HXD2机车CAN网故障研究及改进

2019-09-10王树海刘治国张继芬

铁道机车车辆 2019年4期

王树海，刘治国，王昕，张继芬

(中车大同电力机车有限公司技术中心，山西大同 037038)

HXD2机车是中车大同电力机车有限公司研发的功率9 600 kW重载货运交流传动机车，该机车为双节八轴机车。

HXD2机车制动系统采用先进的微机网络控制制动机，它是按照大功率重载运输环境需求和中国铁道机车车辆制动机特点，满足中国铁路运用要求而开发的机车制动系统。该制动系统国内首次实现了双节机车互为备用制动，就是机车在正常工况时，通过主控节机车制动柜控制列车管压力实现列车的制动与缓解。当机车制动系统出现严重故障时，机车制动系统能转换到另外一节机车制动柜控制列车的制动与缓解。两节机车制动系统通过CAN网连接，实现通讯功能。

1 故障描述

HXD2机车在运用过程中，部分制动机显示屏报出CAN总线通讯故障，导致机车出现小闸自动上闸(主控节报CAN总线故障时)，或列车管自动减压施加惩罚制动(主控节报CAN总线故障时)。通过制动显示屏查询故障记录，发现在故障时间段内会出现报出CAN总线故障，并在几秒后自动清除，具体故障显示如图1所示。

图1 显示屏CAN网故障

2 故障调查及分析

2016年11月技术人员到现场进行故障调查和数据分析，在调查过程中，发现CAN网络通讯中各节点出现跳动不一致的现象。CAN网络启动后，主设备(CAN板)需要将所有从设备(CPU板、分配阀EPM、小闸EPM、指令转换器)的跳动率设定为200 ms的周期，但启动后小闸EPM和分配阀EPM的跳动率保持160 ms和130 ms。

根据统计，自2016年10月至2017年3月使用旧版制动软件时，共计故障17次。

针对上述问题，对小闸和分配阀EPM版本进行升级，改进跳动率，新版小闸EPM-FD软件版本为 1.08版，于2017年底验证合格后陆续在各机务段上载，自2017年10月至2018年3月使用新版制动软件时，共统计发生故障7次。

通过软件优化完善了CAN网络通讯，解决了已识别出的软件缺点，提高CAN网络通讯稳定性。通过上述数据对比可以看出，在机车完成新版软件上载工作后，虽然软件改进取得了一定的成效，故障率有所降低，但CAN网故障未从根本上解决。

技术人员对故障车的EPM进行拆解检查，未发现内部电路板和部件存在任何不良。随后，在试验室建立了一套制动系统模拟试验台，该试验台能够模拟机车上制动系统的结构，进一步对故障机车EPM、CAN网进行高低温测试、长时间带电运行试验，但均未能重现故障，EPM、CAN网工作正常。

为了尽快找到该故障原因，通过CAN网络分析仪对该故障进行测试调查，发现出现过CAN网络故障的EPM在装入制动系统试验台使用时，即使在正常工作未报故障的情况下，CAN网络通讯中仍会频繁的出现错误帧，如图2所示。

图2 错误帧

为进一步确认CAN网络中错误帧的产生源，将该故障机车小闸EPM内部PWS电路板与另一个未出现过CAN网络故障，也不存在错误帧的正常使用的机车小闸EPM进行对调后检测。检测结果发现故障机车小闸EPM不再出现错误帧，而正常机车小闸EPM开始产生错误帧。

试验证明错误帧的产生与EPM内部PWS电路板上的电子元器件相关。随后通过示波器采集的CAN网络传输波形显示干扰较大。如图3所示，CAN网络经过信号差分后(粉线)仍存在较多干扰毛刺。

图3 EPM采用110 V供电CAN网络波形图

通过对示波器波形的分析，差分后的CAN网络信号上存在频率为72.5 kHz的干扰毛刺，导致CAN网络通讯时信号出现错误帧。

经分析该干扰是由EPM内部PWS板上的开关电源产生的，EPM供电电源设计支持宽电压输入，在直流110 V和24 V供电电压条件下均能正常使用。该机车设计时采用110 V直流供电模式，初步推断为110 V电源干扰造成故障。为验证该推断，在机车上进行跟车测试110 V电压试验，从测试情况来看，机车在运行过程中，给制动机提供110 V电源电压波动比较大，最高达到193 V，比110 V电源波动的最高允许值137.5 V还要高出许多。示波器截图如图4所示。