CR400AF型动车组平稳性系统工作原理及典型故障分析

CR400AF型动车组平稳性系统工作原理及典型故障分析

刘德东

中国铁路济南局集团有限公司青岛动车段  山东省青岛市  266000

摘要：随着国家高速铁路网建设逐步完善，CR400AF型复兴号动车组配属组数大量增加，而动车组平稳性系统的正常工作对旅客乘坐舒适度和车辆运行安全起到极为重要的作用，本文通过对CR400AF型复兴号动车组平稳性系统的工作原理进行分析，结合运用过程中发生的故障，对典型故障的处置方式进行了分析并提出建议。

关键词：CR400AF型动车组；平稳性；工作原理；处置建议

1 车辆平稳性系统介绍

车辆平稳性是评价动车组动力学性能的重要指标，广义的平稳性指标包括振动、噪音、座椅、空调、压力变化等参数，但是通常意义所说的机车车辆的平稳性大多是以振动加速度对乘客的影响来进行评价。

现行评价铁路车辆平稳性指标的标准主要评价车辆在所有线路范围内0~100Hz 频带范围内的振动分量，包括x，y 和z 轴的直线振动，以及绕人体中心的三个轴的旋转振动，对立姿、坐姿、卧姿人体的振动进行评价。

我国现行铁道车辆平稳性评价规范有TB/T2360和GB/T5599[1,2]，其中用于评价平稳性的部分都是基于Sperling平稳性指标发展而来。国外的现行相关标准包括国际通用标准ISO2631-1997[3]，国际铁路联盟UIC513-1997[4]等。这些标准在频率计算范围、加权特性和平稳性评价总值的计算方法上各有不同。

2 工作原理

2.1 平稳性监控装置总体结构

平稳性监控装置由平稳传感器、传感器连接器及平稳主机组成。平稳主机安装在车

厢内电气柜中，平稳传感器安装在车体下方横梁上，每节车厢安装2个平稳传感器和1

台平稳主机。主机与传感器之间通过连接器和线缆连接。

2.2 平稳性主机介绍

平稳主机安装在车厢内电气柜中，主机板卡均采用直插形式与机箱背板连接，从右到左依次为电源板卡、通讯板卡、采集板卡、控制板卡、盲板。每节车厢各安装2个平稳传感器，平稳传感器安装于转向架中心一侧1000mm的车体下方。主机与传感器之间通过连接器和线缆连接。

3 典型故障处置分析

所有故障均有相应故障代码，可根据具体代码进行排查，一般包括：

（1）外部接线不良（常见为加速度传感器类故障）；

（2）通讯不良（网络系统未通或通信被干扰或拨码设置不正确）；

（3）硬件故障；

注：转向架失稳不一定是设备故障，可能是确有失稳问题发生，需要下载车载数据进行分析。

3.1 平稳性装置通信故障

3.1.1 故障现象

20XX年X月XX日CR400AF-A-XXXX列01车库内初上电时报平稳性装置通信故障，代码：6250。 现场工作人员对列车平稳性监控装置的通讯板卡进行了更换，故障清除，平稳性监控装置正常运行。

3.1.2 故障原因

（1）通信故障诊断逻辑

CCU（网络控制系统中央控制单元）监测到平稳性监控装置MVB生命信号连续8个通信周期没有变化，诊断平稳性装置通讯故障。其中，平稳性监控装置负责与CCU通讯的板卡为通讯板卡，通信周期为64ms。

（2）通讯板组成

平稳性装置通讯板由底板、主控模块、MVB模块三部分组成，具体功能如下：

底板负责向通讯板其他模块供电（DC24V）；

主控模块：负责数据综合诊断、存储，实现对MVB模块启动配置及通信；

MVB模块：负责与CCU进行MVB通信；

（3）通讯板主控模块启动

平稳性监控装置与CCU(网络系统中央控制单元)之间通过MVB总线通讯，平稳性装置通讯故障是由CCU诊断并报警，平稳性装置通信故障逻辑为该设备MVB生命信号500ms没有变化。平稳性监控装置负责与CCU进行通讯的板卡是通讯板卡，一旦通讯板卡通讯异常则平稳性监控装置无法通过MVB向CCU发送状态报文，CCU会判断平稳性监控装置通讯故障并报警。

（1）故障报出机理。平稳性装置通讯板由底板、主控模块、MVB 模块组成，在通信建立过程中，若内存故障，则会导致通讯板主控模块启动失败，报出平稳性主机通讯故障。

  （2）故障复现试验。故障均发生在系统启动阶段，选取12块故障通讯板卡进行地面试验，各启动500次，其中6块板卡26次启动失败。读取故障时刻通讯板底层程序，均报出内存故障。检测发现主控模块内存时钟频率超过工作频率上限值（166MHz）， 最大为202MHz。

（3）分析结论。分析原因为控制模块内部读取硬件配置信息的设计存在缺陷，系统上电时存在读取时钟配置信息错误的隐患。当读取频率超过内存最大工作频率时，通讯板自检不通过，主控模块启动失败，报出平稳性装置通信故障。

3.1.3 处置建议

动车组优化通讯板程序，将系统时钟频率的配置方式由硬件配置更改为软件配置，通过BIOS强制在程序中将系统时钟定义为166MHZ，解决硬件读取时钟失效问题。对板卡模块的BIOS进行了更新，强制在程序中将系统时钟定义为166MHZ，并进行了重新烧写测试。经验证可较为有效整治该问题。

3.2 垂向平稳性预警故障

（1）故障现象

20XX年X月XX日07:52:30 CR400AF-XXXX列，报出垂向平稳性预警故障。

（2）故障原因

    查看故障数据，故障时刻(07:52:30)全列垂向平稳指标呈峰状突起变化，07/08 车指标达2.8，超过2.75阈值，达到垂向平稳性预警条件。下载并查看当日7:00～8:00 时段07车稳定性检测主机数据，2端传感器数据记录显示：07:52:20 垂向平稳指标＞2.75 并持续增大，07:52:29 报出预警；至07:52:45，垂向平稳指标＜2.75 并持续降低，07:52:49 解除预警。

（3）优化措施

结合运用修升级平稳装置软件，取消采集板信号处理环节的时域FIR带通滤波处理， 将带通滤波改为后续频域数据处理中进行（频域滤波：在频谱内撷取0.5Hz～40Hz频段信号、去除其它频段分量）。

3.3 平稳性监控装置空开断开

故障现象：

平稳性监控装置空开（电气柜中WNDSN供电断路器即为平稳性监控装置空开）断开，司机室显示屏报故障代码为2265。

处理方法：

检查平稳性监控装置空开状态，查看故障是否排除，故障消除后手动闭合空开。

3.4控制板卡故障

（1）控制板卡电源故障

故障现象：D5指示灯常灭。

处理方法：关闭主机电源，更换控制板卡，查看故障是否消除。

（2）控制板卡通信故障

故障现象：D2、D3指示灯常灭

处理方法：关闭主机电源，更换控制板卡，查看故障是否消除；

3.5 平稳传感器故障

故障现象：

平稳传感器故障，通讯板卡将故障上传至中央控制单元，司机室显示屏报故障，由于平稳传感器根据安装位置分为1位端和2位端，根据故障类型分为开路故障和短路故障，所以故障码共有四种，分别为2304、2305、2306和2307。

处理方法：

(一) 重启平稳主机，查看故障是否排除；

(二) 若故障未能排除，检查X9、X10传感器线缆连接器安装是否牢固；

(三) 若X9、X10传感器线缆连接器虚接或断开，重新紧固连接器后，重启平稳主机；

(四) 若X9、X10传感器线缆连接器未发生虚接或断开的情况，根据故障报警信息定位故障传感器位置，回库后进行更换。

(五) 确认故障发生位置，若故障码为2304和2306，则更换1位端平稳传感器；若故障码为2305和2307则更换2位端平稳传感器。

(六) 更换传感器后，重启平稳主机，并查看故障是否排除。

4 结语

本文通过对CR400AF型复兴号动车组平稳性原理进行了分析，对动车组平稳性系统进行了简要介绍，并结合动车组检修运用中常见的平稳性装置通信故障及垂向平稳性预警故障等典型故障，总结故障原因并提出处置措施，旨在为动车组检修及运用工作提供一定的帮助。

参考文献

[1] GB 5599-85.铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范[S].

[2] TB/T 2360-93. 铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准[S].