200C型車載設備常見掉碼故障分析

馬云鵬，賀廣宇，羅飛豹，牛 勤，吉志軍

（1. 中國鐵道科學研究院集團有限公司，北京 100081；2.北京華鐵信息技術有限公司，北京 100081）

在現場的實際運用過程中，200C型車載設備掉碼的情況可由多種原因導致，本文從ATP軟件處理邏輯層面，對運用過程中出現的掉碼故障進行分析總結，研究不同場景下的故障分析方法和解決思路，為列控車載設備故障分析和電務人員維護管理提供優化方案，提高設備運用維護質量。本文研究列控車載設備處理邏輯層面上的掉碼故障案例，不包括因軌道電路讀取單元（TCR）譯碼失敗等外部因素影響的掉碼情況。

1 機車信號掉碼分析

隨著車載機車信號成為主體信號，高速動車組列車通過ATP車載設備生成的動態速度曲線來實現安全控車。機車信號對于監控曲線的生成具有很大影響，根據《機車信號信息定義及分配》（TB/T 3060-2016）文中的規定，在CTCS-2/CTCS-3級（簡稱C2/C3）區段下，機車信號與列車前方空閑閉塞分區數量有著一一對應的關系[1]。落實到車載設備的軟件具體實現中，在不同控車模式下對機車信號的處理也給予了更加細致的設計。

車載設備收到非預期信號掉碼的原因分為兩種：一類是地面設備本身原因導致，隨著電碼化技術的廣泛推進，因軌道電路本身發碼導致的掉碼已不常見；另一類是地面特殊設計與車載處理邏輯不適應導致的，由于車載設備處理異常導致的掉碼故障。

掉碼情況通常是在本應正常解碼的區段，車載DMI界面顯示白燈。ATP可根據運行模式和運行場景控制軌道電路信息接收單元進行鎖頻及載頻切換。上電啟動后，司機通過DMI手動選擇和切換上/下行載頻，此時主控單元根據司機的選擇控制軌道電路信息接收單元進行上/下行載頻鎖定。主控單元工作在FS模式下，根據應答器描述的地面軌道電路載頻信息控制軌道電路信息接收單元根據應答器信息鎖定上/下行載頻。同時對軌道電路信息接收單元接收到的軌道電路信息進行載頻核對，若軌道電路信息接收單元接收到的軌道電路載頻與應答器描述的載頻不一致，系統將采取安全措施。列控車載設備處理機車信號的數據流程如圖1所示。

圖1 列控車載設備處理機車信號的數據流程Fig.1 Data flow of cab signal processing of onboard train control equipment

2 車載設備的異常處理

2.1 在較短的軌道區段內連續處理兩次載頻切換

吳忠站既與銀中高鐵接軌，又與西銀客專正線接軌。由銀川經吳忠至中衛南方向為下行方向，由銀川經吳忠至西安方向為上行方向，因此西銀客專接/發列車需在吳忠站進行上/下行行別轉換。正常接/發列車進路存在一次上/下行載頻切換，但1G～VIG向SF口西安北方面接/發列車進路中，存在短時間內兩次上/下行載頻切換的特殊場景。車站開放的進路如圖2所示。

圖2 列車進路示意Fig.2 Train route

2020年11月21日，蘭州局配屬裝備CTCS-200C車載設備的CRH5G型動車組，吳忠站發車后在K542+591～K542+567位置，列車C2完全監控模式下以70 km/h左右的速度執行跨線作業時，機車信號顯示L5的情況下，短時掉碼觸發最大常用制動，大約2 s后正常收碼，隨后自動緩解制動。列車在側線股道發車后，車載設備根據出站應答器組中的[CTCS-1]包描述前方軌道區段載頻分別為2 000 Hz、2 300 Hz和2 000 Hz，長度分別為129 m、177 m和745 m。列車觸發制動故障位置在2 300 Hz的軌道區段。

車載設備會周期性的根據列車當前位置和應答器組中的[CTCS-1]包軌道區段信息來更新鎖頻命令和列車所在當前軌道區段，其中鎖頻命令被發送至軌道電路接收單元，TCR根據鎖頻命令鎖定上行（2 000 Hz/ 2 600 Hz）或下行（1 700 Hz/ 2 300 Hz）載頻解析軌道電路信號。

ATP發送鎖頻命令的更新邏輯：ATP根據當前軌道區段載頻發送鎖頻命令，或當列車最小安全前端越過當前軌道區段終點時，根據下一個軌道區段載頻發送鎖頻命令[2]。

ATP更新列車所在當前軌道區段邏輯如下。

滿足以下兩個邏輯之一即判定進入下一個軌道區段：

1）邏輯1：當列車最小安全前端越過當前軌道區段終點＋50 m時，列車所在當前軌道區段更新為下一個軌道區段；

2）邏輯2：當ATP接收到下一個軌道區段載頻并且下一個軌道區段進入更新窗口，列車所在當前軌道區段更新為下一個軌道區段。

而判定下一個軌道區段進入更新窗口需同時滿足以下兩個條件：

己酉，上謂宰相曰：“聞朝臣中有交結朋黨、互扇虛譽，速求進用者。人之善否，朝廷具悉，但患行己不至耳。浮薄之風，誠不可長。”乃命降詔申警，御史臺糾察之。［1］930

1）軌道區段更新窗口最大值和最小值至少一個大于軌道電路起點；

2）軌道區段更新窗口最大值和最小值至少一個小于軌道電路終點。

軌道區段更新窗口最小值取值為：列車位置－最小測距誤差－軌道電路傳感器天線到車頭距離－100 m。

軌道區段更新窗口最大值取值為：列車位置＋最大測距誤差－軌道電路傳感器天線到車頭距離＋100 m。

如圖3所示，通過分析車載設備控車數據信息包，可發現以下情況。

15:32:15，當ATP處于36 746 605周期時，判斷出列車最小安全前端位置大于2 300 Hz軌道區段起點，滿足鎖頻命令更新邏輯，ATP向TCR發送的鎖頻命令由上行切換為下行，如圖4（a）所示。

圖4 軌道區段窗口判斷過程Fig.4 Judgmental process on track section window

在15:32:17，當ATP周期為36 746 621時，列車最小安全前端進入2 300 Hz軌道區段＋50 m，滿足前文提到的列車所在當前軌道區段更新邏輯1，可安全確定出列車已進入到177 m的2 300 Hz區段，但是當前接收的載頻尚未更新，仍保持在2 000 Hz，如圖4（ b）所示。

由于列車正處于177 m的2 300 Hz軌道區段，軌道電路接收單元收到的載頻命令為上行，但收到的軌道電路信號載頻為2 300 Hz，導致列車觸發掉碼制動。

綜上所述，此次掉碼制動的原因是200C車載邏輯和過短的177 m連續上、下行切換的軌道區段設置不匹配造成的。軌道區段的更新窗口相對于較短的軌道區段來說，顯得偏大，致使更新窗口已經越過了短軌道區段，ATP判斷列車已然進入745 m的下一軌道區段，造成車載設備錯誤發送載頻鎖定信息，導致列車在完全模式下觸發無碼制動。

改進措施：現場最便捷的處理措施是讓列車以較低速度通過177 m軌道區段，能夠使列車位置不進入軌道區段更新邏輯2中的更新窗口內，確保177 m內收到2 300 Hz解碼信息，避免此類故障發生。

長期且有效的解決方法可分兩種：一方面，在上/下行載頻需要進行切換的區段較少使用短軌道區段，軌道電路長度的設置不應僅僅考慮設計規范中符合要求的最小長度，還需要保證現場的適用性，尤其在具備特殊場景作業的車站。另一方面，軌道區段更新窗口計算公式中的100 m偏移量不在使用固定數值的誤差值計算，根據軌道區段長度調整更新窗口，解決車載邏輯與連續上/下行切換的地面軌道區段設置不匹配觸發掉碼制動的問題。

2.2 低速跨線運行時載頻切換條件的判斷不夠嚴苛

2019年7月21日，廣州局配屬裝備CTCS-200C車載設備的CRH1A-A型動車組，在車站排列列車進路的出站信號后，列車C2完全模式下在岔區機車信號由HU碼變為H碼，車載設備轉入冒進模式，觸發緊急制動停車。

車載數據分析軟件中的控車數據包如圖5所示，在ATP周期為6 902 295時，列車當前位置為1 072 m，列車根據出站應答器組中的[CTCS-1]軌道信息包描述可知，1 700 Hz軌道區段的起點位置為1 055 m，終點位置為1 165 m。列車速度按照10.5 km/h計算，列車將會在周期6 902 508越過本區段終點，駛入2 000 Hz區段。

軌道電路解碼數據如圖6所示，在21:59:47時，機車信號接收天線已經感應到2 000 Hz載頻信息，此時載頻命令仍為下行，在21:59:49時，鎖定載頻命令切換為上行，在21:59:51軌道電路譯碼單元解譯輸出2 000 Hz載頻的信息。整個過程為4 s左右。掉碼原因為上/下行載頻變換過程中，列車低速過絕緣節處，采集到的信號波形不符合譯碼要求，出現短暫掉碼現象[3-4]。

為了優化列車低速跨線運行可能存在的掉碼問題，根據既有邏輯對此類特殊場景下的不適應性，提出載頻切換的優化方案。

允許載頻切換的既有邏輯：當存在下一個軌道區段并且列車最小安全車頭位于本軌道區段終點至終點加50 m范圍內，允許載頻為下一個軌道區段載頻；否則允許載頻為本軌道區段載頻。

允許載頻切換的優化方案：當存在跨線運行時，滿足列車速度低于20 km/h且存在下一個軌道區段并且列車位置大于或等于本軌道區段終點并且列車最小安全車頭不大于本軌道區段終點＋50 m，允許載頻為下一個軌道區段載頻；其他情況處理邏輯維持不變。

優化方案中增加了對于列車低速條件的判斷，以及列車位置是否已經越過本軌道區段終點的判斷。相較于之前的處理邏輯來說，對于列車在完全模式低速跨線運行場景下，軌道區段分界的判斷能做到更加準確，可有效避免此類場景下的掉碼制動故障。目前全路設備已完成軟件升級。

2.3 預期無碼區段的掉碼制動

2022年2月22日，昆明局配屬裝備CTCS-200C車載設備的CRH2A型動車組，在昆明南動車所入所作業時，列車C2完全模式下在預期無碼區段，車載設備轉入冒進模式，觸發緊急制動停車[5-6]。

列車以C2完全模式在昆明南動車所進行入所作業過程中，根據接收到的應答器組信息中的[CTCS-1]包描述前方軌道區段載頻分別為2 300 Hz、0 000 Hz和2 000 Hz，長度分別為682 m、1 025 m和812 m。列車在0 000 Hz區段出現掉碼制動現象，如圖7所示。

ATP主機每周期150 ms運行一次主程序，每周期均會計算最小車頭位置和判斷無碼超時邏輯。在18:42:31，列車接收到應答器組信息，更新軌道區段，默認軌道區段為連續首尾相接，所以將本應答器的起點5 971 m寫入本區段終點7 806 m，導致列車當前區段如圖8所示。此時定義軌道長度為0，而ATP計算允許速度是以閉塞分區終點7 808 m作為授權終點來倒推模式曲線，非UUS后的無碼計算定義軌道長度為0，這種無碼情況下不更新模式曲線，對列車允許速度無變化。

圖8 軌道電路信息描述Fig.8 Description information of track circuit

在18:42:39時，列車位置6 038 m，最小誤差為90 m，列車最小車頭位置為6 038 m－90 m＝5 948 m，需滿足列車最小車頭位置越過軌道區段終點50 m才更新下一軌道區段信息，列車在無碼區段不觸發制動的條件為：列車位于本區段起點和終點＋50 m范圍內，即5 971～6 021 m范圍內。此時列車位置6 038 m已超出當前判定范圍，觸發無碼超時制動。

發生上述故障的原因是由于測速測距誤差較大導致軌道區段更新出現異常，觸發無碼超時制動。針對此類問題的解決方法：一方面優化測速測距模塊的測速精度；另一方面是提升軟件的魯棒性，在測速測距單元傳輸來的數據出現明顯異常的前提下，適當調整軌道區段更新參數，增加對此類特殊場景下的邏輯判定條件，對實際控制列車運行更具適用性[7]。

3 結束語

本文主要針對列車在C2等級完全模式下的掉碼進行分析，重點討論了現場運用過程中出現的車載設備軟件處理邏輯與地面數據不匹配的故障場景。通過優化軌道區段更新窗口解決車載邏輯與連續上/下行切換的地面軌道區段設置不匹配觸發掉碼制動的問題。優化允許載頻切換邏輯解決列車低速跨線運行出現的掉碼問題[8]。由于測速測距誤差方面導致軌道區段更新出現異常觸發無碼超時制動的情況，通過優化測速測距模塊的測速精度和適當調整參數解決現場運用問題[9]。