城軌車輛多功能車輛總線故障案例分析

張 強

（蘇州市軌道交通集團有限公司，江蘇蘇州 215000）

0 引言

多功能車輛總線（Multifunction Vehicle Bus，MVB）是針對車輛環境下，車輛內部功能設備數據通信的現場總線，是列車通信網絡系統（Train Communication Network，TCN）的核心部分之一。MVB總線以實時性強、可靠性高的優點，被越來越多的地鐵項目所采用，極大地提升了地鐵車輛的性能，但網絡通信故障原因復雜、隱蔽性高，查找周期長、難度較大。蘇州2號線自開通以來發生多起總線故障，積累了豐富的MVB總線類故障處理經驗。通過歸納總結，以實例分析MVB總線故障原因及處理方法。

1 MVB總線故障原因

MVB總線是連接列車控制單元、司機室顯示單元、輸入輸出單元、牽引、輔逆、制動、車門、空調等控制單元的一條串行數據總線，由互相冗余的A，B雙通道組成，采用EMD（Electrical Middle Distance，電氣中距離）介質。MVB總線故障一般有3種原因。

（1）MVB總線系統的鏈路故障。主要表現為通信線路斷路、短路或線路物理性質變化引起的信號衰減、失真，都可能導致總線通信異常，部分系統無法正常工作等情況。

（2）總線上設備故障引起的通信異常。設備接地不良雜散電流干擾或者設備故障誤發信息影響總線通信不暢等情況。

（3）軟件故障。程序存在缺陷、端口沖突，導致總線通信混亂，部分或全部設備無法正常工作，此類故障一般批量出現。

2 MVB總線故障檢測

（1）終端電阻阻值測量。為了防止信號反射，MVB總線在線路的終端會帶有一個終端電阻，阻值120 Ω。蘇州2號線列車MVB總線采用雙絞線，雙通道冗余，連接器采用IEC 61375—2015中標準的D-sub 9連接器，共有 1，2，4，5 的 4 根線，其中 1，2為 MVB A通道，4，5為 MVB B 通道（圖1）。因為有終端電阻的存在，只要測量1和2以及4和5之間是否存在120 Ω電阻即可確認線路的通斷。該方法主要適用于總線單通道或雙通道均斷開的情況。

圖1 MVB連接器

（2）線纜分析設備測量。線纜分析儀能夠精確地測量雙絞線的長度（包括斷點位置）、插入損耗、串擾、傳輸時延等參數，在處理疑難總線故障時能夠發揮巨大優勢，操作簡單，參數測量速度快，故障定位精準。蘇州2號線采用的是Fluke DTX系列線纜分析儀，能夠方便地判斷出線纜質量、連接器連接是否達標。

（3）MVB分析儀。根據MVB傳輸協議，實時采集并診斷總線上傳輸的數據，對于因設備故障導致的通信異常，該儀器能夠迅速判斷出故障設備位置，大大提高了故障處理效率，對于診斷軟件問題導致的網絡異常也有很大幫助。

3 MVB故障案例分析

3.1 MVB網絡單通道故障

司機室顯示屏報“MVB A（B）通道斷開或損壞”，故障診斷中A或者B通道顯紅。該故障在2號線多次發生。

故障主要原因是連接器匹配、連接器未緊固、連接器縮針或損壞。可采用終端電阻測量的方法，始終向一個終端方向測量有無120 Ω阻值，逐步縮小故障點，直至確認最終故障位置，檢查連接器有無縮針等情況（對于疑難的通道故障，使用線纜分析儀也有一定效果）。

為控制2號線MVB單通道故障的發生，將所有MVB連接器按照緊固標準，重新批量附0.5 N·m的扭力。措施實施后對于控制該故障的發生具有一定效果。

3.2 MVB線路干擾

（1）接地不良導致的干擾。2016年9月22日，0208車每當TC2車輔逆高壓輸入開始工作時，網絡MVB1線路通信異常，列車切換至緊急牽引模式。每當輔逆高壓輸入時，MVB1線路誤碼率上升、錯誤計數極高。使用MVB網絡分析儀檢查，發現網絡的中幀周期變化較大（圖2）、大量端口丟幀及物理波形失真（圖3）。

通過該現象可以判斷該輔助逆變器工作時電磁兼容干擾導致MVB1線路通信異常。后查明此故障是由于該輔逆接地不良，輔逆與車體接地處存在電勢，輔逆正常工作產生的電磁干擾未能正常通過接地過濾。重新打磨接地線位置，并涂抹導電膏后故障消失，通信恢復正常。

（2）設備故障導致的干擾。2017年1月10日，0240車MVB2線路上設備主要是車門、空調、PIS（Passenger Information System，乘客信息系統）控制單元閃紅。

根據MVB2線路誤碼率上升、錯誤計數很高的現象，可判斷MVB2線路上存在干擾，影響總線通信，當斷開TC2車空調控制盤斷路器后故障消失，通信恢復正常，判斷為空調控制盤故障。

圖2 幀周期變化較大

通過總線的誤碼率能夠直接反映總線的通信狀態，若誤碼率在上升、錯誤計數很高，極有可能是線路存在干擾，使用MVB分析儀能夠很好地判斷出干擾位置，找到故障設備處發送的錯誤幀，有效提高故障處理效率。

圖3 物理波形失真

3.3 軟件問題

軟件問題主要體現在某些特定情況下，列車網絡系統的軟件出現Bug（程序缺陷），導致總線通信異常。諸如2號線出現的軟件問題：當列車控制單元VCU（Vehicle Control Unit，列車控制單元）因故障冗余時，經常發生單個牽引控制單元故障，車門閃紅的現象，經過嘗試幾乎每個車VCU切換時均有一定概率出現該情況。列車控制單元因故障切換時會導致總線端口沖突，影響部分總線設備的正常通信，經過升級軟件，優化端口打開邏輯，可避免該問題的發生。

3.4 其他外因導致的通信故障

2017年4月7日0208車“DDU（Driver Display Unit，司機室顯示單元）在正常運行模式與緊急牽引模式不停切換，TCDS（Train Control and Diagnostic System，車輛控制診斷系統）嚴重故障”。

經查，該故障主要是由于MVB1總線中的1個連接器2，5針接反，同時總線中存在連接器未緊固導致B通道斷開，因A（1，2針子）、B（4，5針子）雙通道互相冗余，2個通道所傳輸的電信號基本一致，在雙通道均工作正常時，網絡通信正常，當單通道故障斷開時，雙通道均會斷開，無法冗余，影響了正常總線通信。

該故障前期處置時故障現象復雜，涉及設備較多，花費了過多精力去查找網絡硬件是否出現故障，未能第一時間考慮總線是否存在異常影響了正常通信。

4 結語

多功能車輛總線技術應用越來越廣泛，采用該總線的項目越來越多，總結出的總線故障處理方法，有助于檢修人員更快、更好地處理網絡總線類故障，同時也能開拓思路，對復雜網絡故障可以考慮從最基本的總線功能開始檢查。線纜分析儀、MVB分析儀的使用也大大降低了網絡故障的處理難度，提升了故障處理效率。檢修人員只有掌握一定的總線故障排查方法，才能更好地適應列車網絡的發展。