单元中实现，各子系统的控制功能分散在各自的控制单元中，中央控制单元与各子系统控制单元通过相应的网络媒介实现通信，各子系统控制单元中有相应的执行控制模块，控制单元与执行控制模块之间通常通过内部线路(如can总线、背板总线等)实现控制及状态信息传递，执行控制模块连接至各子系统执行机构，最终完成执行机构的控制。其中的既有以太网网络控制系统架构举例参见图11，既有mvb网络控制系统架构举例参见图12。
100.而本技术应用实体提供的基于时间敏感网络的网络系统融合架构，将中央控制单元控制功能、各子系统控制功能，集中在融合控制单元中实现，各子系统仅保留相应的执行控制单元，融合控制单元通信高速实时通信与执行控制单元实现信息交互，执行控制单元连接至各子系统执行机构，直接完成执行机构的控制。其中，本技术应用实例提供的基于时间敏感网络的网络系统融合架构举例参见图13。
101.具体来说，tsn交换机分布在每个车厢，通过级联线路连接为骨干网络。融合控制单元采用冗余设置，冗余设备分别通过双通道接入到tsn交换机冗余的交换模块。融合控制单元实现列车的控制功能，控制功能除了原网络控制系统架构下的中央控制单元实现的功能之外，还将牵引系统、制动系统、空调系统、门控制系统等子系统的控制功能纳入，完成控制功能的集中实现。各子系统的控制逻辑功能迁移到融合控制单元后，仅保留执行机构控制相关的简化控制功能，因此子系统的控制单元简化为执行控制单元。融合控制单元以及执行控制单元均具备tsn通信接口，通过tsn网络实现各设备的连接。
102.从上述描述可知，本技术应用实例与其他现有网络架构的区别一为：控制网络采用tsn网络，能够实现大容量高实时性的传输，满足精准控制的要求。tsn网络架构支持不同优先级的通信数据共同传输，通过合理分配传输时间窗，控制类数据可以实现实时传输，不受部分高带宽占用的非控制类数据影响，解决了传统网络架构存在的流量冲突，延迟不确定等问题。因此，相对既有网络，tsn网络能够同时满足网络传输的实时性及大容量传输，满足日益提高的城轨列车数据传输需求。
103.本技术应用实例与其他现有网络架构的区别二为：采用融合控制单元，实现控制功能的集中统一部署，减少了各系统之间信息交互，能实现更优的控制效果，更好地满足城轨列车快启快停、精准停车的控制需求，提高乘坐舒适性。
104.本技术应用实例与其他现有网络架构的区别三为：各子系统控制单元简化为执行控制单元，仅仅保留了机构执行所必要的控制逻辑以及通信接口，控制单元实现统一规划设计，采集及输入模块均可为标准接口，按各子系统实际选配。采用统一规划设计，可以节约硬件资源，降低成本及运维费用。执行控制单元功能趋于单一，可提高可靠性，有效降低故障率。
105.本技术应用实例通过融合控制系统将列车控制功能整合，可以实现一体化控制，减少各系统之间的交互环节，提高控制精度，压缩控制时间。通过tsn时间敏感网络，可能同时满足高实时性和大容量网络传输需求，为控制数据和非控制数据同时提供传输通道，节省网络设备及网线布置。子系统功能实现简化，仅保留采集、执行控制及通信接口功能，设计上可以采用统一方案，设计标准化通用模块，按需配置，降低制造成本及运维费用。
106.其中，本技术应用实例尤其对于融合控制系统有最显著的效果，减少交互，提高控制效率，可通过既有网络架构下特定功能实现与融合控制系统中。
107.举例来说，在如图14所示的传统网络控制架构下，如中央控制单元与子系统控制单元a1、子系统控制单元b1共同实现某控制功能，其完成流程如下：
108.①
中央控制单元向子系统控制单元a1发送控制指令，子系统控制单元a1收到控制指令，通过内部总线将控制指令转化为相应的控制功能传递至内部的执行控制模块a2，执行控制模块a2按要求控制执行机构a3；
109.②
.执行控制模块a2采集执行机构a3的执行效果，并通过内部总线传递给子系统控制单元a1，子系统控制单元a1通过网络传输至中央控制单元；
110.③
.中央控制单元通过执行机构a3的执行效果，重新计算控制指令，计算后需要子系统协同完成控制功能，则向子系统控制单元a1和子系统控制单元b1发送相应控制指令；
111.而后，子系统控制单元a1和子系统控制单元b1接到控制指令后，分别通过内部总线将控制指令传递给各自的执行控制模块，以分别控制各自的执行机构；
112.④
.执行控制模块a2将控制效果发送至子系统控制单元a1，子系统控制单元a1通过网络发送至子系统控制单元b1，子系统控制单元b1收到相应控制效果后，进一步调整对执行机构的控制指令，协同子系统控制单元a1共同实现相应控制功能。
113.而在如图15所示的基于时间敏感网络的网络系统融合架构下，控制流程简化如下：
114.①
.融合控制单元通过时间敏感网络向执行控制单元a4发送控制指令，执行控制单元a4按要求控制执行机构a5；
115.②
.执行控制单元a4通过时间敏感网络将控制效果反馈至融合控制单元；
116.③
.融合控制单元重新计算控制命令，需要执行控制单元a4、执行控制单元b4协同完成控制功能，则直接通过时间敏感网络，重新向执行控制单元a4、执行控制单元b4发送控制指令，执行控制单元a4控制执行机构a5，且执行控制单元b4控制执行机构b5，以协同完成控制功能。
117.通过如上控制流程的对比可知，本技术应用实例提供的基于时间敏感网络的网络系统融合架构总体减少了各控制单元之间信息交互的环节；减少了功能实现过程中信息总体在网络中传递的次数；减少了控制指令在各个子系统内部总线传输的环节；控制功能集中实现，减少了在各个单元计算的总体时间。
118.从硬件层面来说，为了解决现有的列车控制系统存在控制功能分散导致控制时效性较低、控制单元数量较多而造成资源浪费以及通信可靠性无法保证等问题，本技术提供一种用于实现所述列车融合控制系统中cpu子单元的电子设备的实施例，所述电子设备具体包含有如下内容：
119.图16为本技术实施例的电子设备9600的系统构成的示意框图。如图16所示，该电
子设备9600可以包括中央处理器9100和存储器9140；存储器9140耦合到中央处理器9100。值得注意的是，该图16是示例性的；还可以使用其他类型的结构，来补充或代替该结构，以实现电信功能或其他功能。
120.在一实施例中，列车融合控制功能可以被集成到中央处理器中。其中，中央处理器可以被配置为对所述列车的整车及各个子系统进行集中控制，并设有功能安全通信协议。
121.在另一个实施方式中，对所述列车的整车及各个子系统进行集中控制部分可以与中央处理器9100分开配置，例如可以将对所述列车的整车及各个子系统进行集中控制部分配置为与中央处理器9100连接的芯片，通过中央处理器的控制来实现列车融合控制功能。
122.如图16所示，该电子设备9600还可以包括：通信模块9110、输入单元9120、音频处理器9130、显示器9160、电源9170。值得注意的是，电子设备9600也并不是必须要包括图16中所示的所有部件；此外，电子设备9600还可以包括图16中没有示出的部件，可以参考现有技术。
123.如图16所示，中央处理器9100有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器9100接收输入并控制电子设备9600的各个部件的操作。
124.其中，存储器9140，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器9100可执行该存储器9140存储的该程序，以实现信息存储或处理等。
125.输入单元9120向中央处理器9100提供输入。该输入单元9120例如为按键或触摸输入装置。电源9170用于向电子设备9600提供电力。显示器9160用于进行图像和文字等显示对象的显示。该显示器例如可为lcd显示器，但并不限于此。
126.该存储器9140可以是固态存储器，例如，只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、sim卡等。还可以是这样的存储器，其即使在断电时也保存信息，可被选择性地擦除且设有更多数据，该存储器的示例有时被称为eprom等。存储器9140还可以是某种其它类型的装置。存储器9140包括缓冲存储器9141(有时被称为缓冲器)。存储器9140可以包括应用/功能存储部9142，该应用/功能存储部9142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器9100执行电子设备9600的操作的流程。
127.存储器9140还可以包括数据存储部9143，该数据存储部9143用于存储数据，例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由电子设备使用的数据。存储器9140的驱动程序存储部9144可以包括电子设备的用于通信功能和/或用于执行电子设备的其他功能(如消息传送应用、通讯录应用等)的各种驱动程序。
128.通信模块9110即为经由天线9111发送和接收信号的发送机/接收机9110。通信模块(发送机/接收机)9110耦合到中央处理器9100，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通信终端的情况相同。
129.基于不同的通信技术，在同一电子设备中，可以设置有多个通信模块9110，如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。通信模块(发送机/接收机)9110还经由音频处理器9130耦合到扬声器9131和麦克风9132，以经由扬声器9131提供音频输出，并接收来自麦克风9132的音频输入，从而实现通常的电信功能。音频处理器9130可以包括任何合适
的缓冲器、解码器、放大器等。另外，音频处理器9130还耦合到中央处理器9100，从而使得可以通过麦克风9132能够在本机上录音，且使得可以通过扬声器9131来播放本机上存储的声音。
130.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
131.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(装置)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
132.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
133.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
134.本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。