一体化控制架构和基于一体化控制架构的设备控制方法与流程

1.本发明涉及轨道列车网络控制技术领域，尤其涉及一种一体化控制架构和基于一体化控制架构的设备控制方法。


背景技术：

2.目前，我国的城市轨道车辆均含有列车控制管理系统(train control and management system，tcms)，tcms通过通信总线将列车上的其他子系统的控制单元桥接起来，构成分布式列车控制系统，其中子系统包括牵引系统、制动系统、门系统、乘客信息系统、空调系统、辅助供电系统、火灾报警系统等，每个子系统均配置了相应的子系统控制单元。tcms主要用于管理通信总线、接收并处理列车级及车辆级数据，控制各子系统的协作运行。
3.然而，现有技术中的基于tcms的控制架构在认证过程中，需要所有子系统的控制单元一一进行认证，若与某子系统相关的控制功能需求发生改变，则需要对发生改变的子系统控制单元的应用软件和tcms系统应用软件重新认证，因此导致认证费用高；另外，列车调试过程中，由于中央控制单元和各子系统控制器均含有逻辑控制部分，如果调试试验出现问题，需要双方共同进行故障查询，导致调试效率低，且需调试人员的高度配合。现有控制架构在应用过程中，会造成设备采购费用高。各子系统的控制单元的控制功能主要是逻辑处理和计算功能，因此导致用于计算的控制单元的硬件的采购、检修和维护成本高，不便于统一管理。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种一体化控制架构和基于一体化控制架构的设备控制方法，以解决现有控制架构中认证费用高、调试效率低以及成本高的问题。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种一体化控制架构，包括人机界面(human machine interface，hmi)，还包括：中央控制单元、通用输入/输出(input/output，io)单元以及硬件执行单元；
6.所述中央控制单元与所述hmi连接，且所述中央控制单元中集成车辆子系统的控制功能，用于接收所述hmi下发的控制数据以及接收车辆运行数据，根据所述控制数据和所述车辆运行数据，确定所述控制数据对应的控制指令；
7.所述通用io单元分别与所述中央控制单元、所述硬件执行单元连接，用于将所述中央控制单元下发的控制指令转发给所述硬件执行单元，以及采集所述硬件执行单元的数据转发给所述中央控制单元。
8.在一种可能的实现方式中，当所述车辆子系统为空调控制子系统时，所述中央控制单元中集成了所述空调控制功能和tcms控制功能；所述硬件执行单元包括：空调执行器和空调传感器。
9.在一种可能的实现方式中，所述通用io单元采用机箱式，并配置针对采集不同的
车辆子系统数据的板卡；
10.所述通用io单元通过硬线形式，采集所述硬件执行单元的数据，或将所述中央控制单元下发的控制指令转发给所述硬件执行单元。
11.在一种可能的实现方式中，所述通用io单元与所述中央控制单元通过实时以太网连接。
12.第二方面，本发明实施例提供了一种基于一体化控制架构的设备控制方法，应用上述任一项实施例所述的基于一体化控制架构，所述设备控制方法包括：
13.接收hmi下发的控制数据以及接收车辆运行数据；
14.根据所述控制数据和所述车辆运行数据，确定所述控制数据对应的控制指令；
15.将所述控制指令通过通用io单元发送给车辆子系统对应的硬件执行单元，以便所述硬件执行单元执行所述控制指令，实现子系统功能。
16.在一种可能的实现方式中，当所述车辆子系统为空调控制子系统时，所述控制数据包括空调设置模式，所述车辆运行数据包括外界温度和车内温度；
17.所述根据所述控制数据和所述车辆运行数据，确定所述控制数据对应的控制指令，包括：
18.检测hmi下发的空调设置模式是否为预设模式；
19.当所述空调设置模式为预设模式时，根据所述外界温度、所述车内温度和hmi下发的空调设置模式，检测空调是否符合预冷条件或预热条件；
20.当空调符合预冷条件或预热条件时，确定所述空调进入预冷状态或预热状态时各执行器对应的控制指令；
21.当所述空调在预冷状态或预热状态下，根据接收到的退出预冷状态或预热状态的指令，或达到退出预冷状态或预热状态的条件，退出预冷状态或预热状态，进入所述预设模式对应的状态。
22.在一种可能的实现方式中，在所述检测hmi下发的空调设置模式是否为预设模式之后，还包括：
23.当所述空调设置模式不是预设模式时，确定所述空调进入所述空调设置模式时各执行器对应的控制指令。
24.在一种可能的实现方式中，当所述预设模式为自动控温模式或手动控温模式时，所述当空调符合预冷条件或预热条件时，确定所述空调进入预冷状态或预热状态时各执行器对应的控制指令，包括：
25.确定目标温度；
26.当所述外界温度大于第一预设温度，且所述车内温度大于所述目标温度与调节温度之和时，确定所述空调进入预冷状态时各执行器对应的控制指令；
27.当所述外界温度小于等于第二预设温度，且所述车内温度小于所述目标温度与调节温度之差时，确定所述空调进入预热状态时各执行器对应的控制指令；所述第一预设温度大于所述第二预设温度。
28.在一种可能的实现方式中，当所述自动控温模式为自动冷模式时，所述确定目标温度，包括：
29.当所述外界温度大于第一阈值时，确定目标温度为第一温度值；
30.当所述外界温度小于等于第二阈值时，确定目标温度为第二温度值；所述第一阈值大于所述第二阈值，所述第一温度值大于所述第二温度值；
31.当所述外界温度大于第二阈值且小于等于第一阈值时，根据tic＝22+0.25*(tout-19)确定目标温度；其中，tic表示目标温度，tout表示所述外界温度；
32.当所述自动控温模式为自动暖模式时，所述确定目标温度，包括：
33.当所述外界温度大于等于第三阈值且持续预设时间时，确定目标温度为第三温度值；
34.当所述外界温度小于第三阈值且持续预设时间时，确定目标温度为第四温度值；所述第三阈值小于所述第二阈值，所述第三温度值小于所述第二温度值，所述第四温度值小于所述第三温度值；
35.在所述手动控温模式下，所述确定目标温度，包括：
36.接收hmi发送的用户设定的目标温度。
37.在一种可能的实现方式中，在所述将所述控制指令通过通用io单元发送给车辆子系统对应的硬件执行单元之后，还包括：
38.当空调处于正常工作状态时，检测到车厢内存在非正常工况，通过所述通用io单元向硬件执行单元发送对应的保护指令，所述非正常工况包括车内火灾、车外火灾、紧急通风、高温卸载保护、低温保护或减载模式。
39.本发明实施例提供一种一体化控制架构和基于一体化控制架构的设备控制方法，通过在中央控制单元内集成车辆各子系统的控制功能，从而不需要设置各子系统的控制单元，有效整合控制功能，便于统一管理，从而可以减少不必要的软件功能认证工作，降低认证费用，同时可以提升列车调试效率。另外由于仅设置一个中央控制单元，因此不需要各子系统的控制单元这样的硬件，从而降低采购、检修和维护成本高。以及设置通用io单元，而不是将硬件执行单元分别连接到中央控制单元上，从而可以降低与中央控制单元之间的硬件接口数量。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
41.图1是本发明实施例提供的现有技术中基于车辆子系统的控制单元的控制架构的示意图；
42.图2是本发明实施例提供的一体化控制架构的示意图；
43.图3是本发明实施例提供的基于空调控制功能的一体化控制架构的示意图；
44.图4是本发明实施例提供的基于一体化控制架构的设备控制方法的实现流程图；
45.图5是本发明实施例提供的根据控制数据和车辆运行数据，确定控制数据对应的控制指令的示意图；
46.图6是本发明实施例提供的车厢内存在非正常工况时确定控制数据对应的控制指令的示意图；
47.图7是本发明实施例提供的中央处理器的示意图。
具体实施方式
48.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
49.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
50.参见图1，目前列车的控制架构是基于车辆子系统的控制单元的控制架构，即tcms中的中央控制单元(central control unit，ccu)与各子系统的控制单元通信，完成列车的牵引、制动、空调控制、火灾报警等控制功能。如图1中，空调系统的控制单元为空调控制单元，牵引系统的控制单元为牵引控制单元，制动系统的控制单元为制动单元，门系统的控制单元为门控器，乘客信息系统的控制单元为(passenger information system，pis)控制主机，火灾报警系统的控制单元为火警主机等等。ccu通过实时以太网总线分别与空调控制单元、牵引控制单元、制动单元、门控器、pis控制主机、火警主机连接。各子系统的控制单元均具有计算和逻辑处理能力，它们通过实时以太网接收ccu的指令再控制本系统下的被控部件执行对应的操作。
51.然而，如图1所示的控制架构在实施过程中，会造成认证费用过高。如果列车上的控制单元内的应用软件需要进行安全认证，并已完成认证时，若与某子系统相关的控制功能需求发生改变，则需要对发生改变的子系统控制单元的应用软件和tcms系统应用软件重新认证，因此导致认证费用高，造成制造成本增加。且在列车调试过程中，由于中央控制单元和各子系统控制器均含有逻辑控制部分，如果调试试验出现问题，需要双方共同进行故障查询，导致调试效率低，且需调试人员的高度配合。
52.现有控制架构在应用过程中，会造成设备采购费用高。各子系统的控制单元的控制功能主要是逻辑处理和计算功能，因此导致用于计算的控制单元的硬件的采购、检修和维护成本高，不便于统一管理。
53.为了优化现有控制架构，本发明实施例提供的一种一体化控制架构的示意图，如图2所示：一体化控制架构包括hmi21，在列车的每节车厢内还包括中央控制单元22、通用io单元23以及硬件执行单元24；
54.中央控制单元22与hmi21连接，且中央控制单元22中集成车辆子系统的控制功能，用于接收hmi21下发的控制数据以及接收车辆运行数据，根据控制数据和车辆运行数据，确定控制数据对应的控制指令；
55.这里中央控制单元22中需要集成子系统的系统级和部件级的逻辑控制功能，同时还可以支持多路控制，例如可以同时支持多路空调机组的控制线程。
56.中央控制单元22中可以集成空调控制功能、车门控制功能、火警控制功能以及牵引控制功能等功能。
57.通用io单元23分别与中央控制单元22、硬件执行单元24连接，用于将中央控制单元22下发的控制指令转发给硬件执行单元24，以及采集硬件执行单元24的数据转发给中央
控制单元22。
58.通用io单元23的设置可以减少与中央控制单元22之间的硬件接口数量，这里通用io单元23仅用于转发数据，不进行逻辑判断和运算处理。可以针对每个子系统的控制功能设置一个通用io单元23。
59.上述一体化控制架构，通过在中央控制单元内集成车辆各子系统的控制功能，从而不需要设置各子系统的控制单元，有效整合控制功能，便于统一管理，从而可以减少不必要的软件功能认证工作，降低认证费用，同时可以提升列车调试效率。另外由于仅设置一个中央控制单元，因此不需要各子系统的控制单元这样的硬件，从而降低采购、检修和维护成本高。
60.参见图3，当车辆子系统为空调控制子系统时，中央控制单元22中集成了空调控制功能和tcms控制功能；硬件执行单元包括：空调执行器和空调传感器。这里空调执行器可以为多个空调执行器，例如通风机、压缩机、冷凝风机、排风机、新风阀、回风阀、排风阀等。空调传感器可以为新风温度传感器、回风温度传感器、压力传感器等。
61.通用io单元23可以为空调通用io单元，其采用机箱式，并配置针对采集不同的车辆子系统数据的板卡，例如cpu控制板、以太网通信板、数字量输入板、数字量输出板、模拟量采集板、模拟量输出板等。
62.通用io单元23通过硬线形式，采集硬件执行单元的数据，例如采集相应的温度值和压力值等，或将中央控制单元下发的控制指令转发给硬件执行单元。
63.可选的，通用io单元23与中央控制单元22通过实时以太网连接。
64.可选的，用户可以在hmi上设定目标温度、空调运行模式。温度设定可实现目标温度的设定，只在手动控温模式下开放。其中空调运行模式包括自动控温模式、手动控温模式、退出预冷模式，退出预暖模式、通风模式、紧急通风模式以及关闭模式。
65.手动冷模式的温度设置范围：22℃～28℃；手动暖模式的温度设置范围：12℃～18℃。温度调整按钮仅在自动控温模式下使用，对自动控温模式下的目标温度进行小范围调整，例如在目标温度上进行+1℃，-1℃，+2℃，-2℃的调整。
66.上述一体化控制架构，通过在中央控制单元内集成车辆各子系统的控制功能，从网络拓扑结构的角度看，联网设备虽未减少，但控制功能的分布发生了变化，从而有效整合控制功能，便于统一管理。当功能需求变化时，需要功能性认证，从而可以减少不必要的软件功能认证工资，降低认证费用，同时可以提升列车调试效率。另有由于仅设置一个中央控制单元，因此不需要各子系统的控制单元这样的硬件，从而降低采购、检修和维护成本高。
67.图4为本发明实施例提供的一种基于一体化控制架构的设备控制方法的实现流程图，应用上述任一实施例的基于一体化控制架构，详述如下：
68.步骤401，接收hmi下发的控制数据以及接收车辆运行数据。
69.hmi和中央控制单元连接，用户可以在hmi上设置目标温度以及空调运行模式，hmi接收到用户设置的控制数据后，会下发给中央控制单元，即ccu。ccu接收控制数据以及车辆的运行数据，并根据接收到的数据进行处理，以便控制车辆子系统进入相应的正常工作状态，同时控制相应的执行器工作。
70.在一实施例中，当车辆子系统为空调控制子系统时，ccu接收到hmi上的控制数据以及接收车辆运行数据后，可以进行以下控制：通风机、排风机的启停控制；冷凝风机启停
控制；压缩机的工作频率控制；新风阀、回风阀、排风阀的自动控制；四通阀控制等。
71.这里车辆运行数据可以包括辅助供电系统的工作状态数据以及外界温度等参数。
72.步骤402，根据控制数据和车辆运行数据，确定控制数据对应的控制指令。
73.在本实施例中，以车辆子系统为空调控制子系统为例进行详述。
74.控制数据包括空调设置模式，例如自动控温模式、手动控温模式、退出预冷模式，退出预暖模式、通风模式、紧急通风模式以及关闭模式。
75.车辆运行数据包括外界温度和车内温度。在本实施例中，外界空气可以通过车辆的通风系统进入车内，因此外界温度还可以称为新风温度。
76.可选的，根据控制数据和车辆运行数据，确定控制数据对应的控制指令，可以包括：
77.检测hmi下发的空调设置模式是否为预设模式；这里预设模式可以为自动控温模式或者为手动控温模式；
78.当空调设置模式为预设模式时，根据外界温度、车内温度和hmi下发的空调设置模式，检测空调是否符合预冷条件或预热条件；
79.当空调符合预冷条件或预热条件时，确定空调进入预冷状态或预热状态时各执行器对应的控制指令；预冷状态或预热状态是指正式控温前的温度调节，可以使车内乘员慢慢适应温度变化，防止应激反应，提高用户体验度。
80.当空调在预冷状态或预热状态下，根据接收到的退出预冷状态或预热状态的指令，或达到退出预冷状态或预热状态的条件，退出预冷状态或预热状态，进入预设模式对应的状态。
81.可选的，当空调符合预冷条件或预热条件时，确定空调进入预冷状态或预热状态时各执行器对应的控制指令，包括：
82.确定目标温度；
83.当外界温度大于第一预设温度，且车内温度大于目标温度与调节温度之和时，确定空调进入预冷状态时各执行器对应的控制指令；
84.当外界温度小于等于第二预设温度，且车内温度小于目标温度与调节温度之差时，确定空调进入预热状态时各执行器对应的控制指令；第一预设温度大于第二预设温度。例如，第一预设温度可以设置为25℃，第二预设温度可以设置为12℃，这里仅为一个举例说明，第一预设温度和第二预设温度的具体取值可以自行设置，在本实施例中不进行限定。
85.这里调节温度是指在自动控温模式下，用户可以在hmi上对确定的目标温度进行的一个微调，微调的范围为+1℃，-1℃，+2℃，-2℃。
86.在一实施例中，首先根据控制数据和车辆运行数据后，先根据外界温度来自动判断是启动自动制冷模式、自动制暖模式或通风模式。
87.参见图5，当新风温度高于第三预设温度时，需启动自动制冷；
88.新风温度低于第四预设温度时，需启动自动制暖15℃
89.新风温度高于第四预设温度且低于第三预设温度时，需启动通风。
90.这里第三预设温度可以为19℃，第四预设温度可以为15℃。这里仅为一个举例说明，第三预设温度和第四预设温度的具体取值可以自行设置，在本实施例中不进行限定。
91.当需启动自动制冷模式时，先判断预冷条件是否成立，预冷条件：tout＞25℃且
tin＞tic+2℃以上；当满足预冷条件，进入预冷状态。当收到hmi上的退出预冷指令或当tin≤tic或预冷运行时间超过预设时间时，退出预冷状态，进入正常自动冷状态。
92.这里，tout表示外界温度，也即新风温度，tin表示车内温度，tic表示目标温度。预设时间可以根据需求设置，例如预设时间可以为30分钟。
93.当需启动自动热模式时，先根据tout≤12℃且tin＜tih-2℃判断；满足上述预热条件，进入预热状态；当收到hmi上的退出预热指令或当tin≥tih或预运行时间超过预设时间时，退出预热状态，进入正常自动热状态。
94.另外，当需启动通风模式时，ccu控制空调进入正常通风状态。
95.可选的，当ccu接收到hmi发送的手动控温模式后，与上述预冷条件和预热条件一样，先判断是否满足预冷或预热条件，ccu控制进入预冷或预热状态，再根据ccu接收到的目标温度，控制空调进入手动冷状态或手动暖状态，按照目标温度调节压缩机的工作频率。
96.在一实施例中，当空调设置模式不是预设模式时，确定空调进入空调设置模式时各执行器对应的控制指令。
97.例如，当ccu接收到hmi发送通风模式后，ccu直接进入到通风状态。
98.当ccu接收到hmi发送紧急通风模式后，ccu直接进入到紧急通风状态。
99.当ccu接收到hmi发送关闭模式后，ccu直接进入到关闭状态。
100.参见图5，空调处于预冷或预热状态时，执行器的运行情况如下：送风机运行，废排风机运行，5秒后冷凝风机运行，10秒压缩机满频率运行，回风阀打开，新风阀全关，排风阀全关，制热时旁风阀工作。
101.空调处于自动冷/暖状态时，执行器的运行情况如下：送风机运行，废排风机运行，冷凝风机运行，压缩机根据ccu计算的目标温度自动调节频率，回风阀打开，新风阀根据车辆满载率信号调节，排风阀根据车辆满载率信号调节，制热时旁风阀工作。
102.空调处于手动冷/暖状态时，执行器的运行情况如下：送风机运行，废排风机运行，冷凝风机运行，压缩机根据hmi设置的目标温度自动调节频率，回风阀打开，新风阀根据车辆满载率信号调节，排风阀根据车辆满载率信号调节，制热时旁风阀工作。
103.空调处于通风状态时，执行器的运行情况如下：送风机运行，废排风机运行，回风阀打开，新风阀全关，排风阀全关，压缩机停止，冷凝风机停止。
104.空调处于紧急通风状态时，执行器的运行情况如下：送风机运行，废排风机运行，回风阀关闭，新风阀全关，排风阀全关，压缩机停止，冷凝风机停止。
105.空调处于关闭状态时，执行器的运行情况如下：送风机停止，废排风机停止，回风阀关闭，新风阀全关，排风阀全关，压缩机停止，冷凝风机停止。
106.在一实施例中，在自动控温模式下，目标温度是ccu根据外界温度确定的，例如根据uic553的温度曲线计算目标温度。在手动控温模式下，目标温度是用户自己在hmi上设置的。
107.可选的，当自动控温模式为自动冷模式时，确定目标温度，包括：
108.当外界温度大于第一阈值时，确定目标温度为第一温度值；
109.当外界温度小于等于第二阈值时，确定目标温度为第二温度值；第一阈值大于第二阈值，第一温度值大于第二温度值；
110.当外界温度大于第二阈值且小于等于第一阈值时，根据tic＝22+0.25*(tout-19)
确定目标温度；其中，tic表示目标温度，tout表示外界温度。
111.这里第一阈值可以为39℃，第二阈值可以为19℃，第一阈值和第二阈值的确定可以根据实际需求设置，在本实施例中仅为一个举例说明，并不对其进行限定。
112.同理，第一温度值可以为27℃，第二温度值可以为22℃。第一温度值和第二温度值的确定可以根据实际需求设置，在本实施例中仅为一个举例说明，并不对其进行限定。
113.可选的，当自动控温模式为自动暖模式时，确定目标温度，包括：
114.当外界温度大于等于第三阈值且持续预设时间时，确定目标温度为第三温度值；
115.当外界温度小于第三阈值且持续预设时间时，确定目标温度为第四温度值；第三阈值小于第二阈值，第三温度值小于第二温度值，第四温度值小于第三温度值；
116.这里第三阈值可以为-5℃，预设时间可以为一分钟，第三阈值和预设时间的设置也可以根据实际需求设置，在此并不对其取值进行限定。第三温度值可以为18℃，第四温度值可以为13℃。
117.可选的，在手动控温模式下，确定目标温度，包括：
118.接收hmi发送的用户设定的目标温度。
119.需要说明的是，在手动制冷时，通过hmi可以手动设定整列车或单节车厢的目标温度，设定范围为22℃～28℃。
120.在手动制暖时，通过司机台hmi屏手动设定整列车或单节车厢的目标温度，设定范围为12℃～18℃。
121.步骤403，将控制指令通过通用io单元发送给车辆子系统对应的硬件执行单元，以便硬件执行单元执行控制指令，实现子系统功能。
122.在一实施例中，在将控制指令通过通用io单元发送给车辆子系统对应的硬件执行单元之后，还包括：
123.当空调处于正常工作状态时，例如空调处于制冷状态、制热状态、通风状态时，检测到车厢内存在非正常工况，通过通用io单元向硬件执行单元发送对应的保护指令，非正常工况包括车内火灾、车外火灾、紧急通风、高温卸载保护、低温保护或减载模式。
124.下面我们根据非正常工况一一详述对应的保护指令。
125.参见图6，ccu根据列车运行数据，判断进入以下模式：
126.第一，车内火灾。
127.当ccu接收到通用io单元反馈的“车内火灾”信号为高电平时，表明车内发生火灾，进入车内火灾模式，此时控制空调立即关闭；
128.当ccu接收到通用io单元反馈的“车内火灾”信号为低电平时，表明车内火灾消除，此时退出车内火灾模式，空调由tcms信号自动控制，参见附图5自动控制流程。
129.第二，车外火灾。
130.当ccu接收到通用io单元反馈“车外火灾”信号为高电平或收到hmi发送的车外火灾信号时，进入车外火灾模式，此时控制废排风机立即关闭；
131.当ccu接收到通用io单元反馈“车外火灾”信号为低电平时，退出车外火灾模式，控制废排风机全部打开。
132.第三，紧急通风。
133.当ccu检测到电网电压断电或列车的所有辅助逆变器电源全部故障时，进入紧急
通风模式，ccu将空调的回风门全关闭，新风门和废排风门全部打开。且紧急逆变器启动紧急供电，送风机和排风机由逆变器供电，正常运行。
134.当ccu检测到电网电压恢复，或部分或全部辅助逆变器故障消除时，退出紧急通风模式，空调恢复到进入紧急通风模式之前的控制方式。
135.第四，高温卸载功能；
136.当tout＞52℃持续10秒，控制压缩机、冷凝风机停止工作，仅送风机和废排风机运行。
137.当tout＞48℃持续1分钟，则ccu将降低压缩机运转频率，保证压缩机最大运行频率不超过40hz；
138.当tout≤47℃持续1分钟，则退出高温卸载状态，恢复到正常制冷运行状态；
139.需要说明的是，这里的温度阈值是可以根据实际需求进行设置的，上述的52℃、48℃和47℃仅为举例说明。
140.第五，低温保护功能。
141.当tout《-7℃(温度数值可调整)且持续10s，控制压缩机、冷凝风机停止工作，仅送风机和废排风机运行。同时禁止压缩机再次启动。
142.当tout≥-5℃(温度数值可调整)后，解除禁止，运行压缩机再次启动运行。
143.第六，减载模式。
144.当ccu检测到辅助逆变器故障数量为总数的一半时，控制整车空调机组所有压缩机的运行频率，限制压缩机最大运行频率不超过35hz。需要说明的是，这里压缩机最大运行频率的限制值可修正，可以根据实际需求取值。
145.当ccu检测到辅助逆变器故障超过总数的一半时，控制整车空调机组的所有压缩机停止运行，仅通风机运行，空调进入正常通风模式。
146.当ccu检测到辅助逆变器全部故障，此时满足上面描述的紧急通风的条件，所有空调机组进入紧急通风模式。
147.当tcms取消减载信号后，同一机组的任两台压缩机的运行根据室内温度的变化自动控制。
148.在一实施例中，空调的回风阀、新风阀和排风阀可以自动调节。图7中是新风阀和排风阀根据车辆载客量大小控制方法。下面以新风阀的开度调整进行说明。当满载率大于0％时，新风阀的开度可以由零开度调整为第一开度，当满载率大于或等于第一预设满载率时，新风阀的开度可以由第一开度调节为第二开度，当满载率大于或等于第二预设满载率时，新风阀的开度可以由第二开度调节为第三开度。
149.当满载率小于第三预设满载率时，新风阀的开度可以由第三开度调整为第二开度，当满载率小于第四预设满载率时，新风阀的开度可以由第二开度调整为第一开度，当满载率等于0％时，新风阀的开度可以零开度。
150.其中，第一开度小于第二开度，第二开度小于第三开度，第一开度可以为1/3开度，第二开度可以为2/3开度，第三开度可以为全开度。
151.第一预设满载率可以为22％，第二预设满载率可以为43％，第三预设满载率可以为36％，第四预设满载率可以为15％。需要说明的是，上述开度以及预设满载率均可以根据实际需求进行设置，上述仅仅为一示意性说明。
152.需要说明的是，当满载率信号故障时，新风阀、回风阀、排风阀均全开。
153.需要说明的是，空调内部的其他部件，例如电子膨胀阀的控制由独立的控制器控制、压缩机的变频控制由独立的变频器单元实现，并不是由ccu进行集成控制。
154.本发明实施例通过基于一体化控制架构的设备控制方法，通过接收到hmi下发的控制数据以及收到的车辆运行数据，确定控制数据对应的控制指令，并下发给对应的子系统的硬件执行单元，以便硬件执行单元执行控制指令，实现子系统功能。通过中央控制单元完成子系统的系统级和部件级的控制，控制方式更简单，使得控制方式集中，便于统一管理，可以减少不必要的软件功能认证工作，降低认证费用，同时可以提升列车调试效率。另外由于仅设置一个中央控制单元，将子系统对应的控制单元改为了不具备计算和判断功能的通用io单元，因此不需要各子系统的控制单元这样的硬件，从而降低采购、检修和维护成本高。在列车调试过程中，集成架构所需外部子系统供应商配合度降低，因为ccu中集成了子系统的逻辑控制功能，只需要ccu的软硬件开发人员配合即可。
155.应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
156.本发明实施例还提供一种车辆，所述车辆上包括上述实施例提供的一体化控制架构，一体化控制架构中包括图7是本发明实施例提供的中央处理器的示意图。如图7所示，该实施例的中央处理器7包括：处理器70、存储器71以及存储在所述存储器71中并可在所述处理器70上运行的计算机程序72。所述处理器70执行所述计算机程序72时实现上述各个基于一体化控制架构的设备控制方法实施例中的步骤，例如图4所示的步骤401至步骤403。或者，所述处理器70执行所述计算机程序72时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图1所示模块/单元的功能。
157.示例性的，所述计算机程序72可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器71中，并由所述处理器70执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序72在所述中央处理器7中的执行过程。例如，所述计算机程序72可以被分割成图1所示的模块/单元。
158.所述中央处理器7可包括，但不仅限于，处理器70、存储器71。本领域技术人员可以理解，图7仅仅是中央处理器7的示例，并不构成对中央处理器7的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述中央处理器还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
159.所称处理器70可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
160.所述存储器71可以是所述中央处理器7的内部存储单元，例如中央处理器7的硬盘或内存。所述存储器71也可以是所述中央处理器7的外部存储设备，例如所述中央处理器7
上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，所述存储器71还可以既包括所述中央处理器7的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器71用于存储所述计算机程序以及所述中央处理器所需的其他程序和数据。所述存储器71还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
161.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
162.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
163.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
164.在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/中央处理器和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/中央处理器实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
165.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
166.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
167.所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个基于一体化控制架构的设备控制方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些
中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
168.以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种一体化控制架构，包括hmi，其特征在于，还包括：中央控制单元、通用io单元以及硬件执行单元；所述中央控制单元与所述hmi连接，且所述中央控制单元中集成车辆子系统的控制功能，用于接收所述hmi下发的控制数据以及接收车辆运行数据，根据所述控制数据和所述车辆运行数据，确定所述控制数据对应的控制指令；所述通用io单元分别与所述中央控制单元、所述硬件执行单元连接，用于将所述中央控制单元下发的控制指令转发给所述硬件执行单元，以及采集所述硬件执行单元的数据转发给所述中央控制单元。2.根据权利要求1所述的一体化控制架构，其特征在于，当所述车辆子系统为空调控制子系统时，所述中央控制单元中集成了所述空调控制功能和tcms控制功能；所述硬件执行单元包括：空调执行器和空调传感器。3.根据权利要求2所述的一体化控制架构，其特征在于，所述通用io单元采用机箱式，并配置针对采集不同的车辆子系统数据的板卡；所述通用io单元通过硬线形式，采集所述硬件执行单元的数据，或将所述中央控制单元下发的控制指令转发给所述硬件执行单元。4.根据权利要求1所述的一体化控制架构，其特征在于，所述通用io单元与所述中央控制单元通过实时以太网连接。5.一种基于一体化控制架构的设备控制方法，其特征在于，应用上述权利要求1-4中任一项所述的基于一体化控制架构，所述设备控制方法包括：接收hmi下发的控制数据以及接收车辆运行数据；根据所述控制数据和所述车辆运行数据，确定所述控制数据对应的控制指令；将所述控制指令通过通用io单元发送给车辆子系统对应的硬件执行单元，以便所述硬件执行单元执行所述控制指令，实现子系统功能。6.根据权利要求5所述的基于一体化控制架构的设备控制方法，其特征在于，当所述车辆子系统为空调控制子系统时，所述控制数据包括空调设置模式，所述车辆运行数据包括外界温度和车内温度；所述根据所述控制数据和所述车辆运行数据，确定所述控制数据对应的控制指令，包括：检测hmi下发的空调设置模式是否为预设模式；当所述空调设置模式为预设模式时，根据所述外界温度、所述车内温度和hmi下发的空调设置模式，检测空调是否符合预冷条件或预热条件；当空调符合预冷条件或预热条件时，确定所述空调进入预冷状态或预热状态时各执行器对应的控制指令；当所述空调在预冷状态或预热状态下，根据接收到的退出预冷状态或预热状态的指令，或达到退出预冷状态或预热状态的条件，退出预冷状态或预热状态，进入所述预设模式对应的状态。7.根据权利要求6所述的基于一体化控制架构的设备控制方法，其特征在于，在所述检测hmi下发的空调设置模式是否为预设模式之后，还包括：当所述空调设置模式不是预设模式时，确定所述空调进入所述空调设置模式时各执行
器对应的控制指令。8.根据权利要求6所述的基于一体化控制架构的设备控制方法，其特征在于，当所述预设模式为自动控温模式或手动控温模式时，所述当空调符合预冷条件或预热条件时，确定所述空调进入预冷状态或预热状态时各执行器对应的控制指令，包括：确定目标温度；当所述外界温度大于第一预设温度，且所述车内温度大于所述目标温度与调节温度之和时，确定所述空调进入预冷状态时各执行器对应的控制指令；当所述外界温度小于等于第二预设温度，且所述车内温度小于所述目标温度与调节温度之差时，确定所述空调进入预热状态时各执行器对应的控制指令；所述第一预设温度大于所述第二预设温度。9.根据权利要求8所述的基于一体化控制架构的设备控制方法，其特征在于，当所述自动控温模式为自动冷模式时，所述确定目标温度，包括：当所述外界温度大于第一阈值时，确定目标温度为第一温度值；当所述外界温度小于等于第二阈值时，确定目标温度为第二温度值；所述第一阈值大于所述第二阈值，所述第一温度值大于所述第二温度值；当所述外界温度大于第二阈值且小于等于第一阈值时，根据tic＝22+0.25*(tout-19)确定目标温度；其中，tic表示目标温度，tout表示所述外界温度；当所述自动控温模式为自动暖模式时，所述确定目标温度，包括：当所述外界温度大于等于第三阈值且持续预设时间时，确定目标温度为第三温度值；当所述外界温度小于第三阈值且持续预设时间时，确定目标温度为第四温度值；所述第三阈值小于所述第二阈值，所述第三温度值小于所述第二温度值，所述第四温度值小于所述第三温度值；在所述手动控温模式下，所述确定目标温度，包括：接收hmi发送的用户设定的目标温度。10.根据权利要求5所述的基于一体化控制架构的设备控制方法，其特征在于，在所述将所述控制指令通过通用io单元发送给车辆子系统对应的硬件执行单元之后，还包括：当空调处于正常工作状态时，检测到车厢内存在非正常工况，通过所述通用io单元向硬件执行单元发送对应的保护指令，所述非正常工况包括车内火灾、车外火灾、紧急通风、高温卸载保护、低温保护或减载模式。

技术总结
本发明提供一种一体化控制架构和基于一体化控制架构的设备控制方法。该一体化控制架构包括：中央控制单元与HMI连接，且中央控制单元中集成车辆子系统的控制功能，用于接收HMI下发的控制数据以及接收车辆运行数据，根据控制数据和车辆运行数据，确定控制数据对应的控制指令；通用IO单元分别与中央控制单元、硬件执行单元连接，用于将中央控制单元下发的控制指令转发给硬件执行单元，以及采集硬件执行单元的数据转发给中央控制单元。本发明能够有效整合控制功能，减少不必要的软件功能认证工作，降低认证费用，同时可以提升列车调试效率。另外不需要各子系统的控制单元这样的硬件，从而降低采购、检修和维护成本高。检修和维护成本高。检修和维护成本高。


技术研发人员：郭文勇 宋君君 孙景辉 董利芳 杜苗苗 王静 郭凤媛 王晓梅 高兴华
受保护的技术使用者：中车唐山机车车辆有限公司
技术研发日：2022.09.26
技术公布日：2023/1/6