高速列车车载综合安全监控系统的应用

高速列车车载综合安全监控系统的应用

摘要：介绍了现代高速列车车载综合安全监控系统，车载安全监控系统由车载

安全监控平台及各监测子系统组成。车载安全监控系统是直接影响行车安全的关

键系统，对影响行车安全的关键车辆部件实时监测并将分析数据上传列车网络，

保证高速列车持久安全运行，最后阐述高速列车车载综合安全监控系统的技术优

势及其应用前景。

关键词：高速列车；安全监控；

0、引言

近年来，在铁路行业，高速铁路得到突飞猛进的发展，逐渐成为人们日常出

行的主要交通方式[1]。伴随着高速列车的量化生产，方便大众的同时列车故障、

部件故障数量也日益增多，高速列车车载综合安全监控系统对列车数据进行综合

分析处理，并上传至TCMS，完成列车控制指令。

现阶段，国内外高速列车已具有温度、速度、加速的等监控系统，但由于各

个监控系统较为分散，不能全面监控的同时还占据列车有限空间，因此开发车载

综合安全监控系统是十分必要的。

1、系统概述及组成

车载安全监控系统由车载安全监控平台及各监测子系统组成，监测子系由传

统旋转部件监控系统、火灾监控系统、车体平稳性监控系统外增加脱轨监控系统、制动监控系统、电气绝缘监控系统等组成。

安全监控系统依靠列车级主机、车厢级主机、监测传感器以及系统网络完成

对列车状态的监控。在主控车设置列车级主机、速度、温度、加速度、应力、电

流等相关传感器，普通车设置车厢级主机和相关传感器。列车级主机完成本车厢

监测功能，同时对全列采集的传感器信息信息进行综合诊断。

1.1车载安全监控主机

车载监控主机分为列车级主机和车厢级主机两种。车厢级主机通过速度、温度、加速度、应力、电流等传感器采集车辆牵引、传动、走行、制动、电气绝缘

等关键系统状态信息。根据检测数据，评估本车构架失稳、车体平稳、轴箱轴承、牵引电机，以及制动系统、火灾报警系统和电气绝缘的状态，诊断结果通过MVB

以太网发送至TCMS，由TCMS按照故障导向安全逻辑控制列车继续运行或保护停车。

主控车安装的列车级主机除具备本车厢监测功能外，还具备列车级诊断功能。各车厢级主机通过系统内部网络通信，将监测过程数据发送给列车级主机。列车

级主机汇集全列各车厢级主机的数据后进行全列横向对比和历史纵向对比，结合

列车控制网络从TCMS获取动车组的牵引、制动、高压、司机操控等车辆信息，

进行综合诊断，并将全列监测信息通过车地信息无线传输系统发送给地面大数据

中心，将报警信息和状态通过MVB发送给TCMS并在司机台HMI上显示。

1.2脱轨监控系统

脱轨监控系统主要基于EN 13848-1:2008标准对车辆实时采集垂向加速度值进行分析评估。当其存在临限或超限状态时，可将评估结果及相关数据发送至车载

安全监控主机，并将数据发送列车网络，对列车安全运行提供依据。

脱轨监控系统中的加速度传感器采用大量程、高精准度、高可靠性的垂向加

速度传感器[3]，如检测到轨道异常可在动车组自动驾驶过程中通过限速、停车等

保护车组自身安全，也可以保护后续运行在此相同线路上的列车，增加高速动车

组的运行安全性与可靠性。

1.3 制动监控系统

制动监控系统主要用于判断车辆空气制动和停放制动施加/缓解状态，通过在

列车管路上设置压力传感器，运用压力传感器采集各车制动缸压力等数值信息，

判断车辆空气制动和停放制动施加/缓解状态，并将压力信号发送给车载安全监控主机。

制动监控系统和BCU反馈制动[4]状态同时完成列车空气管路压力实时监控与

记录，二者相互对比，形成冗余系统提高制动系统特别是列车停放制动的可靠性。

1.5 电气绝缘监控子系统

电气绝缘监控系统通过对车辆高压系统进行绝缘检测反映出高压部件的绝缘

特性，进而自诊断高压系统的性能状态。电气绝缘监控系统使用车辆蓄电池110V DC经逆变后输出为150V 50Hz AC交流电，在车辆停车降弓工况下，经网侧电压

互感器升压后,在车顶的高压设备上形成25KV测试高压电压，如高压设备发生绝

缘不良，则本系统检测的阻抗将显著变小，电流增大，由此即可判断高压设备的

绝缘情况，避免绝缘不良甚至高压短路情况下盲目升弓损坏高压电气设备。

2、系统优势及其应用前景

2.1 系统优势

车载安全监控系统对动车组旋转部件、构架失稳、车体平稳、脱轨、制动、

火灾、高压缘等状态进行监测，对比现有动车组车载安全监控系统检测参数丰富、设备集成度较高，进而节省列车占用空间，增加客运车载量，具体如下：（1）车辆状态自感知：通过传感器对直接影响行车安全的关键系统与部件进行实时状态采集与感知，并与从动车组获取的牵引、制动、高压及司机操作等工

况信息相融合，各子系统进行综合诊断及分析，对任何潜在的危险或故障状况精

准定位，实现列车状态智能自感知。

（2）列车故障自诊断：各子系统监测的车辆状态数据信息与车载安全监控平台进行信息交互，车载安全监控平台将各子系统采集的车辆状态信息建立实时数

据库，并按照时间轴纵向对比，各车厢监测子系统横向对比等多维度智能分析诊断，得出诊断报告，结合监测数据信息通过MVB/以太网传输至TCMS系统，实

现列车智能自诊断。

（3）列车故障自处理：TCMS系统根据车载安全监控系统的诊断报告及数据，对司乘人员发出预警和报警信息，并能够采取减速或停车等措施，实现列车智能

诊断、途中预警、事故主动预防、自我故障快速处置，尽量避免非关键部件损坏

导致停车事故，减少对运营秩序影响，保障动车组运行安全。

（4）大数据分析处理：通过车地信息无线传输系统将监测诊断数据实时发送至地面大数据中心，进行基于全过程运行的数据融合分析, 对动车组故障事件进

行科学有效的定量分析。基于监测数据进行分析对比，在海量现场应用案例中，

提取规律性的应用规则，形成故障定位机制；指导地面检修维护，对潜在故障及

时预警，为预防性维护和检修提供指导信息、提高维修效率。

（5）列车载可量增加：对比原有动车组，分散式的轴温等系统需较大的空间安装进行安装设备，车载综合安全监控系统采用高集成度设计，节省大量安装空间，增加载客量。

2.2 应用前景

纵观现有国内动车组，例如CHR3型动车组以及标准动车组，列车配置轴端

检测、火警系统等系统对列车进行安全检测。随着我国高速动车组运行速度的提