牵引传动系统是电力机车的关键组成部分,运行性能关系着列车的安全和稳定。牵引控制单元(Traction Control Unit, TCU)是牵引传动系统的控制核心,具有控制、监测、通信等功能,对牵引传动系统性能起决定性作用。随着国内高速铁路网的全面兴建,我国电力机车现已基本实现自主化,但部分关键性部件(如车载TCU)等只能进行生产制造、故障检修,不具备研发、升级和创新的能力。因此,分析车载TCU的功能和运行机理,研究TCU软硬件设计,对我国电力机车发展意义重大。车载TCU需要处理的信号为牵引传动系统中传感器和执行部件信号,按照性质和功能可划分为控制类信号和监控类信号两大类,分别对应车载TCU的控制和监控功能。而车载TCU通信功能可分为对外系统级通信和内部设备级通信,对外系统级通信是电力机车各标准设备之间的数据交互,按照列车通信网络标准要求,采用多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus, MVB)协议实现；内部设备级通信用于完成TCU内部数据交互,采用在工控设备中常用的紧凑型PCI (Compact PCI, CPCI)协议实现。根据车载TCU信号和通讯数据流特性,设计不同子板共同构成TCU硬件系统：控制子板、模拟子板、数字子板组成控制模块完成控制功能；系统监测子板、安全辅助功能子板构成监测模块完成监测功能；网络通信子板组成通信模块完成通信功能；DC24V电源子板、CPCI电源子板组成电源模块为系统提供供电。所有的子板通过背板连接,九块板卡安装在所设计的机箱中,构成TCU硬件系统。此外,设计完整的接地与屏蔽方案,保证TCU在大功率强磁环境中能够稳定工作。牵引传动系统可分为网侧和电机侧两个部分,在半实物仿真器RT-LAB中进行建模,网侧模型包括四象限脉冲整流器模型和中间直流环节模型,电机侧模型包括牵引逆变器模型和电机模型。通过搭建TCU与RT-LAB硬件在环实验平台,完成TCU软件算法的设计和研究。四象限脉冲整流器采用瞬态电流控制,电机侧采用矢量控制和SVPWM算法,硬件在环实验结果表明所设计TCU软件算法能够实现四象限脉冲整流器单位功率因数运行,并能够提供稳定的直流侧电压；电机侧电机能够平滑启动,满足输出转矩脉动小,转速平稳的要求。最后,设计TCU与110kVA牵引传动系统联调实验平台,在强磁环境中对TCU软硬件功能进行测试。实验结果进一步验证了,本文所设计TCU硬件系统能够在大功率场合稳定运行,软件算法能够实现牵引传动系统的控制。为TCU的工程化提供参考,为牵引传动系统控制算法的深入研究提供实验平台。