动车组车辆故障诊断系统分析与应用探索

万家华 冯庆鹏 韩 龙

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266000

一、动车组车辆故障诊断系统

(一)动车组车辆故障诊断系统概述。动车组车辆故障诊断系统是一种以传感技术为基础的设备诊断系统，该系统能够在不停机、带负载的条件下实现对动车组车辆电子元件运行状态的实时监控。该系统能够利用信息处理技术对采集到的数据进行智能化、自动化的汇总分析，进一步为判断车辆运行过程中是否出现故障、故障部位、故障原因、劣化趋势等问题的解决提供有效的数据支持[1]。故障诊断系统的应用使得车辆检修的模式由传统的定期检修转变为状态监测维修，不仅可以节约大量的维修成本、压缩维修时间，还在一定程度上增加了动车组车辆正常运行的时间，大幅度提高车辆的运行效率。

随着经济的发展与科学的进步，我国铁路逐渐向高速、重载的方向全面发展。动车组车辆运行控制、状态监测、行车安全、异常诊断、故障检修等工作变得更加重要。动车组车辆故障诊断系统是监测、识别列车运行状态的信息技术手段，在车辆运行控制过程中具有重要的应用价值。通常情况下，动车组诊断系统由多个分散控制单元共同组成，系统结构较为复杂，能够对动车组车辆所有操作模式中可能发生的常见错误进行判断、评估、报警和记录。系统将各单元报告汇总后集成显示于MMI接口中，方便动车组工作人员了解车辆运行状态，进而保障车辆安全行驶。

(二)动车组车辆故障诊断系统工作原理。在车辆实际运行过程中，动车组车辆故障诊断系统对从传感器接收到的信号进行分析、处理，判断车辆运行是否发生异常并生成报告。这种以诊断规则为基础的检查方法能够有效获取车辆行驶的状态变量，并基于变量数据对车辆的运行趋势加以分析。动车组车辆故障诊断系统的工作主要分为三个部分：开车前任务、行驶中任务以及系统诊断维修任务。

首先，在动车组运行之前诊断系统子系统会对车辆的必要功能进行状态检查(如检查乘客紧急制动、车辆紧急制动环、指示器等)。以上检查可以手动开启，也可以自动开启。检查完成后，子系统会将数据结果进行汇总并生成报告反馈传送至动车组诊断系统主系统进行分析、存储[2]；其次，动车组车辆运行过程中，子系统会通过传感器对车辆各电子元件运行状态进行实时监测，对可能发生的偏差及错误进行报告，当车辆运行数据达到临界值时，动车组中央诊断系统会对元件的运行趋势进行预测分析，并为相关工作人员提供具体的补救措施；最后，在对动车组故障车辆进行维修时，故障诊断系统可以为维修人员提供精准的数据参考及有效的纠错支持，提升车辆检修的工作效率。

二、动车组车辆故障诊断系统诊断结构

(一)子系统和中央诊断结构。动车组车辆故障诊断系统通常采用模块化设计，分为子系统和中央诊断系统两个部分。系统运行过程中，各个子系统会对属于本单元的电子元件进行状态检测，在元件发生运行故障时将其状态反馈至中央诊断系统。中央诊断系统根据子系统反馈的元件运行参数对动车组故障车辆的故障原因、故障类型作出分析判断，确保工作人员进行快速、有效的故障排查工作，以期维护车辆安全运行。

动车组车辆故障诊断系统中的子系统可按照是否具有诊断存储功能分为两种：有掉电安全数据存储功能的子系统和没有数据存储功能的子系统。能够进行智能控制并进行掉电安全存储的子系统可以将车辆故障原因保存在诊断存储器中，并将车辆故障造成的功能限制生成报告发送至动车组中央诊断系统，避免发生连续故障。除此之外，这些子系统设有数据通讯接口，工作人员进行车辆维修时可通过连接接口读取故障信息，操作便捷[3]。未设有数据存储功能的子系统和保险、接触器、照明等元件发生故障时，子系统会直接生成二进制故障信号，经中央控制器直接向动车组中央诊断系统报告。中央诊断系统可对子系统传输的数据信息进行汇总、分析、存储操作，并向相关工作人员如维修人员、乘务人员等显示故障数据，将补救措施传送至司机人机交互MMI，使得动车组车辆故障得到及时处理。

(二)诊断系统监视的电气系统结构。动车组车辆故障诊断系统运行过程中能够实时监测的电气系统有：制动系统、牵引系统、门系统、HVAC系统、列车自动保护系统、旅客信息系统、ACU辅助变流系统、MMI人机互通接口、车载电源系统、高压系统、断路器监视系统、空压机系统、卫生系统、安全环系统。其中制动系统包括自动控制系统、制动监视系统以及防滑保护系统[4]；牵引系统中包括牵引控制系统、牵引监控系统；门系统中包括门控制系统、门监控系统；HVAC系统包括HVAC控制系统、加热通风监视系统、空调设备监视系统；高压系统中包括主变压器、主断路器监视系统；空压机系统包括空气压力检测系统、压缩机警示系统；安全环系统包括门安全环、紧急制动环、乘客紧急制动环。

由此可见，模块化的动车组车辆故障诊断系统子系统的监控范围几乎覆盖了车辆的全部功能元件，能够帮助司机、乘务人员、检修人员及时把控车辆运行信息，进一步提高动车组车辆安全行驶的能力。

三、动车组车辆故障诊断系统应用特点及作用

(一)故障诊断系统应用特点。动车组车辆故障诊断系统在应用过程中最为瞩目的特点即为监控的全面性和反馈的实时性。利用模块化的子系统实现了对动车组车辆所有元件的运行状态、运行数据进行监测分析[5]。实现了车辆故障诊断工作由定期维修到状态维修的转变，进一步促进动车组车辆安全、高效的运行。

首先，动车组车辆故障诊断系统监测功能几乎覆盖车辆所有电气设备，对车上的高压系统元器件、车内电气设备、车下转向架大部件结构等部分均能够进行全面有效的实时监控；其次，动车组车辆故障诊断系统具有人机友好交互界面，该界面能够为不同的用户提供不同的显示信息，在极大程度上方便了动车组工作人员、乘务员、司机、维修人员执行岗位工作，有效地提高了动车组车辆运营及维护的工作效率；最后，动车组车辆故障诊断系统具有良好的冗余特性，即使是在互为备份的两个控制单元上也可进行有效操作，实现信息共享的同时也确保了当一个单元发生运行故障时，另一单元可以及时替代工作，有效提高了动车组车辆运行的稳定性[6]。

(二)故障诊断系统应用作用。动车组车辆故障诊断系统的应用有效地提升了车辆运行的可靠性。随着动车组车辆故障诊断系统的不断优化完善，目前我国动车组运行过程中可以实现在行车之前对车辆的所有功能单元进行全面的安全隐患排查工作，有效降低了行车过程中发生安全隐患的概率。除此之外，在动车组车辆行进过程中，故障诊断系统可以对车辆运行参数进行实时监测，并针对车辆运行故障做出判断分析及趋势预测，向驾驶人员提供有效的补救方案，极大程度的提高了动车组车辆运行的可靠性，进一步保障了工作人员及乘客乘车安全。

动车组车辆故障诊断系统的应用为动车组车辆的维修工作提供了有效的信息依据与技术支持。在实际应用过程中，动车组车辆故障诊断系统会在日常运行过程中对车辆功能元件进行多次重复检测，并利用具有断电存储功能的子系统对车辆历史状态数据进行存储[7]。因此，相关工作人员在进行动车组车辆故障维修时，可以直接读取子系统中的历史数据，更加直观、准确地对元件故障类型、故障原因做出判断。除此之外，在维修过程中故障诊断系统可以针对元件状态给出实时反馈，进一步强化了动车组车辆维修的依据性，有效地降低了维修工作的难度、提高了维修效率。

结束语

目前为止，虽然动车组车辆故障诊断系统的功能不断优化完善、智能化程度逐渐增强，但在实际应用过程中仍存在着一定问题。如无法准确定位故障点、发出错误报警等。在后续的发展过程中，相关工作人员应着力于提升故障系统分析的能力与综合判断能力，进一步为我国动车组行驶安全提供基础技术保障，促进我国铁路行业长期繁荣发展。