基于日志分析的車載故障案例研究

孫士博

摘 要：車載日志反映了車載系統的運行狀態，并且記錄下了系統特定事件下的活動參數，為列車運行場景還原提供了很大的幫助。有效輸出日志內容并對日志進行分析是尋找故障源頭、處理故障的必要手段。對天津地鐵1號線信號系統的車載日志內容進行分析，對一些典型故障案例進行研究，為后續故障處理及設備的維護保障提供建議。

關鍵詞：車載日志;地鐵;故障處理

中圖分類號：U279.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）05-0062-02

1 系統概述

天津地鐵1號線的信號系統采用了西門子的軌旁區域控制器及車載系統，分別由軌旁ATP子系統和車載OBCU子系統2部分組成[1]，其中的移動授權與聯鎖邏輯由軌旁ATP計算，聯鎖輸入輸出由北京通號公司DS6-60實現。該車載系統能同時滿足移動閉塞列車運行控制要求和點式列車運行控制要求。該系統能滿足兩種列車控制級別之間的多種配置要求，分別指使用應答器的固定閉塞點式列車控制級別和使用連續、雙向車-地數據通信實現高精度列車定位和移動閉塞列車間隔的連續式列車控制級別。

“CDV”是由西門子開發的一款日志分析軟件。主要通過讀取ITF中存儲的數據記錄器，將列車的狀態以表格形式顯示出來。軌旁和車載子系統均使用一個軌道數據庫（TDB），該數據庫里存儲著描述軌道拓撲結構的數據信息，比如應答器安裝位置信息、軌道區段長度和軌道限速信息等。車載子系統在行駛中通過車底應答器天線讀取軌旁應答器報文、通過無線天線接收來自軌旁ATP子系統的發送來的移動授權然后在與儲在OBCU里的TDB中的數據進行校對達到實時監督列車行駛的功能。點式列車控制運行模式是基于固定閉塞列車分隔的原理，列車的間隔由基于傳統進路監督（當允許列車進入區間的所有進路條件滿足時，通過信號機給出開放信號顯示）的進路控制功能來保證。

2 常見故障分析及記錄

2.1 緊急制動

車輛緊急制動環路是涉及安全的主要列車線，信號系統OBCU作為一個“開關”也會有2個節點串入緊急制動的環路當中。運行中當發生車門或站臺門打開、站臺運行中觸發緊急停車按鈕、超速、自檢設備失效、闖紅燈、連續丟失兩個應答器、無線系統通信中斷、移動授權回收、列車后溜、無司機室激活的移動等多種信號相關故障時，車輛緊急制動環路的2個節點同時斷開，向車輛輸出緊急制動[2]。

車輛立即施加氣制動停車。在日常運營中施加緊急制動的原因主要有以下幾項。

一是超速。在SM及RM駕駛模式下速度指針超過紅針（緊制速度）后會發生緊急制動。SM模式下超過黃針（推薦速度）會報警。在“CDV”中打開“Maintenanceviews”中“EmergencyBrakes”，可以通過“詳細的EB原因”查看具體的緊急制動原因。當原因為“PORviolated”可以判斷為是超速引起的緊急制動。

二是屏蔽門異常打開。列車在站臺區域行駛時，由于屏蔽門異常打開導致信號門關閉切鎖緊繼電器落下，為了保證安全，站臺區域的列車將發生緊急制動。當對應的“詳細的EB原因”中顯示為“PSDXXOPEN”（XX為具體屏蔽門編碼）可以判斷為屏蔽門異常打開造成的緊急制動。

三是緊停激活。列車在站臺區域行駛時，為了保證行車安全，當緊急停車按鈕被激活時，站臺區域的列車將發生緊急制動。當對應的“詳細的EB原因”中顯示為“POPCTCRAUZEMPXX”（XX為緊停激活站臺編碼）可以判斷為緊停激活造成的緊急制動。

四是非信號系統施加的緊急制動。在車輛的緊急制動環路中信號只是其中的一部分，信號施加緊急制動會導致車輛的緊急制動繼電器落下，同樣的車輛系統也會施加緊急制動，例如客室門打開，完整性丟失等。信號系統采集車輛緊急制動繼電器的節點，通過繼電器狀態來判斷車輛是否施加了緊急制動。當對應的“詳細的EB原因”中顯示為“EBPASSIVE”可以判斷為車輛專業施加的緊急制動。

2.2 單端ATP故障（紅點）

西門子車載系統在1車和6車分別配置了一套獨立的OBCU車載機柜，每個機柜分為3層，從上而下分別為無線層、ATO層和ATP層。2套機柜通過ATO層的載波板引出的以太網通信線經過每節車之間的貫通線，由一端連接至另一端，而實現互為熱備無縫冗余的功能。當其中一端的車載設備檢測到本端設備故障或者異常時，會在信號HMI顯示屏標注本端為紅色，即通常所說的單端ATP故障（紅點），大大降低了系統可靠性。

故障端可以是駕駛端也可以是非駕駛端，都不會影響列車正常運行，但是會使列車的可靠性降低，一般采取在折返軌重啟列車進行排故。導致單端ATP故障的原因主要有以下3種。

一是無線丟失。為了保證車地通信正常，ATO層的ITF會對無線CPU發送來的心跳報文進行監控，當超過9 s沒有收到心跳報文時，ITF就會認為本端無線CPU故障，從而在信號HMI顯示屏上標記本端為紅色，即紅點。圖1為ITF與無線CPU的鏈接結構示意圖。此時列車發生冗余由另一端控車，即使本端ITF再次收到了無線CPU發來的心跳報文，紅點也不會恢復，只能重啟本端設備。但在正常運營中只有到達折返軌才有時間去重啟車載設備，同樣也會造成2 min左右的延誤，對運營效率影響較大。

通過分析大量的故障數據發現，無線CPU與ITF通信中斷的故障按其成因可以簡單地分為硬件故障與無線CPU重啟故障兩類。這兩類故障均會對列車可靠性造成一定影響[3]。

目前，對于因無線CPU重啟導致的ATP紅點故障，天津地鐵運營單位已得出較明確的結論，再經過多次軟硬件排查后確定為無線CPU軟件重啟導致，主要的原因為無線CPU的底層軟件邏輯復雜繁瑣，在長時間運營過程中會產生很多無用的緩存數據，使無線CPU負載率提高，當負載率到達設定的數值時就會自動重啟清理緩存，而無線CPU重啟無法在9秒內完成，所以就會與ITF失去通信。

打開故障端日志，可以在“Maintenanceviews”中的“RadioCommunicationStatus”中查看。如果“無無線連接”發生的時間在列車ATP報紅時間之前，則可以判斷為無線丟失。

二是硬件故障。列車行駛中，任何一塊板卡或者車底設備故障都會造成ATP報紅。

可以在日志“LRUViews”中查看。

“OBCU_ATPLRUS”中顯示ATP層板卡及車底應答器天線、測速電機、多普勒雷達的報警信息。

“OBCU_ATOLRUS”中顯示ATO相關板卡報警信息。

“OBCU_ITFLRUS”顯示ITF相關板卡報警信息，以及無線、ATP、ATO、HMI、相鄰OBCU之間的連接狀態。

“OBCU_HMILRUS”顯示近遠端HMI連接狀態。

“OBCU_TMSLRUS”顯示車輛發來的制動電源及空轉打滑狀態。

三是頭尾通信丟失。列車行駛中，如某端的ITF無法收到對端ITF發來的心跳報文，系統就會標記對端為故障造成ATP報紅。這類故障多由車底貫通線虛接造成。

遇到這種故障在日志分析中要下載兩頭的日志，因為通常在報紅的日志中不會看到任何報警信息。只能在非報紅端的“OBCU_ITFLRUS”中可以看到相鄰的OBCU連接斷開，從而判斷為頭尾通信丟失故障。

2.3 司機誤操作

由于車載設備運行時間較長，信號、車輛等系統難免會發生故障，這時候就需要依靠司機進行故障處理。按照“設備有問題，人防要補上”的原則，司機應該憑借扎實的駕駛技術和經驗，盡快地解決列車發生的故障，盡早恢復列車的正常運行，減小故障的影響范圍。但在實際處理故障的過程中，司機在關鍵作業流程的關鍵操作上常有所疏忽，或者由于自身的錯誤操作，造成沒有及時處理好故障，反而可能加大列車晚點時間，影響列車的正常運行，嚴重故障甚至造成列車無法啟動，下線、清客、引發救援。

通過多年的運營經驗，歸納出司機的誤操作情況可以分為以下三大方面：錯誤按壓開關、按鈕、違反作業流程、錯誤判斷設備狀態。分析整理發生過的誤操作的案例和找到其中人員誤操作的原因，可以為提高司機排故能力，優化行車操作流程，提高司機安全責任意識提供幫助。從而盡可能的減少因人為操作失誤帶來的晚點、清客、列車救援等情況的發生[4]。

接報的車載故障中很大一部分都是由于司機誤操作造成的，以3個最常見的誤操作為例。

一是列車無牽引。該故障多發生在小交路折返站。列車達到折返站后，“自動折返”指示燈會閃爍，司機誤操作激活自動折返，導致列車無牽引。

日志中可以查看“Diagnosticsviews”中的“Digitaliobuttons”自動折返按鈕操作記錄。

二是BTN打岔（ATO釋放按鈕沖突）。此故障多發于出站時，司機將手柄回0過程中，未正確放到0位，導致只有單路ATO釋放激活，10秒后會在HMI上報警，造成列車無法進入ATO模式。

日志中可以查看“Diagnosticsviews”中的“DigitalioData”近端ATO釋放觸點是否正確輸入。

三是無法發車。造成列車無法發車的故障原因很多，此處列出一種最常見的操作失誤。列車正常進站對標乘降后，司機在關門的時候誤按了“重開門”按鈕，此時車門可以正常關閉，但是“重開門”按鈕是車輛專業為防止車門故障設置的防護按鈕與信號開關門電路無關，此時雖然車門都已完全關閉，但是信號設備未收到關車門信號導致開關門作業未正常完成，系統判定車門異常，無法釋放牽引導致列車無法發車。

日志中可以查看“Diagnosticsviews”中的“HMIDATA-DOORS”中的車門當前狀態來查看在門全關后信號系統判斷的車門狀態。

同時要結合“ATOVIEWs”中“ATODIGITALINput”中查看車左右門關閉輸入的信息是否有效。

3 結語

以上就是幾種常見典型故障的日志內容分析。分析車載故障除了要對車載日志熟練掌握外，信號其他系統的知識也必不可少，ATS回放、聯鎖日志、區域控制器日志都可以提供很大幫助。除了信號系統提供的幫助，車輛的電路圖、司機室的錄像也可以使故障化繁為簡。除了設備上的維護保障，司機的操作培訓也是非常重要的，可以將一些故障快速處理方法編寫成文件對司機進行培訓也可以達到事半功倍的效果。

參考文獻

[1] 羅揚.西門子系統在天津地鐵信號1號線的主要運用[J].科技風，2017（26）：93.

[2] 崔志民.信號系統與車輛緊急制動接口分析[J].鐵路通信信號工程技術，2020，17（2）：112-116.

[3] 陳卓雄.西門子TGMT信號控制系統車載控制單元紅點故障的解決方法[J].城市軌道交通研究，2020（23）：195.

[4] 孫建棟.廣州地鐵五號線客車司機常見誤操作的研究分析[J].科技展望，2016，26（12）：273+319.