CRH3c型動車組人機接口顯示屏慣性故障分析

摘 要：隨著我國經(jīng)濟實力的不斷增強，對鐵路運輸業(yè)投入的成本逐漸加大，特加是對客運專線的建設(shè)力度，其中動車組列車越來越重要，CRH3c型動車組主要特點是時速高，車內(nèi)環(huán)境好，是武廣、京津等高鐵線路上的重要列車。本文主要針對CRH3c型動車組HM1硬件慣性故障進行分析，并提出整改措施。

關(guān)鍵詞：CRH3c型；動車組；人機接口顯示飛屏；故障；

中圖分類號：U266 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-12-00-01

近年來，我國客運專線建設(shè)正全面展開，而動車組列車在其承擔的責任越來越大。動車組在客運專線的運行中，由于運行時間長且環(huán)境復(fù)雜。CRH3c作為我國高速動車組中最重要的客運動車，其優(yōu)點是時速快且環(huán)境優(yōu)美，但其所有設(shè)備監(jiān)控、通信與控制系統(tǒng)主要依賴于網(wǎng)絡(luò)，若網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一旦出現(xiàn)問題，對列車運輸?shù)恼Ｖ刃驎斐梢欢ㄓ绊憽Ｆ渲袆榆嚱M人機接口顯示屏（human machine lnter-face，簡稱HMI），其作為組成列車控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的重要部分，其在列車中主要出現(xiàn)的問題是以太網(wǎng)中斷與黑屏等慣性故障，這不僅會導(dǎo)致列車晚發(fā)、臨停、還會影響列車司機的操控。因此，本文針對慣性故障進行深刻分析，并提出可行性高的整改措施。

一、HMI慣性故障的原因分析

（一）黑屏故障

動車組在正常運行過程中，偶爾引發(fā)HMI黑屏，如關(guān)機狀態(tài)并無法自啟恢復(fù)，該故障引發(fā)后，列車司機必須按照操作規(guī)程進行依靠處理，且需要占用一定時間才可進行檢修恢復(fù)，非常容易造成列車臨停、晚點現(xiàn)象。該故障出現(xiàn)的原因主要有以下兩個方面

其一，該故障出現(xiàn)原因為看門狗失效，看門狗心跳信號的定時更新是通過HMI應(yīng)用軟件實現(xiàn)，以此證明工作正常運行。若HMI應(yīng)用程序某一處理器出現(xiàn)阻塞，而心跳信號沒有得到及時更新，HMI軟件會在看門狗控制器的保護作用下進行自動重啟，若經(jīng)過3次重啟之后未得到恢復(fù)，便需要人工操作進行重新開機，從而造成HMI黑屏故障的出現(xiàn)。

其二，環(huán)境控制器通訊出現(xiàn)異常。環(huán)境控制器主要功能是控制HMI的顯示器背光，環(huán)境控制器通訊主要由HMI內(nèi)部設(shè)置的嵌入式計算機的串口實現(xiàn)，若兩者通訊出現(xiàn)故障，環(huán)境控制器會自動切斷顯示器背光，從而造成HMI黑屏故障的出現(xiàn)。

（二）HMI問題故障

動車組在正常運行過程中，會出現(xiàn)HMI某子系統(tǒng)如空調(diào)、照明、車門與制動等狀態(tài)無法正常獲取，該子系統(tǒng)顯示頁面會出現(xiàn)問號。當故障發(fā)生時，列車司機由于獲取不到系統(tǒng)的狀態(tài)，特別是對行車制動或車門狀態(tài)的無法正常獲取時，司機可能會停車排查故障，若有延誤，也會造成列車晚點或臨停。該故障出現(xiàn)的原因主要有以下兩個方面

其一，HMI是列車診斷的中心系統(tǒng)，需要獲取整車診斷信息才能實現(xiàn)綜合診斷。不僅要求各個從控單元主屏故障信息向主控單元發(fā)送，還要求各從控單元HMI將本單元系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)向主控單元HMI發(fā)送。為了進一步保障列車運行安全，故障信息處理優(yōu)先等級要高于狀態(tài)數(shù)據(jù)。若導(dǎo)致故障信息出現(xiàn)較多時，便使主控單元HMI造成數(shù)據(jù)通訊阻塞，對列車其他單元的子系統(tǒng)狀態(tài)無法及時進行更新，從而引起子系統(tǒng)狀態(tài)無法獲取。當列車進行重聯(lián)運行時，隨著牽引單元數(shù)量的不斷增加與通信延時加大，HMI問題故障發(fā)生的概率也會增大。

其二，除主控單元阻塞外，從控單元主屏也會出現(xiàn)黑屏概率，當其發(fā)生故障時，傳送給主控單元的故障信息與狀態(tài)數(shù)據(jù)就會斷開，從而導(dǎo)致該單元系統(tǒng)數(shù)據(jù)在主控單元中心無法顯示。

（三）以太網(wǎng)中斷

動車組在正常運行過程中，在司機左屏或右屏出會現(xiàn)以太網(wǎng)中斷的現(xiàn)象。由于兩屏數(shù)據(jù)同步要通過以太網(wǎng)實行，因此，以太網(wǎng)一旦出現(xiàn)中斷，會造成左右屏工作不協(xié)調(diào)，從而影響列車司機的正常操作。以太網(wǎng)中斷的主要原因是由于HMI顯示屏當前使用的以太網(wǎng)控制器較傳統(tǒng)，驅(qū)動軟件不穩(wěn)定。同時，左右屏進行數(shù)據(jù)同步是由以太網(wǎng)實現(xiàn)，因此，若數(shù)據(jù)吞吐量出現(xiàn)較大時，很大程度上會造成以太網(wǎng)控制驅(qū)動出現(xiàn)崩潰，從而切斷以太網(wǎng)通信，甚至引起HMI操作系統(tǒng)退出。

二、HMI故障整改措施

綜合上述的故障分析，并結(jié)合CRH3c長期運用經(jīng)驗，提出以下可行性高的整改措施。

（一）升級操作系統(tǒng)與軟件

在CRH3c型動車組設(shè)計HMI軟件時，對設(shè)備自我保護過多的考慮，這種設(shè)計思路已經(jīng)適應(yīng)不了我國高鐵的要求。因此，在原有設(shè)計思路上，將看門狗的激活時間進行延長，降低喂狗時間不及時而導(dǎo)致HMI關(guān)閉的概率；同時，為了避免列車操作系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰而導(dǎo)致HMI故障，采用嵌入式操作系統(tǒng)QNX，對HMI應(yīng)用軟件進行重新研發(fā)，從而保障系統(tǒng)軟件的可靠運行。

（二）優(yōu)化通訊控制

為了防止數(shù)據(jù)通訊因擁塞而造成子系統(tǒng)狀態(tài)無法正常顯示，必須對HMI通信機制進行優(yōu)化，在原有各牽引單元定時故障同步的基礎(chǔ)上，制定響應(yīng)式故障數(shù)據(jù)更新機制，只有本單元發(fā)生故障信息時，才可向主控HMI發(fā)送數(shù)據(jù)，并壓縮同步發(fā)送的數(shù)據(jù)，大大降低數(shù)據(jù)通訊的負載，減少數(shù)據(jù)擁塞的發(fā)生率。

（三）自主化HMI硬件的研制與使用

高鐵運輸部門在工業(yè)級嵌入式計算機的基礎(chǔ)上，融合嵌入式實時操作系統(tǒng)，對自主化HMI硬件進行研制，且采用新型工業(yè)控制的以太網(wǎng)控制芯片。從而解決以太網(wǎng)控制器不穩(wěn)定引發(fā)的故障，并減少HMI硬件質(zhì)量維修成本。

綜上所述，CRH3c型動車組出現(xiàn)的慣性故障主要有黑屏故障、HMI問題故障、以太網(wǎng)中斷。根據(jù)這此故障現(xiàn)象分析出故障原因，并提出其可行性高的整改措施，即升級操作系統(tǒng)與軟件、優(yōu)化通訊控制、自主化HMI硬件的研制與使用。這些整改措施不僅可以提高動車運行的穩(wěn)定與安全，并能提高乘客出行的快捷與方便。

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