近年來，在車載列車自動控制裝置( 以下稱ATC 裝置) 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，軟件所占的比例在不斷擴(kuò)大。2017 年 2 月，山陽區(qū)間為實(shí)行單級控制，取消了車載裝置的多級控制功能。隨著車輛技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，提高了獲取車輛數(shù)據(jù)的功能，并通過設(shè)置車輛數(shù)據(jù)分析中心建立狀態(tài)監(jiān)測體制，構(gòu)成可確認(rèn)運(yùn)行車輛數(shù)據(jù)的體系。
1 研究目的
ATC 裝置擴(kuò)大了軟件占比，東海道—山陽區(qū)間全線信號為采用單級控制而取消了多級控制功能。隨著車輛技術(shù)的發(fā)展，提高了獲取車輛數(shù)據(jù)的功能，并通過車輛數(shù)據(jù)分析中心建立狀態(tài)監(jiān)測體制。基于上述背景，將本次研究的目標(biāo)設(shè)定為“利用車輛數(shù)據(jù)建立*佳的 ATC 特性檢查體制”。
2 檢查項(xiàng)目的研究
ATC 裝置在車輛側(cè)接收由地面發(fā)送的 ATC 信號，基于 ATC 信號和車輛性能信息，在車載裝置上計(jì)算列車信號。結(jié)合列車速度和位置的計(jì)算，對列車當(dāng)前的信號與速度進(jìn)行比較，自動輸出制動指令，使速度不超過信號。圖 1 為 ATC 裝置基本動作的示意圖。
ATC 裝置在 90 天以內(nèi)進(jìn)行所謂“ATC 特性檢查”的定期檢查。ATC 特性檢查可大致分為“ATC動作狀態(tài)檢查”、“外觀檢查”、“功能檢查”。表 1列示出 ATC 特性檢查的項(xiàng)目。
“ATC 動作狀態(tài)檢查”要從大型的試驗(yàn)機(jī)輸入速度信息、ATC 信號，根據(jù)模擬生成的運(yùn)行條件，確認(rèn)輸出的制動以及異常時(shí)操縱器件的完好性。此外，還對 ATC 裝置及其相關(guān)聯(lián)設(shè)備進(jìn)行“外觀檢查”與“功能檢查”。首先研究 “ATC 動作狀態(tài)檢查”的相關(guān)項(xiàng)目。
“ATC 動作狀態(tài)檢查”有 138 個(gè)檢查項(xiàng)目，大體可劃分為 3 部分。由于取消了多級控制功能，故無需檢查與多級控制模擬運(yùn)行相關(guān)的項(xiàng)目。但需要對單級控制模擬運(yùn)行的 ATC 信號接收電路、制動輸出狀態(tài)以及異常處理功能進(jìn)行定期檢查，為此，研究了利用車輛數(shù)據(jù)的*佳檢查方法。
3 檢查方法的研究
3．1 ATC 信號接收電路
鐵道車輛利用受電器接收由地面發(fā)送的 ATC信號。接收的 ATC 信號經(jīng)過調(diào)整、放大，在接收部進(jìn)行解調(diào)( 反調(diào)制) 等信號處理后，發(fā)送到各控制部。由于信號處理與軟件有關(guān)，所以無需定期檢查。但接收 ATC 信號的受電器等屬于硬件設(shè)備，需要進(jìn)行定期檢查。圖 2 為 ATC 裝置信號接收電路的示意圖。
受電器等硬件通過監(jiān)測 ATC 信號的接收電壓把握電壓狀態(tài)。由于接收的電壓狀態(tài)作為車輛數(shù)據(jù)的數(shù)值被記錄下來，所以，通過讀取車輛數(shù)據(jù)，就可把握運(yùn)行時(shí)接收電壓的狀況。圖 3 為車輛側(cè)接收電壓的曲線圖，縱軸表示接收電壓，橫軸表示列車位置，列車從左至右運(yùn)行。接收電壓隨列車位置的變化而變動，不是恒定值。由于受車輛與發(fā)送器的距離以及軌道電路長度的影響，接收電壓不是恒定值。此外，接收電壓顯著降低的部位是軌道電路的邊界。對于這個(gè)數(shù)據(jù)，需要設(shè)定檢查替代標(biāo)準(zhǔn)值。由于要在全線路區(qū)間范圍內(nèi)接收 ATC 信號，需對地面?zhèn)人l(fā)送的 ATC 信號進(jìn)行管理，故基于這些信號設(shè)定了標(biāo)準(zhǔn)值。此外，根據(jù) 4 萬個(gè)實(shí)際車輛數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，確認(rèn)了設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值的合理性。
原來的檢查方法是，使用大型試驗(yàn)機(jī)輸入 ATC 信號，然后，對超過檢測電壓的顯示信號進(jìn)行確認(rèn)。
由于檢測閾值及檢測判定功能是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的，所以無需定期檢查。但需要對接收信號的受電器等硬件設(shè)備的完好性進(jìn)行確認(rèn)。在新的檢查體制中，加強(qiáng)了硬件設(shè)備的檢查，對能夠在全線區(qū)間范圍內(nèi)接收超過標(biāo)準(zhǔn)值的電壓的情況進(jìn)行確認(rèn)檢查。
通過更新檢查體制，每次檢查的確認(rèn)次數(shù)是原來的 100 倍以上，提高了檢查精度。圖 4 為新、舊兩種檢查方法的對比情況。而且，在到站停車時(shí)，通過數(shù)據(jù)分析可把握每列車接收電壓的分布趨勢，并有效應(yīng)用于設(shè)備老化診斷等的狀態(tài)監(jiān)測( 圖 5) 。
3．2 制動輸出狀態(tài)
ATC 裝置根據(jù)信號、速度、車輛性能及線路條件等信息，選擇制動擋位并輸出制動指令。由于其內(nèi)部的傳輸功能及運(yùn)算處理是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的，故不需要定期檢查。但通用部的繼電器是硬件，故圖 6 制動輸出狀態(tài)需要對通用部的完好性進(jìn)行確認(rèn)。圖 6 為 ATC 裝置的制動輸出狀態(tài)。
運(yùn)轉(zhuǎn)控制部的制動指令經(jīng)通用部輸入到配電盤以及記錄車輛數(shù)據(jù)的監(jiān)測部。配電盤繼電器的反饋信息輸入到監(jiān)測部。由于采用的機(jī)械式繼電器存在動作遲滯，故通過監(jiān)測動作遲滯，即可確認(rèn)通用部的完好性。利用車輛數(shù)據(jù)監(jiān)測繼電器動作遲滯時(shí)，由于車輛數(shù)據(jù)中記錄的數(shù)值存在傳輸滯后，所以，需要研究附加傳輸滯后的標(biāo)準(zhǔn)值。圖 7示出考慮了繼電器動作遲滯和傳輸滯后而設(shè)計(jì)的“制動遲滯”系統(tǒng)。
對于繼電器動作遲滯與傳輸滯后，考慮了設(shè)計(jì)校準(zhǔn)值，設(shè)定了制動遲滯的標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù) 17 萬個(gè)實(shí)際車輛數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，確認(rèn)了標(biāo)準(zhǔn)值的合理性。
在原來的檢查體制中，由試驗(yàn)機(jī)輸入信號和速度后，對制動動作和緩解狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn); 而在新檢查體制中，由于有效利用了從制動指令信息到配電盤反饋的制動遲滯，不僅掌握了制動動作和緩解狀態(tài)，而且還能把握故障預(yù)兆。原來檢查方法的確認(rèn)次數(shù)是20 次左右，而利用車輛數(shù)據(jù)的新檢查方法的確認(rèn)次數(shù)是 1 300 次左右。
由于繼電器動作狀態(tài)確認(rèn)次數(shù)是原來的 60 倍以上，所以，提高了檢查精度。圖 8 示出新、舊檢查方法的對比情況。
通過上述分析對比可知，單級控制模擬運(yùn)行的“ATC 信號接收電路”及“制動輸出狀態(tài)”可利用車輛數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)替代檢查。圖 8 檢查方法的比較
3．3 異常時(shí)操縱器件的檢查項(xiàng)目
原來的檢查方法是，由大型試驗(yàn)機(jī)向 ATC 裝置輸入信號和速度，根據(jù)此時(shí)的信號顯示操縱異常時(shí)使用的開關(guān)( SW) 等器件，對 ATC 裝置輸入接點(diǎn)狀態(tài)及傳輸處理、信號顯示等功能進(jìn)行確認(rèn)檢查。由于各控制部分之間的傳輸處理及信號顯示的功能是通過軟件實(shí)現(xiàn)的，故無需定期檢查，但有關(guān)接點(diǎn)輸入狀態(tài)等的硬件設(shè)備需要檢查。
異常時(shí)操縱器件的檢查項(xiàng)目大致可劃分為 3類。第 1 類是“正常時(shí)接通而故障時(shí)斷開的器件”;第 2 類是“異常時(shí)接通的器件”; 第3 類是“轉(zhuǎn)換至備用功能的動作器件”。表 2 列示出異常時(shí)操縱器件的檢查項(xiàng)目。
( 1) 正常時(shí)接通而故障時(shí)斷開的器件
這類檢查適合車體傾斜列車控制器件的檢查，要對接點(diǎn)無焊接以及兩種電源無混觸進(jìn)行確認(rèn)。
( 2) 異常時(shí)接通的器件
這類檢查與制動軸比率開關(guān)及換向開關(guān)操作有關(guān)，要對操作開關(guān)時(shí)沒有接點(diǎn)**及斷線進(jìn)行確認(rèn)。
( 3) 轉(zhuǎn)換至備用功能的動作器件
這類檢查與 ATC 配電斷路器( ATCNFB) 操作有關(guān)，要進(jìn)行系統(tǒng)轉(zhuǎn)換動作的確認(rèn)。
針對上述 3 類檢查項(xiàng)目，研究了有效利用車輛數(shù)據(jù)的替代檢查方法，但由于正常運(yùn)行時(shí)不操縱這些器件，故在車輛數(shù)據(jù)方面不能確認(rèn)其完好性。然而，在操縱器件時(shí)，由于接點(diǎn)的狀態(tài)記錄在車輛數(shù)據(jù)中，故研究了利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查的方法。
利用在 ATC 裝置內(nèi)的各控制部之間共有的LAN 傳輸信息，可確認(rèn)異常時(shí)操縱器件的接點(diǎn)信息，故采用直接獲取 LAN 傳輸信息的確認(rèn)檢查方法。
在原來的檢查方法中，必須將大量的信息輸入到大型試驗(yàn)機(jī)中。而新方法中，只需取得 LAN 傳輸信息，故不僅可使試驗(yàn)裝置小型化，而且還可確保原來的檢查質(zhì)量。
3．4 外觀、功能檢查
ATC 裝置的外觀檢查采用傳統(tǒng)的方式，而速度發(fā)電機(jī)及輪徑需定期檢查確認(rèn)，故這些裝置及部件均可在定期檢查中統(tǒng)一進(jìn)行確認(rèn)。地點(diǎn)檢測振蕩器因取消多級控制功能而被拆除，故無需檢查。由于 ATC 裝置具有實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測的功能，故檢查中無需對列車號碼設(shè)定進(jìn)行確認(rèn)。由于制動綜合動作與模擬運(yùn)行 ATC 動作狀態(tài)檢查的項(xiàng)目相同，所以，采用替代檢查方式。
對檢查項(xiàng)目的分類及內(nèi)容進(jìn)行**調(diào)查后，研究了新檢查方法，表 3 列出所制定的*佳的特性檢查方法。
4 利用車輛數(shù)據(jù)的檢查體制
原來，每隔 90 天進(jìn)行一次 ATC 特性檢查; 而有效利用車輛數(shù)據(jù)，1 次讀取數(shù)據(jù)可進(jìn)行約 7 天的數(shù)據(jù)分析，而且，通過讀取、分析兩個(gè)駕駛操縱臺的數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)高精度的檢查。新、舊兩種檢查體制的比較見圖 9。
原來，在大型試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行檢查; 而更新檢查方法后可在小型試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行檢查，故隨時(shí)隨地都可進(jìn)行 ATC 特性檢查( 見圖 10) 。
基于選定的檢查項(xiàng)目及車輛數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)部分項(xiàng)目的替代檢查，以往每個(gè)操縱臺的檢查作業(yè)時(shí)間為 170 min; 而采用新檢查體制，每個(gè)操縱臺用 90min 就可完成檢查作業(yè)，效率比原來提高了 47%。
在縮短檢查時(shí)間的效果方面，新檢查體制符合定期檢查的工作日制，實(shí)施天數(shù)由原來的 365 天縮短為224 天，效率比原來提高了 39%。
5 結(jié)語
新檢查方法利用車輛數(shù)據(jù)替代了部分檢查工作，提高了檢查頻度及精度。此外，通過更新檢查方法，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)機(jī)小型化。通過替代檢查工作及更新檢查方法，縮短了檢查時(shí)間。由以上研究結(jié)果，確立了*佳的 ATC 特性檢查體制。
6 今后的展望
在N700S列車上讀取、獲得的車輛數(shù)據(jù)，在地面上即使不讀取也能取得、分析這些數(shù)據(jù)，所以，可實(shí)現(xiàn)高效且高精度的檢查。此外，利用車輛數(shù)據(jù)進(jìn)行頻度分布以及多年變化的趨勢數(shù)據(jù)、設(shè)備異常動作狀態(tài)的分析，可把握故障征兆、強(qiáng)化狀態(tài)監(jiān)測。今后還要在檢查項(xiàng)目中利用數(shù)據(jù)分析積累的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)更高精度的檢查。
