深圳9号线车载加速计故障分析研究

深圳9号线车载加速计故障分析研究

摘要：深圳地铁9号线车载信号系统加速计故障导致VOBC单机宕机失去冗余功能，对加速计的安装、接线工艺等进行专项整治后故障消除。本文将分析加速计

故障的处理方法，使该故障发生概率将至最低。

关键词：伺服式加速计；表决不一致；故障处理

Analysis and research of on-board accelerometer fault on Shenzhen Line 9

Lin run kai

（Operation Division，Shenzhen metro Co.，Ltd.，Shenzhen 518000，China）

Abstract：The accelerometer failure of the on-board signal system of Shenzhen Metro Line 9 resulted in the outline of VOBC.The installation and wiring process of the accelerometer were specially rectified and the fault was eliminated.This paper will analyze the treatment of accelerometer fault，so that the probability of the fault will be minimized.

Key words：Servo accelerometer，voting mismatch，Fault processing

0 引言

深圳地铁9号线开通运营以来，信号车载系统在线上出现过37次加速计故障，导致VOBC单机宕机失去冗余功能，后续可能产生VOBC主备切换后冲标、

ATP/ATO模式无效等次生故障。造成加速计故障的原因有多种，本文将分析加速

计原理，研究加速计故障处理方法，梳理故障处理流程，使该故障发生概率将至

最低。

1 加速计概述

1.1 加速计简介

加速计，又称加速度传感器，是一种通过传感元件监测质量块受加速度影响

产生形变或位移，经外围电路将其转换为电信号方式的输出，使外部系统获得加

速度数值的设备。目前已在汽车安全、智能产品、轨道交通等众多领域都得到广

泛的应用。

1.2 加速计分类

加速计按传感元件分类：电容式、电感式、压阻式和压电式等。

加速计按质量块的位移方式分类：线性（检测质量作线位移）和摆式（检测

质量作线位移）。

加速计按外围电路的组成形式分类：开环式和闭环式（伺服式）。

加速计按输入轴数量分类：单轴、双轴和三轴。

1.3 加速计在轨道交通领域的应用

轨道交通领域加速计主要用于列车速度补偿、列车舒适度控制、电梯速度控

制等方面。深圳地铁9号线车载信号系统采用法国Sensorex公司的SX41200系列

加速计，通过2个加速计互相校核获得可信的加速度，可以列车速度进行补偿，

检测车轮打滑。

图1 SX41200系列加速计

2 加速计的原理

2.1 伺服式加速计内部构造

如图2，上半部分为外围电路，包含伺服放大电路和检测电路，下半部分由

充满阻尼液体的圆柱腔体封装，包含质量块、弹性支撑（可沿着敏感轴方向摆动）、传感元件。

图2 加速计内部结构图3 单轴伺服式加速计的原理

2.2 加速计的工作原理

伺服式加速计是一种采用了负反馈工作原理的加速计，亦称“力平衡加速计”，它是一种闭环系统。

SX41200系列加速计是一种单轴伺服式加速计，同时能测加速度或倾角。如

图3，当加速计整体沿着敏感轴方向作加、减速运动或倾斜时，质量块受力沿着

敏感轴方向摆动，偏离平衡位置，光学位移传感器检测出该偏移量，并把与此位

移量成正比的电压信号输入到伺服放大电路中。经放大后的电流i经过电磁线圈时，电磁线圈产生相应比例的电磁力，迫使质量块回到平衡位置。电流i与质量

块所受加速度成正比，电流i通过负载电阻后的输出电压与质量块所受加速度成

正比。

由于伺服式加速计满量程非线性特性<0.05%，故可认为电流或电压与加速度

值为线性正比。SX41200系列加速计参数对轴向加速度灵敏度为0.005g/g，大概

约0.049m/s^2

2.3 加速计的工作状态

单轴伺服式加速计从上电到稳定输出的工作状态可分为3种状态：非工作状态、上电过程状态和稳定输出状态。

非工作状态：当加速度计未通电时，质量块不受电磁力束缚，受重力影响可

能沿着敏感轴向朝前倾或朝后仰。

上电过程状态：当加速度计上电瞬间，伺服电路开始得电，质量块开始受力，但尚未回归平衡位置。

稳定输出状态：当加速计获得稳态供电后，质量块回归到平衡位置，外围电

路处于稳定输出状态。

在非工作状态和上电过程状态，由于质量块没有回归平衡位置，一旦此时受

到外界振动冲击或上电瞬间大电流冲击的影响，输出电压容易产生变化。因此，

加速度计在非工作状态及上电过程中，容易发生故障。

2.4 加速计的数据流

深圳地铁9号线车载信号系统采用2个加速计互相校核获得可信的加速度，

最终用于列车速度控制。加速计由PPU-VIM3板卡提供15V电源。数据流向为：2

个加速计将加速度测量值转换为电压信号发送至PPU（外围处理单元），PPU转

换为数字信号（十六进制）通过CAN总线发送至MPU（主处理单元），MPU交

叉比较2个加速度数字信号是否符合范围，若符合，用于列车速度控制，如图4。

图4 加速计数据流

3 加速计的安装调试要求

3.1 安装要求

加速计安装于VOBC机柜旁一块刚性母板上，要求加速计安装处于水平面上，敏感轴方向为列车前进方向。2个加速计的轴线必须在同一条直线上且平行于列

车前进方向，如图5。

图5 置于水平基准板上的加速计

3.2 静态调试要求

3.2.1沿着列车前进方向加速计读数0200±8（十六进制）。

3.2.2沿着列车前进方向利用13.5度斜块测得02B9±8（十六进制）。