城市轨道交通车辆电气故障诊断系统浅析

城市轨道交通车辆电气故障诊断系统浅

析

摘要：城市轨道交通车辆电气控制系统复杂，故障率高。电气故障诊断系统在车辆发生故障的情况下，可以配合司机进行相关操作，并且可以简化维护人员发现并迅速的排查及处理车辆故障。本文结合城市轨道交通车辆电气故障诊断系统的特点，针对车辆电气故障诊断的功能及原理进行了分析。

关键词：城市轨道交通车辆故障诊断

1 引言

城市轨道交通车辆电气故障诊断系统，可以简化维护人员发现并排除故障的工作，同时配合司机进行相关操作。本文重点对电气故障诊断系统的配置，故障诊断的原则方式，故障诊断系统的操作等级等方面进行阐述和分析。

2故障诊断系统的配置

故障诊断诊断系统包括车辆控制单元和HMI（即故障显示器）。电气故障诊断的信号通过多功能车辆总线来传输。车辆总线连接了所有总线兼容控制的单元和每辆车中数字输入/输出模块。车辆总线连接了车辆中的车辆控制单元(VCU)，制动控制单元(BCU)，逆变器控制单元(ICUs)，SIBAS-KLIP(输入/输出板)（SKS），空调控制单元（VAC），车门控制单元（MDCU），辅助逆变器控制(APS)，自动列车控制(ATC)，乘客信息系统（PIS），故障显示器(HMI)。除此之外车辆高速断路器（HSCB）和空气压缩机控制，没有通过车辆总线通信设备通过每辆车中SIBAS-KLIP站（SKS）数字输入模块获得，而是通过车辆总线传输到VCU，并且通过诊断系统进行评估。

3故障诊断的原则方式

车辆每个带有电子控制单元的电气子系统，如门控系统、制动系统等，都具有自诊断功能，故障信息自动传递给VCU。其他不带电子控制单元的电气子系统，如列车线控制等，由SKS采集将由VCU来监控。与车辆总线相连的每个子系统，除VCU子系统之外的所有故障将自动传输并存储在车辆主控制单元内。另外，每个子系统（包括VCU子系统）把它们当前评估的故障状态（严重、中等或较小故障）传输到车辆主控VCU内，如下图。

图1 系统故障评估原理

子系统的每个故障通过车辆总线总线上的一个位域传输到车辆主控制单元。也就是说，一旦发生一个故障，该子系统中就生成了一个故障代码并通过触发相应的位立即存放到位域中。该位域上的每一位代表某一辆车的某一故障代码，因此是独一无二的。收到该位后，该故障就作为一个唯一的故障代码被存储到车辆主控制单元的故障存储器中。另外，车辆主控制单元把许多某些环境数据加到故障信息中。这些环境数据来自车辆主控制单元本身或由子系统提供去提供详细信息如：日期、时间、故障代码、环境数据。

在子部件系统单个故障发生时，故障诊断系统根据整列车的故障情况及该子部件故障对列车运营的影响程度，对故障综合评估，输出列车故障等级，并给出合适的应急指引：

a)轻微故障：不影响部件系统功能的故障；

b)中等故障：限制部件系统功能的故障；

c)严重故障：严重影响系统的故障，系统自动关闭。

子系统的故障信息，车辆主控制单元在考虑其对整个的列车的影响后将会作

出评估。在故障评估后，主 VCU将至少包含下列信息的故障信息存储在VCU的存

储器中，如:故障代码、名称、车号、发生日期、消失日期、运行公里、环境数据。

4故障诊断系统的操作等级

列车的诊断系统采用分级的结构设计，允许司机或维护人员对故障的检测和

存储、数据传输及评估进行优化。

图2：列车的诊断系统

4.1单元级

每个可检测和可存储的故障的任务会分配给此功能的控制单元（比如辅助电

源单元或制动控制单元）。这仅能通过使用带稳定存储功能的智能单元才能实现，否则要由CCF实现此功能。对于无源设备（比如接触器），此功能由SKS监测

（通过核对信号比较输出），同时存储在CCF列车故障数据库中。然而对于详细

的故障分析，这些单元的内部故障内存必须通过便携式试验单元进行检测或读取。这些单元的诊断方案可以在单个系统说明中找到。根据故障的严重性，子系统也

要把需要维护，但性能没有降低（轻微故障）的信息；性能降低，但子系统仍工

作（中等故障）的信息；子系统完全失灵（严重故障）的这些消息发送给主VCU。

4.2列车级

故障诊断系统里面更高等级的故障评估会由CCF在列车配置中完成。CCF必

须从所有单元中收集部分数量的故障。CCF可以判断故障单元的状态，并且评估

其对列车其他部件和功能的影响。这些故障会被保存在CCF中，用于判断功能的

丧失并且帮助维护人员定位故障单元。为了拥有更多的信息并且评估故障统计，

故障消息须至少包含这些数据，如：日期、时间（设置和复位时间），故障代码，车辆编号，车辆状态（输入、输出、内部状态、过程变量）。根据故障的严重性，列车诊断把下列之一的消息保存在主VCU中：

（1）不需要维护，只需记录事件、操作程序（故障等级代号为0）。

（2）需要维护，但是可以在预定的维护前一直运营（故障等级代号为1）。

（3）列车可以继续运行，但是在下一次预定的维护前必须进行校正（故障

等级代号为2）。

（4）需要司机立即采取有关措施（故障等级代号为3）。

以上所有相关故障将会保存在主VCU中。仅在当前VCU故障的情况下，主VCU在车辆中的位置才会转换到另一辆车中。转换的过程自动完成，不会打扰或

打断控制功能。一般而言，两个VCU中的任何一个VCU都可以成为主VCU。为了

使所有车辆一致，初始主VCU置于车辆号最小的车端。

5故障诊断系统功能分类

主要包括维护功能，司机使用功能

5.1维护功能

故障诊断系统显示信号和故障的状态信息。这能帮助维护人员获得更多关于

部件及其当前状态和反馈的信息。维护人员有内部数据和客户模块选择性读写的