車載控制器集成測(cè)試新模式的探索

鄭康生 桂愛(ài)剛 鐘 珅 張 勇 楊 麗

（通號(hào)萬(wàn)全信號(hào)設(shè)備有限公司，杭州 310000）

1 概述

城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)以列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（ATC）為核心，包括列車自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)（ATP）、列車自動(dòng)駕駛子系統(tǒng)（ATO）以及列車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）。實(shí)現(xiàn)地面控制與車載控制相結(jié)合、現(xiàn)地控制與中央控制相結(jié)合，構(gòu)建一個(gè)以安全設(shè)備為基礎(chǔ)，集行車指揮、運(yùn)行調(diào)整以及列車駕駛自動(dòng)化等功能為一體的自動(dòng)控制系統(tǒng)，保證乘客和列車的安全，實(shí)現(xiàn)列車快速、高密度、有序運(yùn)行。其中ATP作為車載控制器的重要組成部分，作為安全產(chǎn)品之一，需要進(jìn)行充分的測(cè)試來(lái)滿足SIL4認(rèn)證要求[1]。

在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中，車載控制器無(wú)法脫離地面控制子系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)運(yùn)行。由此，車載控制器的集成測(cè)試對(duì)測(cè)試環(huán)境的要求非常高，需要進(jìn)行設(shè)備上車，其他專業(yè)包括列車、聯(lián)鎖、控制中心等配合聯(lián)調(diào)，且各子系統(tǒng)必須安排一名專業(yè)人員在現(xiàn)場(chǎng)配備安全員組織工程師進(jìn)行安全行車測(cè)試。在存在幾百條甚至上千條測(cè)試用例的情況下，車載控制器集成測(cè)試工作量大、行車調(diào)度復(fù)雜、故障注入困難、缺陷復(fù)現(xiàn)及排查難度高。這種不充分不全面的測(cè)試模式使新型車載控制器很難在產(chǎn)品發(fā)布初期投入到日常運(yùn)營(yíng)中去，在一定程度上阻礙了新型技術(shù)在軌道交通行業(yè)上的推廣。因此，需要對(duì)車載控制器的集成測(cè)試模式進(jìn)行進(jìn)一步的探索與研究，簡(jiǎn)化整體測(cè)試流程，從而縮短車載控制器新產(chǎn)品的發(fā)布周期。

本文提出采用仿真模擬的技術(shù)手段來(lái)構(gòu)建車載控制器集成測(cè)試平臺(tái)的新模式，實(shí)現(xiàn)車地子系統(tǒng)的虛擬化和模塊化控制，有利于實(shí)現(xiàn)故障精準(zhǔn)注入，并引入部分實(shí)體控制設(shè)備以還原實(shí)際測(cè)試結(jié)果。

2 車載控制器集成測(cè)試新模式

根據(jù)車載控制器的需求規(guī)范，將車載控制器所有板卡的輸入輸出接口分別與外設(shè)輸入輸出板卡進(jìn)行對(duì)接；配備駕駛臺(tái)按鈕及司控器以便真實(shí)模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況；配備應(yīng)答器控制器、應(yīng)答器以天線一套，模擬應(yīng)答器與車載控制器實(shí)際的交互方式；配備司服電機(jī)及傳動(dòng)裝置和控制器、速度傳感器一套，模擬實(shí)際列車測(cè)速過(guò)程。測(cè)試環(huán)境部署如圖1所示。

圖1 測(cè)試環(huán)境Fig.1 Testing environment

仿真測(cè)試平臺(tái)主要由數(shù)據(jù)庫(kù)、離線線路編輯工具、在線仿真系統(tǒng)和外圍設(shè)備4部分組成，如圖2所示，其中離線編輯分析工具包括線路編輯模塊（Track Editor）、 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 管 理 模 塊（Database Manager）、場(chǎng)景編輯模塊（Scenario Editor）；在線仿真系統(tǒng)包括場(chǎng)景記錄模塊（Scenario Recorder）、場(chǎng)景控制模塊（Scenario Controller）和信號(hào)系統(tǒng)仿真模塊（Signal System SIMU）；外圍設(shè)備包括車載控制器（ATP）、測(cè)速仿真平臺(tái)（ODO Console）、應(yīng)答器信息讀取模塊（BTM）、GPS雷達(dá)、DIO PCI端子板和司機(jī)駕駛臺(tái)（Driver Console）。

圖2 仿真測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of simulation test platform

各模塊功能如下所述。

數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊可對(duì)場(chǎng)景線路數(shù)據(jù)進(jìn)行增刪改操作。

線路編輯模塊用于進(jìn)行基本拓?fù)渚€路的創(chuàng)建以及線路上軌旁設(shè)備的布置與基礎(chǔ)參數(shù)配置，包括線路坡度、粘著系數(shù)、信號(hào)機(jī)位置、道岔位置、站臺(tái)位置及長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)。

場(chǎng)景編輯模塊的主要功能是進(jìn)行列車部署以及所有實(shí)時(shí)觸發(fā)事件的定義，包括列車參數(shù)、應(yīng)答器內(nèi)容、信號(hào)機(jī)狀態(tài)、ZC參數(shù)、時(shí)刻表等配置。

場(chǎng)景記錄模塊負(fù)責(zé)記錄在線模塊間產(chǎn)生的所有事件，并將之存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中供場(chǎng)景分析軟件進(jìn)行后期解析。

場(chǎng)景控制模塊用于場(chǎng)景模擬控制，在場(chǎng)景模擬開(kāi)始前會(huì)對(duì)在線模塊進(jìn)行相應(yīng)的配置及部署。

信號(hào)系統(tǒng)仿真模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)軌道信號(hào)系統(tǒng)邏輯功能進(jìn)行模擬仿真。

3 仿真測(cè)試平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

在本平臺(tái)中，采用Qt編程語(yǔ)言，結(jié)合MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，將車頭車尾的人機(jī)交互軟件組件化，故障注入項(xiàng)頁(yè)面化、調(diào)試狀態(tài)可視化，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)如圖3所示。

圖3 仿真測(cè)試平臺(tái)Fig.3 Simulation test platform

故障注入模塊根據(jù)所屬子系統(tǒng)進(jìn)行分類，包括應(yīng)答器控制頁(yè)、GPS控制頁(yè)、車體狀態(tài)及網(wǎng)絡(luò)連接控制頁(yè)、聯(lián)鎖信號(hào)機(jī)狀態(tài)和站臺(tái)控制頁(yè)、速度臺(tái)控制頁(yè)和主控臺(tái)控制頁(yè)組成。應(yīng)答器可進(jìn)行標(biāo)識(shí)錯(cuò)誤、報(bào)文錯(cuò)誤和報(bào)文錯(cuò)位3種內(nèi)容故障進(jìn)行注入，還可進(jìn)行指定應(yīng)答器失效注入；GPS模塊可進(jìn)行旁路、無(wú)效數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)偏差故障注入，同時(shí)可通過(guò)定時(shí)功能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)延時(shí)測(cè)試；車體可對(duì)車門(mén)關(guān)閉且鎖閉狀態(tài)、制動(dòng)異常、列車完整性和通信中斷故障注入；聯(lián)鎖模塊可對(duì)信號(hào)燈狀態(tài)和連接狀態(tài)進(jìn)行故障注入；速度臺(tái)模塊可進(jìn)行倒溜，速度偏差和電機(jī)失效故障注入；主控臺(tái)模塊可對(duì)另一虛擬駕駛臺(tái)進(jìn)行ATP旁路和門(mén)控旁路故障注入。

表1 測(cè)試模式分析Tab.1 Analysis of testing modes

4 測(cè)試模式分析

通過(guò)部署新模式對(duì)車載控制器進(jìn)行集成測(cè)試，其實(shí)施結(jié)果大幅度降低了人員成本及設(shè)備場(chǎng)地費(fèi)用，同時(shí)也提高了測(cè)試效率，其與傳統(tǒng)模式的詳細(xì)分析對(duì)比如表1所示。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出的車載控制器集成測(cè)試新模式無(wú)需上車安裝車載控制器，僅僅結(jié)合部分地面設(shè)備即可按照車載控制器測(cè)試規(guī)范和測(cè)試案例進(jìn)行充分測(cè)試，輔助車載控制器通過(guò)SIL4現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證活動(dòng)。由此可見(jiàn)，該新模式能夠大幅度降低測(cè)試人員及設(shè)備場(chǎng)地費(fèi)用，同時(shí)提高測(cè)試效率，體現(xiàn)出其在車載控制器集成測(cè)試方面的經(jīng)濟(jì)效益和重要意義。