关于CRH3型动车组人机界面与制动管理器制动力不一致问题研究
2020-05-20赵稳平顾炳轩
赵稳平， 李 巍， 顾炳轩
(中车唐山机车车辆有限公司 服务事业部， 河北唐山 063000)
CRH380B型动车组是在CRH3C型动车组基础上自主研发的CRH系列高速动车组，主要在京广、京沪、哈大、京哈、广深港等线路运营。动车组在担当运营交路前整备期间，司机在制动试验时偶尔反映制动试验异常，经确认车组报人机界面(TD-HMI)和列车制动管理器(TBM)制动力不一致故障(代码193B)。
通过对车载数据分析，TD-HMI上报出193B故障代码的同时，1902代码(代码描述：制动力被改变)随之复位。此外，数据显示此时司机刚开始制动试验。
为了彻底弄清193B故障发生原因，结合1902代码复位的条件及在线测试数据对故障情况进行模拟验证研究。
1 故障逻辑分析
1.1 制动控制原理
为了保证车组制动性能良好，各项控制执行无误，CRH3型动车组制动控制系统分为3级。
第1级为列车制动管理器，其功能集成在头车的两个冗余制动控制单元(BCU)中，本务车头车内两个BCU中仅有一个执行TBM的功能。TBM的主要功能为制动管理、压缩机管理以及自动和菜单指导的制动试验管理。
第2级为分段制动管理器(SBM)，由每个牵引单元内头车的主BCU实现SBM的功能。SBM向单个制动控制单元发送TBM的设定值。此外，SBM将其牵引单元可利用的实际最大制动力叠加(也考虑负荷相关性)并将此数据传送至TBM。SBM监控牵引单元的BCU并向牵引单元的诊断系统报告故障。
第3级为本地制动控制单元(BCU)，执行SBM的指令并将执行情况反馈至SBM。
1.2 制动试验原理
司机通过TD-TD-HMI开始菜单引导的制动试验(MBT)，根据TD-TD-HMI 上显示的说明执行MBT。只要按下进入任一制动试验项目的按钮(如图1)，TD-HMI 发送所执行试验项目编号到BCU, BCU 接收到信息后，将制动有效率置零并反馈TD-HMI。司机按下"开始试验"按钮进行制动试验，待试验结束后，BCU根据试验结果计算制动有效率。
图1 制动试验步骤界面
现以间接制动试验为例，说明试验期间TD-HMI 与BCU之间的通讯。
首先进入TD-HMI 制动试验界面，司机按下“间接制动试验”按钮，此时TD-HMI通过MVB发送执行试验项目编号6与步骤0到BCU；BCU接收到信息后，反馈执行项目编号6与步骤1到TD-HMI，同时将制动有效率置零，此时TD-HMI屏显示“开始试验”；其次司机按“开始试验”按钮，此时TD-HMI发送步骤2到BCU，BCU将检查是否具备试验条件，并将结果反馈回TD-HMI；最后司机按“制动试验”按钮(省略中间过程步骤)，此时TD-HMI 通过MVB发送执行试验项目编号0 与步骤0 到BCU，结束间接制动试验(见图2)。
图2 间接制动试验逻辑图
1.3 1902代码逻辑
占用司机室后，车组制动有效率发生改变，TD-HMI上报出制动力被改变(代码1902)。切换TD-HMI进入查询制动力界面，此时TD-HMI向TBM发送查询制动力指令，TBM对车组制动力进行计算并反馈至TD-HMI显示，1902代码复位。
1.4 193B代码逻辑
TD-HMI显示的制动力值与TBM的制动力实际计算值不一致，其内部逻辑相比较的两个信号如下：
(1)由TBM发送至TD-HMI的MVB信号：来自TD-HMI和TBM的制动力的合理性试验成功进行；来自TD-TD-HMI和TBM的制动力的合理性试验未成功进行。
(2)由TD-HMI发送的MVB信号：来自TD-HMI和TBM的制动力的起始合理性试验；来自TD-TD-HMI的关于显示的制动力的反馈。
只有在TD-HMI命令进行制动力的合理性试验时，TBM才检查计算的制动力是否与TD-HMI发送的反馈值F_DIS1_QUIT _BrakePerform相一致。当TD-HMI向司机显示制动力时，TD-HMI才发送信号F_DIS1_AnstossPlausi BRH = TRUE。
2 故障测试
为了明确故障发生是否与列车软件相关，编制制动系统在线测试文件(EMD)，对不同车型(CRH3C、CRH380BL、CRH380B)及不同版本软件的车组上对故障进行模拟测试。
2.1 CRH380B动车组EMD测试
根据193B故障逻辑，对故障进行模拟的过程中使用EMD文件对信号进行测试。通过测试数据曲线发现，对于CRH380B动车组，将某一TD-HMI切换至查询制动力界面，由TD-HMI发出的制动力合理性试验MVB信号F_DIS1_BSGM_Steuerwort2[0]始终置为1，退出查询制动力界面后该信号置为0,见图3。
图3 CRH380B动车组TD-HMI发出的制动力合理性试验信号持续存在
将某一TD-HMI切换至查询制动力界面，并在另一TD-HMI开始制动试验。TD-HMI显示制动力值反馈MVB信号F_DIS1_QUIT_BrakePerform值为100，而TBM计算的制动力值MVB信号F_ BSGZ_BrakePerform为0。由于此时TD-HMI发出的制动力合理性试验MVB信号持续存在，TD-HMI显示的制动力值和TBM计算的制动力值不一致，见图4。
图4 CRH380B动车组制动力不一致对比
通过测试数据曲线可以发现，对于任何版本的CRH380B动车组，只要在TD-HMI上进入制动力查询界面，TD-HMI发出的制动力合理性试验MVB信号始终置为1，退出该界面后信号为0。制动试验前将任意TD-HMI切换至查询制动力界面，在另一TD-HMI进行制动试验，TD-HMI始终要求制动力合理性试验，造成TD-HMI显示的制动力值和TBM计算的制动力值时时进行比较，制动试验中TBM内存储的制动力值被复位后，导致TD-HMI显示的制动力值和TBM计算的制动力值不一致，从而报出193B故障。
2.2 CRH3C动车组EMD测试
按照同样的方法，将CRH3C动车组某一TD-HMI切换至查询制动力界面，然后在另一TD-HMI开始制动试验，使用EMD测试文件对相关信号进行测试。
测试发现将TD-HMI切换至查询制动力界面，由TD-HMI发出的制动力合理性试验MVB信号F _DIS1_BSGM_Steuerwort2[0]为脉冲信号，见图5。
图5 CRH3C动车组TD-HMI发出的制动力合理性试验为脉冲信号
将某一TD-HMI切换至查询制动力界面，在右TD-HMI开始试验，虽然TD-HMI显示制动力值反馈MVB信号F_DIS1_QUIT_BrakePerform值为100，TBM计算的制动力值MVB信号F_BSGZ_BrakePerform为0。但此时没有制动力合理性试验请求，所以未报出193B故障。
2.3 CRH380BL动车组EMD测试
对CRH380BL动车组采用同样的方法进行测试，测试曲线同CRH3C动车组一致，在某一TD-HMI进入查询制动力界面，在另一TD-HMI进行制动试验，不会报出193B故障。
3 结 论
通过对车组数据进行分析，CRH380B车组故障原因为司机在制动试验前将某一TD-HMI切换至查询制动力界面，然后在另一TD-HMI开始制动试验，导致TBM制动力值与TD-HMI显示制动力值不一致，TD-HMI中报出列车制动管理器和TD-HMI的制动力不一致(代码：193B)。
根据EMD测试数据曲线分析，CRH380B动车组将TD-HMI切换至查询制动力界面，TD-HMI发出的制动力合理性试验MVB 信号F_DIS1_BSGM_Steuerwort2 [0]始终置为1，TD-HMI显示制动力反馈值为100，此时开始制动试验，TBM计算的制动力值会被置为0，从而造成TD-HMI显示制动力反馈值和TBM计算的制动力值不一致，报出193B故障。
CRH3C及CRH380BL动车组将TD-HMI切换至查询制动力界面，TD-HMI发出的制动力合理性试
验MVB 信号F_DIS1_BSGM_ Steuerwort2 [0]为脉冲信号。根据193B故障逻辑，只有在TD-HMI命令进行制动性能值的合理性试验时，TBM才检查计算的制动力值是否与由TD-HMI显示的制动力反馈值F_DIS1_QUIT_BrakePer form相一致，所以开始制动试验不会检查TBM计算的制动力值和TD-HMI显示制动力反馈值是否一致，因此不会报出193B故障。
4 后续措施
4.1 应急处置
(1)故障发生后，检查非制动试验TD-HMI是否切换至查询制动力界面。若是，切换至“制动试验时间”界面或其他界面，继续进行该步骤制动试验。
(2)完成全套菜单引导的制动试验后，检查故障是否消除。若未消除，切换TD-HMI界面查询制动有效率，然后退出该界面，确认故障是否消除。故障消除，正常行车；若故障未消除，进行第3步操作。
(3)使用笔记本电脑连接占用端主BCU，打开制动系统服务软件清除故障数据。
4.2 优化方案
(1)明确操作规程
通过多次对同平台不同车型测试数据分析及现车验证，进一步对动车组制动试验流程进行了规范。在制动试验前及制动试验期间禁止将另一TD-HMI切换至查询制动力界面，待全套制动试验结束后方可切换TD-HMI界面查询制动力。作业人员熟练掌握操作流程后，该故障得到了有效控制。
(2)软件优化
为了防止因作业人员疏忽造成该故障发生，能够从源头上彻底解决，对动车组TD-HMI软件参照CRH3C及CRH380BL动车组进行了优化。即查询车组制动力时，将TD-HMI切换至查询制动力界面，TD-HMI发出的制动力合理性试验MVB 信号F_DIS1_ BSGM_ Steuerwort2 [0]设置为脉冲信号。 CRH380B动车组已完成优化后的软件升级工作，软件优化后该故障未再发生。
