动车组车辆电气计算系统研究

杜迁 李志宏 吴兵

摘要：基于行业供给侧改革的发展态势下，我国的综合国力和经济实力取得显著提升，同时推进了动车组领域的发展。高速动车组的电气系统作为关键技术之一，关乎着动车组运行的可靠性与稳定性。然而传统高速动车组电气平台的设计理念与目前的需求存在矛盾，应当优化与升级动车组的电气平台设计。鉴于此，本文依据动车组车辆电气计算系统作为入手点，概述了传统动车组电气开发存在的设计弊端，并阐述了动车电气计算系统的设计与研究。

关键词：动车组;电气计算系统;设计;功能;研究

现阶段，动车组在高铁系统作为核心装备，其电气系统的开发与设计显得格外重要。电气系统的设计主要目的在于为乘客提供更加舒适的乘坐体验。现如今，传统的电气开发模式已经无法适应时代的要求，因此，在动车组电气开发的设计理念上，可以将系统级作为设计基础，继而建立全新的电气计算系统。新的电气计算系统既能够解决传统电气系统时常发生的如效率低、仿真精准度低、安全系数低等问题，又能够较大程度的节约设计维护成本。

一、概述新旧电气系统平台设计的缺陷与优势

（一）传统电气系统平台设计的缺陷

动车组的传统电气开发系统，在设计上存在以下几点缺陷：一是，系统平台设计效率较低;二是，在电气系统平台上运行仿真数据与真实运行数据存在较大偏差，致使仿真数据的精准度较低;三是，在电气系统平台上数据代码需要人工的方式进行编写和后期校对，既耗费人力资源又导致安全系数较低;四是，只有等到系统完成之后，才能够对控制算法进行验证工作。一旦在后续的控制算法验证工作中出现问题，则需要重新开始系统的设计。除此之外，传统电气系统的测试方法存在片面性，或多或少地存在隐性问题。久而久之，势必会对动车组运行造成威胁[1]。

（二）新型电气系统平台设计的优势

动车组的新型电气开发系统，在设计上有以下几点优势：一是，预见性。在电气开发系统的任何设计编程过程中，一旦发现相应的问题，都能够及时作出修改，同时判断与预定的需求是否符合，避免产生设计层次上的风险;二是，合理优化系统组件在质量控制以及成本节约上的作用;三是，全自动生成代码，避免手工代码的输入而引起的错误，进一步提高了代码的安全性和执行性。

二、阐述动车组电气计算系统平台的构建环节

（一）控制系统模型的设计平台

全新的动车组车辆电气计算系统设计平台，在方案设计完成之后，不需要相应人员编程或代码进行硬件集成工作，而是仅依靠辅助工具的帮助下，既可将控制方案图转换为相应的代码程序并加载到硬件平台，将方案设计以原型的方式快速展现。随后，可以借助多种测试方式对预先控制方案的效果作出真实模拟，以得到最佳的控制方案。要想对模型作出几点修改工作，仅在硬件平台上即可操作，而且修改后的模型形成也不会耗费较长时间[2]。

（二）定制式实时嵌入式操作系统

对于动车组车辆电气系统的开发与设计阶段，为了更加满足应用环境的需求，应当定制化操作系统。本文动车组电气计算系统，采用微内核的实时嵌入式操作系统，优势在于实时处理多任务。

（三）图形化建模设计平台

采用图形化建模设计平台，可优化控制算法的体现方式。其中设计平台内部涵盖模块库，极大程度的方便了图形化建模和动态系统的搭建。

（四）代码自动生成设计平台

控制方案代码自动生成设计平台涵盖通信功能、操作系统、启动与加载、算法控制等多个环节，继而加载到硬件平台上，完成相应的控制方案检测。

（五）网络仿真建模平台的设计

一方面，网络仿真与建模平台可以构建仿真节点和通讯功能，并判断前期通讯功能设计的合理性与科学性;另一方面，实时模拟各个设计节点的控制指令以及通信功能，为接下来的设计与仿真创设良好的条件[3]。

（六）软件与硬件仿真平台的设计

在控制方案图加载到硬件平台后形成产品初样，之后需要对产品初样作好全面测试工作，以保证产品初样和预先指标设计要求相一致。在产品初样检测时，通常来讲，虽然无法用实际对象作为测试依据，存在环境条件和代价方面较大的劣势，但是可以采用辅助工具完成测试工作。例如，借助半实物仿真系统能够测试在不同情况下的使用情况。

（七）平台标定，在线测量与调整

对于设计表格和特征曲线或者是特征值，可以用在线或离线的方式进行优化调整。当对动车组车辆环境和百度车载专用计算平台作出信号的采集工作时，能够优化相应的参数。除此之外，在标定平台和在线测量工作之外，还拥有百度车载专用计算平台的管理项目，以及数据分析和标定配置等作用。

三、分析动车组车辆电气计算系统的设计与功能

（一）动车组电气计算系统的设计分析

设计阶段，参考国际先进的V设计模型，在专业性的功能验证和理论性验证的前提下，保证设计产品的每一个环节均与预期保持一致。同时根据现代计算机基本理念，用图形化仿真模型搭建动车组电气计算系统，按照Similink体系下，设计程序编程，以此保证系统模型的设计代码与系统的功能相符。电气计算系统与动车组的控制系统相关联，涵盖了软件设计、算法控制以及模拟数据变化的全过程，且以可视化的形式展现。另外，采用与国际接轨的V型设计方式，为动车控制系统的调试与优化提供良好的环境。还需要注意一点，电气计算平台的牵引系统，综合考虑可能存在的因素，继而制定针对性的仿真实验与测試[4]。

（二）动车组电气计算系统的功能分析

功能一，采用图形化模拟仿真技术，既可以利用离线仿真建立系统控制模型，又能够结合嵌入式软件设计完成功能的精密验证与检测;功能二，采用控制方案图原型的设计方式，可以直接生成实时仿真代码，并在控制方案确定前，对最终方案展开进一步测试，保证了测试环境的实时性;功能三，采用针对性的标定与测量工具，进行百度车载专用计算平台的标定，同时在分析与测试工具的支撑下，快速完成数字化测试工作。因此，电气模拟仿真设计平台，为动车组控制系统软件的可控性提供了依据。

总结：综上所述，动车组车辆电气计算系统的设计与研究，既可以全方位验证仿真模型的可靠性与精准度，又能够保证产品自始至终均保持与预期的样品一致。动车组电气计算系统的系统化、参数化、模型化设计原则，均体现在电气系统的功能控制环节中，最终为乘客提供高度的舒适感与更快的速度。

参考文献：

[1]刘群欣，霍芳.CRH_2型动车组控制系统冗余安全设计[J].机车电传动，2019（3）.

[2]谢兴龙.动车组辅助电气系统的分析与比较[J].信息周刊，2019（2）：0117-0117.

[3]吕希奎，杨峰，王奇胜.高速铁路牵引计算与仿真系统研究[J].铁道标准设计，2019（4）：9-16.

[4]矫健.动车组检修成本管理系统研究[J].铁路计算机应用，2019（9）.