CRH3c型動車組人機接口顯示屏慣性故障分析

摘 要：隨著我國經濟實力的不斷增強，對鐵路運輸業投入的成本逐漸加大，特加是對客運專線的建設力度，其中動車組列車越來越重要，CRH3c型動車組主要特點是時速高，車內環境好，是武廣、京津等高鐵線路上的重要列車。本文主要針對CRH3c型動車組HM1硬件慣性故障進行分析，并提出整改措施。

關鍵詞：CRH3c型；動車組；人機接口顯示飛屏；故障；

中圖分類號：U266 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-12-00-01

近年來，我國客運專線建設正全面展開，而動車組列車在其承擔的責任越來越大。動車組在客運專線的運行中，由于運行時間長且環境復雜。CRH3c作為我國高速動車組中最重要的客運動車，其優點是時速快且環境優美，但其所有設備監控、通信與控制系統主要依賴于網絡，若網絡系統一旦出現問題，對列車運輸的正常秩序會造成一定影響。其中動車組人機接口顯示屏（human machine lnter-face，簡稱HMI），其作為組成列車控制網絡系統的重要部分，其在列車中主要出現的問題是以太網中斷與黑屏等慣性故障，這不僅會導致列車晚發、臨停、還會影響列車司機的操控。因此，本文針對慣性故障進行深刻分析，并提出可行性高的整改措施。

一、HMI慣性故障的原因分析

（一）黑屏故障

動車組在正常運行過程中，偶爾引發HMI黑屏，如關機狀態并無法自啟恢復，該故障引發后，列車司機必須按照操作規程進行依靠處理，且需要占用一定時間才可進行檢修恢復，非常容易造成列車臨停、晚點現象。該故障出現的原因主要有以下兩個方面

其一，該故障出現原因為看門狗失效，看門狗心跳信號的定時更新是通過HMI應用軟件實現，以此證明工作正常運行。若HMI應用程序某一處理器出現阻塞，而心跳信號沒有得到及時更新，HMI軟件會在看門狗控制器的保護作用下進行自動重啟，若經過3次重啟之后未得到恢復，便需要人工操作進行重新開機，從而造成HMI黑屏故障的出現。

其二，環境控制器通訊出現異常。環境控制器主要功能是控制HMI的顯示器背光，環境控制器通訊主要由HMI內部設置的嵌入式計算機的串口實現，若兩者通訊出現故障，環境控制器會自動切斷顯示器背光，從而造成HMI黑屏故障的出現。

（二）HMI問題故障

動車組在正常運行過程中，會出現HMI某子系統如空調、照明、車門與制動等狀態無法正常獲取，該子系統顯示頁面會出現問號。當故障發生時，列車司機由于獲取不到系統的狀態，特別是對行車制動或車門狀態的無法正常獲取時，司機可能會停車排查故障，若有延誤，也會造成列車晚點或臨停。該故障出現的原因主要有以下兩個方面

其一，HMI是列車診斷的中心系統，需要獲取整車診斷信息才能實現綜合診斷。不僅要求各個從控單元主屏故障信息向主控單元發送，還要求各從控單元HMI將本單元系統的狀態數據向主控單元HMI發送。為了進一步保障列車運行安全，故障信息處理優先等級要高于狀態數據。若導致故障信息出現較多時，便使主控單元HMI造成數據通訊阻塞，對列車其他單元的子系統狀態無法及時進行更新，從而引起子系統狀態無法獲取。當列車進行重聯運行時，隨著牽引單元數量的不斷增加與通信延時加大，HMI問題故障發生的概率也會增大。

其二，除主控單元阻塞外，從控單元主屏也會出現黑屏概率，當其發生故障時，傳送給主控單元的故障信息與狀態數據就會斷開，從而導致該單元系統數據在主控單元中心無法顯示。

（三）以太網中斷

動車組在正常運行過程中，在司機左屏或右屏出會現以太網中斷的現象。由于兩屏數據同步要通過以太網實行，因此，以太網一旦出現中斷，會造成左右屏工作不協調，從而影響列車司機的正常操作。以太網中斷的主要原因是由于HMI顯示屏當前使用的以太網控制器較傳統，驅動軟件不穩定。同時，左右屏進行數據同步是由以太網實現，因此，若數據吞吐量出現較大時，很大程度上會造成以太網控制驅動出現崩潰，從而切斷以太網通信，甚至引起HMI操作系統退出。

二、HMI故障整改措施

綜合上述的故障分析，并結合CRH3c長期運用經驗，提出以下可行性高的整改措施。

（一）升級操作系統與軟件

在CRH3c型動車組設計HMI軟件時，對設備自我保護過多的考慮，這種設計思路已經適應不了我國高鐵的要求。因此，在原有設計思路上，將看門狗的激活時間進行延長，降低喂狗時間不及時而導致HMI關閉的概率；同時，為了避免列車操作系統出現崩潰而導致HMI故障，采用嵌入式操作系統QNX，對HMI應用軟件進行重新研發，從而保障系統軟件的可靠運行。

（二）優化通訊控制

為了防止數據通訊因擁塞而造成子系統狀態無法正常顯示，必須對HMI通信機制進行優化，在原有各牽引單元定時故障同步的基礎上，制定響應式故障數據更新機制，只有本單元發生故障信息時，才可向主控HMI發送數據，并壓縮同步發送的數據，大大降低數據通訊的負載，減少數據擁塞的發生率。

（三）自主化HMI硬件的研制與使用

高鐵運輸部門在工業級嵌入式計算機的基礎上，融合嵌入式實時操作系統，對自主化HMI硬件進行研制，且采用新型工業控制的以太網控制芯片。從而解決以太網控制器不穩定引發的故障，并減少HMI硬件質量維修成本。

綜上所述，CRH3c型動車組出現的慣性故障主要有黑屏故障、HMI問題故障、以太網中斷。根據這此故障現象分析出故障原因，并提出其可行性高的整改措施，即升級操作系統與軟件、優化通訊控制、自主化HMI硬件的研制與使用。這些整改措施不僅可以提高動車運行的穩定與安全，并能提高乘客出行的快捷與方便。

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