動車組車輛故障診斷系統(tǒng)分析與應用探索

萬家華 馮慶鵬 韓 龍

中車青島四方機車車輛股份有限公司 山東 青島 266000

一、動車組車輛故障診斷系統(tǒng)

(一)動車組車輛故障診斷系統(tǒng)概述。動車組車輛故障診斷系統(tǒng)是一種以傳感技術為基礎的設備診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在不停機、帶負載的條件下實現(xiàn)對動車組車輛電子元件運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。該系統(tǒng)能夠利用信息處理技術對采集到的數(shù)據(jù)進行智能化、自動化的匯總分析，進一步為判斷車輛運行過程中是否出現(xiàn)故障、故障部位、故障原因、劣化趨勢等問題的解決提供有效的數(shù)據(jù)支持[1]。故障診斷系統(tǒng)的應用使得車輛檢修的模式由傳統(tǒng)的定期檢修轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)監(jiān)測維修，不僅可以節(jié)約大量的維修成本、壓縮維修時間，還在一定程度上增加了動車組車輛正常運行的時間，大幅度提高車輛的運行效率。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展與科學的進步，我國鐵路逐漸向高速、重載的方向全面發(fā)展。動車組車輛運行控制、狀態(tài)監(jiān)測、行車安全、異常診斷、故障檢修等工作變得更加重要。動車組車輛故障診斷系統(tǒng)是監(jiān)測、識別列車運行狀態(tài)的信息技術手段，在車輛運行控制過程中具有重要的應用價值。通常情況下，動車組診斷系統(tǒng)由多個分散控制單元共同組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復雜，能夠?qū)榆嚱M車輛所有操作模式中可能發(fā)生的常見錯誤進行判斷、評估、報警和記錄。系統(tǒng)將各單元報告匯總后集成顯示于MMI接口中，方便動車組工作人員了解車輛運行狀態(tài)，進而保障車輛安全行駛。

(二)動車組車輛故障診斷系統(tǒng)工作原理。在車輛實際運行過程中，動車組車輛故障診斷系統(tǒng)對從傳感器接收到的信號進行分析、處理，判斷車輛運行是否發(fā)生異常并生成報告。這種以診斷規(guī)則為基礎的檢查方法能夠有效獲取車輛行駛的狀態(tài)變量，并基于變量數(shù)據(jù)對車輛的運行趨勢加以分析。動車組車輛故障診斷系統(tǒng)的工作主要分為三個部分：開車前任務、行駛中任務以及系統(tǒng)診斷維修任務。

首先，在動車組運行之前診斷系統(tǒng)子系統(tǒng)會對車輛的必要功能進行狀態(tài)檢查(如檢查乘客緊急制動、車輛緊急制動環(huán)、指示器等)。以上檢查可以手動開啟，也可以自動開啟。檢查完成后，子系統(tǒng)會將數(shù)據(jù)結(jié)果進行匯總并生成報告反饋傳送至動車組診斷系統(tǒng)主系統(tǒng)進行分析、存儲[2]；其次，動車組車輛運行過程中，子系統(tǒng)會通過傳感器對車輛各電子元件運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，對可能發(fā)生的偏差及錯誤進行報告，當車輛運行數(shù)據(jù)達到臨界值時，動車組中央診斷系統(tǒng)會對元件的運行趨勢進行預測分析，并為相關工作人員提供具體的補救措施；最后，在對動車組故障車輛進行維修時，故障診斷系統(tǒng)可以為維修人員提供精準的數(shù)據(jù)參考及有效的糾錯支持，提升車輛檢修的工作效率。

二、動車組車輛故障診斷系統(tǒng)診斷結(jié)構(gòu)

(一)子系統(tǒng)和中央診斷結(jié)構(gòu)。動車組車輛故障診斷系統(tǒng)通常采用模塊化設計，分為子系統(tǒng)和中央診斷系統(tǒng)兩個部分。系統(tǒng)運行過程中，各個子系統(tǒng)會對屬于本單元的電子元件進行狀態(tài)檢測，在元件發(fā)生運行故障時將其狀態(tài)反饋至中央診斷系統(tǒng)。中央診斷系統(tǒng)根據(jù)子系統(tǒng)反饋的元件運行參數(shù)對動車組故障車輛的故障原因、故障類型作出分析判斷，確保工作人員進行快速、有效的故障排查工作，以期維護車輛安全運行。

動車組車輛故障診斷系統(tǒng)中的子系統(tǒng)可按照是否具有診斷存儲功能分為兩種：有掉電安全數(shù)據(jù)存儲功能的子系統(tǒng)和沒有數(shù)據(jù)存儲功能的子系統(tǒng)。能夠進行智能控制并進行掉電安全存儲的子系統(tǒng)可以將車輛故障原因保存在診斷存儲器中，并將車輛故障造成的功能限制生成報告發(fā)送至動車組中央診斷系統(tǒng)，避免發(fā)生連續(xù)故障。除此之外，這些子系統(tǒng)設有數(shù)據(jù)通訊接口，工作人員進行車輛維修時可通過連接接口讀取故障信息，操作便捷[3]。未設有數(shù)據(jù)存儲功能的子系統(tǒng)和保險、接觸器、照明等元件發(fā)生故障時，子系統(tǒng)會直接生成二進制故障信號，經(jīng)中央控制器直接向動車組中央診斷系統(tǒng)報告。中央診斷系統(tǒng)可對子系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進行匯總、分析、存儲操作，并向相關工作人員如維修人員、乘務人員等顯示故障數(shù)據(jù)，將補救措施傳送至司機人機交互MMI，使得動車組車輛故障得到及時處理。

(二)診斷系統(tǒng)監(jiān)視的電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。動車組車輛故障診斷系統(tǒng)運行過程中能夠?qū)崟r監(jiān)測的電氣系統(tǒng)有：制動系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、門系統(tǒng)、HVAC系統(tǒng)、列車自動保護系統(tǒng)、旅客信息系統(tǒng)、ACU輔助變流系統(tǒng)、MMI人機互通接口、車載電源系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)、斷路器監(jiān)視系統(tǒng)、空壓機系統(tǒng)、衛(wèi)生系統(tǒng)、安全環(huán)系統(tǒng)。其中制動系統(tǒng)包括自動控制系統(tǒng)、制動監(jiān)視系統(tǒng)以及防滑保護系統(tǒng)[4]；牽引系統(tǒng)中包括牽引控制系統(tǒng)、牽引監(jiān)控系統(tǒng)；門系統(tǒng)中包括門控制系統(tǒng)、門監(jiān)控系統(tǒng)；HVAC系統(tǒng)包括HVAC控制系統(tǒng)、加熱通風監(jiān)視系統(tǒng)、空調(diào)設備監(jiān)視系統(tǒng)；高壓系統(tǒng)中包括主變壓器、主斷路器監(jiān)視系統(tǒng)；空壓機系統(tǒng)包括空氣壓力檢測系統(tǒng)、壓縮機警示系統(tǒng)；安全環(huán)系統(tǒng)包括門安全環(huán)、緊急制動環(huán)、乘客緊急制動環(huán)。

由此可見，模塊化的動車組車輛故障診斷系統(tǒng)子系統(tǒng)的監(jiān)控范圍幾乎覆蓋了車輛的全部功能元件，能夠幫助司機、乘務人員、檢修人員及時把控車輛運行信息，進一步提高動車組車輛安全行駛的能力。

三、動車組車輛故障診斷系統(tǒng)應用特點及作用

(一)故障診斷系統(tǒng)應用特點。動車組車輛故障診斷系統(tǒng)在應用過程中最為矚目的特點即為監(jiān)控的全面性和反饋的實時性。利用模塊化的子系統(tǒng)實現(xiàn)了對動車組車輛所有元件的運行狀態(tài)、運行數(shù)據(jù)進行監(jiān)測分析[5]。實現(xiàn)了車輛故障診斷工作由定期維修到狀態(tài)維修的轉(zhuǎn)變，進一步促進動車組車輛安全、高效的運行。

首先，動車組車輛故障診斷系統(tǒng)監(jiān)測功能幾乎覆蓋車輛所有電氣設備，對車上的高壓系統(tǒng)元器件、車內(nèi)電氣設備、車下轉(zhuǎn)向架大部件結(jié)構(gòu)等部分均能夠進行全面有效的實時監(jiān)控；其次，動車組車輛故障診斷系統(tǒng)具有人機友好交互界面，該界面能夠為不同的用戶提供不同的顯示信息，在極大程度上方便了動車組工作人員、乘務員、司機、維修人員執(zhí)行崗位工作，有效地提高了動車組車輛運營及維護的工作效率；最后，動車組車輛故障診斷系統(tǒng)具有良好的冗余特性，即使是在互為備份的兩個控制單元上也可進行有效操作，實現(xiàn)信息共享的同時也確保了當一個單元發(fā)生運行故障時，另一單元可以及時替代工作，有效提高了動車組車輛運行的穩(wěn)定性[6]。

(二)故障診斷系統(tǒng)應用作用。動車組車輛故障診斷系統(tǒng)的應用有效地提升了車輛運行的可靠性。隨著動車組車輛故障診斷系統(tǒng)的不斷優(yōu)化完善，目前我國動車組運行過程中可以實現(xiàn)在行車之前對車輛的所有功能單元進行全面的安全隱患排查工作，有效降低了行車過程中發(fā)生安全隱患的概率。除此之外，在動車組車輛行進過程中，故障診斷系統(tǒng)可以對車輛運行參數(shù)進行實時監(jiān)測，并針對車輛運行故障做出判斷分析及趨勢預測，向駕駛?cè)藛T提供有效的補救方案，極大程度的提高了動車組車輛運行的可靠性，進一步保障了工作人員及乘客乘車安全。

動車組車輛故障診斷系統(tǒng)的應用為動車組車輛的維修工作提供了有效的信息依據(jù)與技術支持。在實際應用過程中，動車組車輛故障診斷系統(tǒng)會在日常運行過程中對車輛功能元件進行多次重復檢測，并利用具有斷電存儲功能的子系統(tǒng)對車輛歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)進行存儲[7]。因此，相關工作人員在進行動車組車輛故障維修時，可以直接讀取子系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)，更加直觀、準確地對元件故障類型、故障原因做出判斷。除此之外，在維修過程中故障診斷系統(tǒng)可以針對元件狀態(tài)給出實時反饋，進一步強化了動車組車輛維修的依據(jù)性，有效地降低了維修工作的難度、提高了維修效率。

結(jié)束語

目前為止，雖然動車組車輛故障診斷系統(tǒng)的功能不斷優(yōu)化完善、智能化程度逐漸增強，但在實際應用過程中仍存在著一定問題。如無法準確定位故障點、發(fā)出錯誤報警等。在后續(xù)的發(fā)展過程中，相關工作人員應著力于提升故障系統(tǒng)分析的能力與綜合判斷能力，進一步為我國動車組行駛安全提供基礎技術保障，促進我國鐵路行業(yè)長期繁榮發(fā)展。