城市轨道交通车辆电气故障诊断系统浅析摘要：城市轨道交通车辆电气控制系统复杂，故障率高。

电气故障诊断系统在车辆发生故障的情况下，可以配合司机进行相关操作，并且可以简化维护人员发现并迅速的排查及处理车辆故障。

本文结合城市轨道交通车辆电气故障诊断系统的特点，针对车辆电气故障诊断的功能及原理进行了分析。

关键词：城市轨道交通车辆故障诊断1 引言城市轨道交通车辆电气故障诊断系统，可以简化维护人员发现并排除故障的工作，同时配合司机进行相关操作。

本文重点对电气故障诊断系统的配置，故障诊断的原则方式，故障诊断系统的操作等级等方面进行阐述和分析。

2故障诊断系统的配置故障诊断诊断系统包括车辆控制单元和HMI（即故障显示器）。

电气故障诊断的信号通过多功能车辆总线来传输。

车辆总线连接了所有总线兼容控制的单元和每辆车中数字输入/输出模块。

车辆总线连接了车辆中的车辆控制单元(VCU)，制动控制单元(BCU)，逆变器控制单元(ICUs)，SIBAS-KLIP(输入/输出板)（SKS），空调控制单元（VAC），车门控制单元（MDCU），辅助逆变器控制(APS)，自动列车控制(ATC)，乘客信息系统（PIS），故障显示器(HMI)。

除此之外车辆高速断路器（HSCB）和空气压缩机控制，没有通过车辆总线通信设备通过每辆车中SIBAS-KLIP站（SKS）数字输入模块获得，而是通过车辆总线传输到VCU，并且通过诊断系统进行评估。

3故障诊断的原则方式车辆每个带有电子控制单元的电气子系统，如门控系统、制动系统等，都具有自诊断功能，故障信息自动传递给VCU。

其他不带电子控制单元的电气子系统，如列车线控制等，由SKS采集将由VCU来监控。

与车辆总线相连的每个子系统，除VCU子系统之外的所有故障将自动传输并存储在车辆主控制单元内。

另外，每个子系统（包括VCU子系统）把它们当前评估的故障状态（严重、中等或较小故障）传输到车辆主控VCU内，如下图。

图1 系统故障评估原理子系统的每个故障通过车辆总线总线上的一个位域传输到车辆主控制单元。

也就是说，一旦发生一个故障，该子系统中就生成了一个故障代码并通过触发相应的位立即存放到位域中。

该位域上的每一位代表某一辆车的某一故障代码，因此是独一无二的。

收到该位后，该故障就作为一个唯一的故障代码被存储到车辆主控制单元的故障存储器中。

另外，车辆主控制单元把许多某些环境数据加到故障信息中。

这些环境数据来自车辆主控制单元本身或由子系统提供去提供详细信息如：日期、时间、故障代码、环境数据。

在子部件系统单个故障发生时，故障诊断系统根据整列车的故障情况及该子部件故障对列车运营的影响程度，对故障综合评估，输出列车故障等级，并给出合适的应急指引：a)轻微故障：不影响部件系统功能的故障；b)中等故障：限制部件系统功能的故障；c)严重故障：严重影响系统的故障，系统自动关闭。

子系统的故障信息，车辆主控制单元在考虑其对整个的列车的影响后将会作出评估。

在故障评估后，主 VCU将至少包含下列信息的故障信息存储在VCU的存储器中，如:故障代码、名称、车号、发生日期、消失日期、运行公里、环境数据。

4故障诊断系统的操作等级列车的诊断系统采用分级的结构设计，允许司机或维护人员对故障的检测和存储、数据传输及评估进行优化。

图2：列车的诊断系统4.1单元级每个可检测和可存储的故障的任务会分配给此功能的控制单元（比如辅助电源单元或制动控制单元）。

这仅能通过使用带稳定存储功能的智能单元才能实现，否则要由CCF实现此功能。

对于无源设备（比如接触器），此功能由SKS监测（通过核对信号比较输出），同时存储在CCF列车故障数据库中。

然而对于详细的故障分析，这些单元的内部故障内存必须通过便携式试验单元进行检测或读取。

这些单元的诊断方案可以在单个系统说明中找到。

根据故障的严重性，子系统也要把需要维护，但性能没有降低（轻微故障）的信息；性能降低，但子系统仍工作（中等故障）的信息；子系统完全失灵（严重故障）的这些消息发送给主VCU。

4.2列车级故障诊断系统里面更高等级的故障评估会由CCF在列车配置中完成。

CCF必须从所有单元中收集部分数量的故障。

CCF可以判断故障单元的状态，并且评估其对列车其他部件和功能的影响。

这些故障会被保存在CCF中，用于判断功能的丧失并且帮助维护人员定位故障单元。

为了拥有更多的信息并且评估故障统计，故障消息须至少包含这些数据，如：日期、时间（设置和复位时间），故障代码，车辆编号，车辆状态（输入、输出、内部状态、过程变量）。

根据故障的严重性，列车诊断把下列之一的消息保存在主VCU中：（1）不需要维护，只需记录事件、操作程序（故障等级代号为0）。

（2）需要维护，但是可以在预定的维护前一直运营（故障等级代号为1）。

（3）列车可以继续运行，但是在下一次预定的维护前必须进行校正（故障等级代号为2）。

（4）需要司机立即采取有关措施（故障等级代号为3）。

以上所有相关故障将会保存在主VCU中。

仅在当前VCU故障的情况下，主VCU在车辆中的位置才会转换到另一辆车中。

转换的过程自动完成，不会打扰或打断控制功能。

一般而言，两个VCU中的任何一个VCU都可以成为主VCU。

为了使所有车辆一致，初始主VCU置于车辆号最小的车端。

5故障诊断系统功能分类主要包括维护功能，司机使用功能5.1维护功能故障诊断系统显示信号和故障的状态信息。

这能帮助维护人员获得更多关于部件及其当前状态和反馈的信息。

维护人员有内部数据和客户模块选择性读写的权限。

将装有特殊软件的笔记本电脑连接到CCF的服务接口，维护人员便可了解内部状况和故障情况，访问故障内存和状态。

维护人员可以选择不同的故障内存输出。

可以通过一个下拉菜单完成选择。

模拟过程值和SKS的数字输出和输入能让维修人员总结出故障发生时的列车状态和情况。

故障内存的组织和信息种类设计用于综合服务。

这能让维护人员轻易地检测到故障设备或单元。

访问内部过程变量：对于附加信息，维护人员可以在线监控数字（比如制动缓解、车门打开）或模拟值（比如车重、空气压力或牵引力）。

通过此方法，可以为更迅速的查找车辆故障信息，及时处理车辆故障。

不断地改善维护流程。

5.2司机使用功能司机使用功能目的是提供司机适当的信息来继续运营，司机通过故障诊断系统信息，大致了解了列车功能及其可能的影响。

根据经验，故障设备的详细信息并不能帮助司机解决问题[1]。

根据司机对于系统的知识，可能发生曲解的情况。

因此，CCF软件必须创建CCF列车故障数据库的详细设备信息，并把其转换为司机理解的功能信息。

另外，其必须为司机提供必要的信息，即在故障的情况下该如何操作，并且尽可能地让列车保持运行。

因此，人机界面是司机的“主要信息库”，其在激活的司机室中打开。

对状态和故障文本信息，以及归纳分类予以区分。

司机显示器显示列车的整个运营状态，包括基本的运营数据、子系统状态、模式状态以及故障消息。

运营中发生的故障会由VCU进行评估。

评估的结果会加以分类，并伴随蜂鸣声显示在司机显示器上。

司机点击“确认”按钮确认故障消息。

除非有新的故障消息，不然在确认后，显示器上不会有故障消息。

为了处理故障消息，可以点击显示器上的“事件信息”按钮查看处理意见。

在事件信息屏上，会显示所有当前的故障和处理意见。

最新的故障消息显示在故障列表的最上面。

对于有记号的故障消息，会给出适当的处理意见。

用屏幕左边的单个上箭头或下箭头可以标记故障消息。

用双上箭头或下箭头可以卷动更多的故障消息。

当故障不存在时，故障消息会从列表中消失。

为了查看故障的位置，可以点击子系统的符号，然后会显示所有列车中子系统的状态。

在点击了屏幕上空调按钮后，所有空调系统单元的详细状态会显示在子系统信息屏上。

从而帮助司机来判断车辆的状态。

6故障诊断故障诊断包括司机的故障诊断、维修人员的故障诊断、本地故障诊断。

不同的诊断功能，服务于不同的对象。

满足不同岗位人员的实际需求，真正做到故障诊断信息的分类管理。

6.1司机的故障诊断故障信息和故障评估信息将通过车辆总线从VCU 传输到司机显示屏。

显示屏的每张图片中显示评估信息和纯文本信息。

除此之外，显示屏针对每个故障显示一张特殊的图片，司机可从此图中获得一个处理该问题的建议。

故障分类将故障评估信息显示在显示屏上。

具体故障分类见下表：如果在显示屏上显示出有一个故障，则会发出一个大约2 秒内可听见的信号以吸引驾驶员的注意。

驾驶员必须通过按下他身前的监视器上的确认键来确认他已注意到了该故障。

任何进一步的故障, 一旦出现后即被显示。

如果同时发生一个以上的故障，驾驶员也能在荧屏上以一份清单的形式查看所有现行发生的故障。

如果故障的成因已被修正或已自行消失, 那么会把该故障从供驾驶员查看的故障清单中删除。

从一个司机操作台切换到另一个司机操作台时，司机必须用钥匙开关在一个司机室内关闭列车。

司机从另一个司机操作台的显示屏上可获得与第一个司机操作台内一样的、有关现行发生的故障的信息。

6.2维修人员的故障诊断在故障或维修的情况下，维修人员通过输入口令可进入显示屏中的扩展功能。

至少应具备（但不限于）下述功能：（1）车号的更正:车队中的每一节车辆都有它自己所有的、单独使用的车号, 故障信息和它一一对应。

可用维护电脑PTU(装有维护软件)通过RS232在VCU中设定正确的车号。

也可在司机显示屏内的“SIBAS 32监控程序”通过CAR NUMBER设置界面来设定正确的车号。

如果在列车内有相同车号, VCU 将会设定一个故障信息，而且操作被锁定。

（2）轮子直径的修正:维修人员能通过轮径设置界面Wheel Diameter对每节车的转向架轮径进行校正。

（3）日期和时间的较正:维修人员能通过时间和日期的设置界面Date Time来检查和调整整列列车中的日期和时间。

（4）软件版本概况:维修人员能查阅显示屏和 VCU 等所有系统的的软件版本。

6.3本地故障诊断对于一个详细的故障分析而言，每个子系统应有一个 RS 232接口以便读出内部故障存储器的数据。

可对车辆控制单元进行本地检查，故障诊断有关数据中的一个特例是数据记录仪, 它能在车辆主控制单元中最多获取16个模拟值和44个数字状态值。

储存下来的数据被保存在 VCU 中, 可用装有维护软件的电脑通过运行SIBAS EXPERT 2 COM程序读出这些数据并显示这些信号。

关于诊断数据的特殊案例是数据记录器，它能在主VCU中获得最多16个模拟值和最多44个数字状态值。

数据记录信号为初步资料。

这些消息在设计阶段可以更改。

下列的数据集中的数值和信号循环地保存在主VCU中。

最大的保存时间是24小时，存储周期是16毫秒。

存储的数据保存在内存卡中，直到由一台服务电脑读取，并随即在内存卡中删除。