“復興號”17輛編組動車組列車總線網段擴展的設計研究

王中堯，王 超，劉國梁

（1.中車長春軌道客車股份有限公司 國家工程技術中心，長春 130000；2.大連交通大學 機械工程學院，大連 116033）

近年來，我國動車組列車發展迅速，取得了舉世矚目的成績，行駛速度不斷刷新世界記錄。隨著《中長期鐵路網規劃》的頒布，我國高速鐵路的總里程將達到4 萬 km，彰顯出高速鐵路在我國基礎交通設施中的重要地位。隨著民眾生活水平的不斷改進，出行方式也愈加多樣化，加快了我國高速鐵路的發展進程。高速鐵路憑借其速度快、服務好、安全舒適等優勢深受民眾青睞。國內鐵路客運量持續提升，應此需求，我國于2019 年將“復興號”17 輛編組投入商業化運營。列車總長達440 m，最大可承載乘客數達1 283 人次。從我國傳統電力動車組到當前正在商業運營的“復興號”動車組，基本都采用8 輛或16 輛編組設計[1]。使用多功能車輛總線（MVB，Multifunction Vehicle Bus）[2]與絞線式列車總線（WTB，Wire Train Bus）[3]組成通信網絡。本文研究“復興號”17 輛編組動車組列車總線網段的擴展方案，并測試“復興號”17 輛編組動車組列車的網絡控制系統MVB 及WTB 通信質量。

1 17 編組網段擴展設計方案

1.1 MVB 網段擴展測試設計方案

目前，“復興號”16 輛編組動車組每4 輛車為1 個牽引單元[4]，本文在第1 個牽引單元內增加1 輛車的線路及設備，驗證MVB 通信網絡質量[5]和信號傳輸狀況，并測試5 輛車編組構成的MVB 牽引單元網段實現的可能性。牽引單元網段擴展前后的網絡拓撲結構，如圖1、圖2 所示。

圖1 4 輛車編組牽引單元網段MVB 拓撲結構

圖2 5 輛車編組牽引單元網段MVB 拓撲結構

MVB 網段擴展具體方案為：

（1）以1～4 車牽引單元作為測試單元，在3 車和4 車間橋接一輛車輛總線（含設備）作為擴充網段；

（2）把原5 車的中繼器（REP）接入到3 車和4 車之間，原4 車網段變更為5 車網段，新接入的網段為4 車網段；

（3）新的4 車網段需要掛載相應設備來模擬真實的網絡環境，為保證設備地址不發生沖突，對部分設備進行斷電處理。新接入設備包括制動控制單元、牽引控制單元和軸溫報警裝置；

（4）通電后，完成所有系統設備初始化，把分析設備接入1 車駕駛室等位置，進行MVB 網絡通信質量測試；

（5）由于MVB 網段設計線路冗余，單線模式中并未出現幀丟失、錯誤幀等情況。

1.2 WTB 網段擴展測試設計方案

把當前“復興號”16 輛編組動車組列車總線長度加長60 m，同時監測列車總線信號傳輸狀況；在此基礎上，測試拓展后的“復興號”17 輛編組動車組列車總線的通信網絡情況與信號減弱過程。WTB網段擴展拓撲結構，如圖3 所示。

WTB 網段擴展具體方案為：

（1）在1 車WTB 節點處外接約60 m 長的WTB，并按原接口接入1 車網關節點（1CCU2-GW）；

（2）在1 車網關1（1CCU1-GW）和網關2（1CCU2-GW）間接入WTB 分析儀；

（3）在1 車網關2 和WTB 分析儀間接入示波器，顯示WTB 上各個網關節點的信號減弱程度。

2 17 編組網段擴展測試

2.1 MVB 網段擴展測試

2.1.1 擴展網段A 線通信質量測試

MVB 分析儀接入新增中繼器的MVB 接口處，將分析儀的線路模式設為A 線，獲得連接在通信網絡中所有設備的狀態幀狀態。

利用MVB 分析儀測試約200 s 的總線數據幀，對數據進行過濾，查看通信質量。測試結果顯示，連接在通信網絡中所有設備的狀態幀未出現異常，同時，分析儀未檢測出錯誤幀、不合理幀丟失等情況。MVB 網段擴展A 線通信質量統計，如圖4 所示。

圖4 MVB 網段擴展A 線通信質量統計詳情

2.1.2 擴展網段B 線通信質量測試

因MVB 總線采用A、B 線冗余模式[6]，不需要更換連接方式，將分析儀的線路模式設為B 線，獲得連接在通信網絡中所有設備的狀態幀狀態[7]。

利用MVB 分析儀測試約200 s 的總線數據幀，對數據進行過濾，查看通信質量。測試結果顯示，連接在通信網絡中所有設備的狀態幀未出現異常，同時，分析儀檢測未出現錯誤幀、不合理幀丟失等情況。MVB 網段擴展B 線通信質量統計，如圖5 所示。

圖5 MVB 網段擴展B 線通信質量統計詳情

2.1.3 MVB 網段擴展測試結論

在“復興號”16 輛編組動車組網絡拓撲結構基礎上，在1～4 車牽引單元中增加1 輛車，前5 輛車為一個牽引單元，經過實驗驗證，通信質量未受影響，未出現錯誤幀、異常丟幀問題，測試結果滿足IEC—61375 標準，因此，MVB 網段由4 輛車增加為5 輛車可行。

2.2 WTB 網段擴展測試

2.2.1 16 輛編組WTB 網段測試

車輛總線擴展前，在“復興號”的司機室接入分析儀，監測4 輛車編組牽引單元信號減弱情況，用于與擴展后的網段做對比。

如圖6 所示，對于16 輛編組，此時WTB 網段數據幀信號最小峰值約為±2.71 V。按照1 車、8 車、9 車和16 車網關從左到右的數據幀信號情況，WTB總線各網關節點信號隨距離增長而減弱。

圖6 WTB 總線最小數據幀信號波形

如圖7 所示，對于16 輛編組，此時WTB 網段數據幀信號最大峰值約為±4.98 V。按照1 車、8 車、9 車和16 車網關從左到右的數據幀情況，WTB 總線各網關節點信號隨距離增長而減弱。

圖7 WTB 總線最大數據幀信號波形

2.2.2 擴展后的17 輛編組WTB 網段測試

本文在“復興號”16 輛編組動車組基礎上，擴展17 輛編組動車組WTB 總線，在1 車網關節點接入示波器，監測WTB 網段擴展后4 個牽引單元信號減弱情況，并與擴展前的WTB 網段信號減弱程度做對比。WTB 總線采用A、B 線冗余設計，連接器及總線均具備冗余功能，測試時不需要進行接口變更，設置示波器線路可分別監控。

（1）WTB 網絡A 線擴展測試

如圖8 所示，WTB 網絡A 線上的數據幀信號最小峰值約為±2.49 V，此時WTB 網段A 線數據幀信號最小峰值約是±2.71 V，信號減弱極值約為±0.2 V，從左到右依次為1 車、8 車、9 車、16 車網關數據幀發送情況。

圖8 擴展后WTB 網絡A 線最小數據幀信號波形

如圖9 所示，WTB 網絡A 線上的數據幀信號最大峰值約為±4.79 V，此時WTB 網段A 線數據幀信號最大峰值約為±4.98 V，信號減弱極值約為±0.2 V，從左到右依次為1 車、8 車、9 車、16 車網關數據幀發送情況。

圖9 擴展后WTB 網絡A 線最大數據幀信號波形

（2）WTB 網絡B 線擴展測試

如圖10 所示，WTB 網絡B 線上的數據幀信號最小峰值約為±2.50 V，此時WTB 網段B 線數據幀信號最小峰值約為±2.71 V，信號減弱極值約為±0.2 V，從左到右依次為1 車、8 車、9 車、16 車網關數據幀發送情況。

圖10 擴展后WTB 網絡B 線最小數據幀信號波形

如圖11 所示，WTB 網絡B 線上的數據幀信號最大峰值約為±4.89 V，此時WTB 網段B 線數據幀信號最大峰值約為±4.98 V，信號減弱極值約為±0.1 V，從左到右依次為1 車、8 車、9 車、16 車網關數據幀發送情況。

圖11 擴展后WTB 網絡B 線最大數據幀信號波形

2.2.3 WTB 網段擴展測試結論

在16 輛編組動車組基礎上擴展為17 輛編組動車組WTB 總線時，WTB 數據幀信號幅值減弱較小，滿足IEC—61375 標準要求，WTB 網絡通信正常，具備將16 輛編組的WTB 網段擴展為17 輛編組的WTB 網段的能力[8]。

3 結束語

本文在16 輛編組動車組MVB 及WTB 網段基礎上進行了17 輛編組的網段擴展測試，測試結果均符合IEC—61375 及GB/T—28029 相關標準，數據幀信號的減弱及通信質量均正常，理論上可以滿足將16 輛編組動車組擴充至17 輛編組動車組的網絡系統設計要求。但在實驗過程中所有動車組均停靠在站臺，處于采用蓄電池供電的工況，因此動車組在實際運用中可能受到多設備同時在線、長大交路運營、電磁干擾及外界環境等影響，測試結果會存在一定誤差，所以編組擴充需在動車組實際運用考核中進一步驗證。

動車組編組擴展在滿足站臺長度、檢修庫長度、總線長度要求的情況下，可顯著提升客運動車組的載客量。網絡系統總線網段的擴展，使動車組編組形式更加靈活多樣，增加動車組附加價值，提高利用率。