基于日志分析的车载故障案例研究

孙士博

摘 要：车载日志反映了车载系统的运行状态，并且记录下了系统特定事件下的活动参数，为列车运行场景还原提供了很大的帮助。有效输出日志内容并对日志进行分析是寻找故障源头、处理故障的必要手段。对天津地铁1号线信号系统的车载日志内容进行分析，对一些典型故障案例进行研究，为后续故障处理及设备的维护保障提供建议。

关键词：车载日志;地铁;故障处理

中图分类号：U279.3                                 文献标识码：A                                  文章编号：2096-6903（2022）05-0062-02

1 系统概述

天津地铁1号线的信号系统采用了西门子的轨旁区域控制器及车载系统，分别由轨旁ATP子系统和车载OBCU子系统2部分组成[1]，其中的移动授权与联锁逻辑由轨旁ATP计算，联锁输入输出由北京通号公司DS6-60实现。该车载系统能同时满足移动闭塞列车运行控制要求和点式列车运行控制要求。该系统能满足两种列车控制级别之间的多种配置要求，分别指使用应答器的固定闭塞点式列车控制级别和使用连续、双向车-地数据通信实现高精度列车定位和移动闭塞列车间隔的连续式列车控制级别。

“CDV”是由西门子开发的一款日志分析软件。主要通过读取ITF中存储的数据记录器，将列车的状态以表格形式显示出来。轨旁和车载子系统均使用一个轨道数据库（TDB），该数据库里存储着描述轨道拓扑结构的数据信息，比如应答器安装位置信息、轨道区段长度和轨道限速信息等。车载子系统在行驶中通过车底应答器天线读取轨旁应答器报文、通过无线天线接收来自轨旁ATP子系统的发送来的移动授权然后在与储在OBCU里的TDB中的数据进行校对达到实时监督列车行驶的功能。点式列车控制运行模式是基于固定闭塞列车分隔的原理，列车的间隔由基于传统进路监督（当允许列车进入区间的所有进路条件满足时，通过信号机给出开放信号显示）的进路控制功能来保证。

2 常见故障分析及记录

2.1 紧急制动

车辆紧急制动环路是涉及安全的主要列车线，信号系统OBCU作为一个“开关”也会有2个节点串入紧急制动的环路当中。运行中当发生车门或站台门打开、站台运行中触发紧急停车按钮、超速、自检设备失效、闯红灯、连续丢失两个应答器、无线系统通信中断、移动授权回收、列车后溜、无司机室激活的移动等多种信号相关故障时，车辆紧急制动环路的2个节点同时断开，向车辆输出紧急制动[2]。

车辆立即施加气制动停车。在日常运营中施加紧急制动的原因主要有以下几项。

一是超速。在SM及RM驾驶模式下速度指针超过红针（紧制速度）后会发生紧急制动。SM模式下超过黄针（推荐速度）会报警。在“CDV”中打开“Maintenanceviews”中“EmergencyBrakes”，可以通过“详细的EB原因”查看具体的紧急制动原因。当原因为“PORviolated”可以判断为是超速引起的紧急制动。

二是屏蔽门异常打开。列车在站台区域行驶时，由于屏蔽门异常打开导致信号门关闭切锁紧继电器落下，为了保证安全，站台区域的列车将发生紧急制动。当对应的“详细的EB原因”中显示为“PSDXXOPEN”（XX为具体屏蔽门编码）可以判断为屏蔽门异常打开造成的紧急制动。

三是紧停激活。列车在站台区域行驶时，为了保证行车安全，当紧急停车按钮被激活时，站台区域的列车将发生紧急制动。当对应的“详细的EB原因”中显示为“POPCTCRAUZEMPXX”（XX为紧停激活站台编码）可以判断为紧停激活造成的紧急制动。

四是非信号系统施加的紧急制动。在车辆的紧急制动环路中信号只是其中的一部分，信号施加紧急制动会导致车辆的紧急制动继电器落下，同样的车辆系统也会施加紧急制动，例如客室门打开，完整性丢失等。信号系统采集车辆紧急制动继电器的节点，通过继电器状态来判断车辆是否施加了紧急制动。当对应的“详细的EB原因”中显示为“EBPASSIVE”可以判断为车辆专业施加的紧急制动。

2.2 单端ATP故障（红点）

西门子车载系统在1车和6车分别配置了一套独立的OBCU车载机柜，每个机柜分为3层，从上而下分别为无线层、ATO层和ATP层。2套机柜通过ATO层的载波板引出的以太网通信线经过每节车之间的贯通线，由一端连接至另一端，而實现互为热备无缝冗余的功能。当其中一端的车载设备检测到本端设备故障或者异常时，会在信号HMI显示屏标注本端为红色，即通常所说的单端ATP故障（红点），大大降低了系统可靠性。

故障端可以是驾驶端也可以是非驾驶端，都不会影响列车正常运行，但是会使列车的可靠性降低，一般采取在折返轨重启列车进行排故。导致单端ATP故障的原因主要有以下3种。

一是无线丢失。为了保证车地通信正常，ATO层的ITF会对无线CPU发送来的心跳报文进行监控，当超过9 s没有收到心跳报文时，ITF就会认为本端无线CPU故障，从而在信号HMI显示屏上标记本端为红色，即红点。图1为ITF与无线CPU的链接结构示意图。此时列车发生冗余由另一端控车，即使本端ITF再次收到了无线CPU发来的心跳报文，红点也不会恢复，只能重启本端设备。但在正常运营中只有到达折返轨才有时间去重启车载设备，同样也会造成2 min左右的延误，对运营效率影响较大。

通过分析大量的故障数据发现，无线CPU与ITF通信中断的故障按其成因可以简单地分为硬件故障与无线CPU重启故障两类。这两类故障均会对列车可靠性造成一定影响[3]。

目前，对于因无线CPU重启导致的ATP红点故障，天津地铁运营单位已得出较明确的结论，再经过多次软硬件排查后确定为无线CPU软件重启导致，主要的原因为无线CPU的底层软件逻辑复杂繁琐，在长时间运营过程中会产生很多无用的缓存数据，使无线CPU负载率提高，当负载率到达设定的数值时就会自动重启清理缓存，而无线CPU重启无法在9秒内完成，所以就会与ITF失去通信。

打开故障端日志，可以在“Maintenanceviews”中的“RadioCommunicationStatus”中查看。如果“无无线连接”发生的时间在列车ATP报红时间之前，则可以判断为无线丢失。

二是硬件故障。列车行驶中，任何一块板卡或者车底设备故障都会造成ATP报红。

可以在日志“LRUViews”中查看。

“OBCU_ATPLRUS”中显示ATP层板卡及车底应答器天线、测速电机、多普勒雷达的报警信息。

“OBCU_ATOLRUS”中显示ATO相关板卡报警信息。

“OBCU_ITFLRUS”显示ITF相关板卡报警信息，以及无线、ATP、ATO、HMI、相邻OBCU之间的连接状态。

“OBCU_HMILRUS”显示近远端HMI连接状态。

“OBCU_TMSLRUS”显示车辆发来的制动电源及空转打滑状态。

三是头尾通信丢失。列车行驶中，如某端的ITF无法收到对端ITF发来的心跳报文，系统就会标记对端为故障造成ATP报红。这类故障多由车底贯通线虚接造成。

遇到这种故障在日志分析中要下载两头的日志，因为通常在报红的日志中不会看到任何报警信息。只能在非报红端的“OBCU_ITFLRUS”中可以看到相邻的OBCU连接断开，从而判断为头尾通信丢失故障。

2.3 司机误操作

由于车载设备运行时间较长，信号、车辆等系统难免会发生故障，这时候就需要依靠司机进行故障处理。按照“设备有问题，人防要补上”的原则，司机应该凭借扎实的驾驶技术和经验，尽快地解决列车发生的故障，尽早恢复列车的正常运行，减小故障的影响范围。但在实际处理故障的过程中，司机在关键作业流程的关键操作上常有所疏忽，或者由于自身的错误操作，造成没有及时处理好故障，反而可能加大列车晚点时间，影响列车的正常运行，严重故障甚至造成列车无法启动，下线、清客、引发救援。

通过多年的运营经验，归纳出司机的误操作情况可以分为以下三大方面：错误按压开关、按钮、违反作业流程、错误判断设备状态。分析整理发生过的误操作的案例和找到其中人员误操作的原因，可以为提高司机排故能力，优化行车操作流程，提高司机安全责任意识提供帮助。从而尽可能的减少因人为操作失误带来的晚点、清客、列车救援等情况的发生[4]。

接报的车载故障中很大一部分都是由于司机误操作造成的，以3个最常见的误操作为例。

一是列车无牵引。该故障多发生在小交路折返站。列车达到折返站后，“自动折返”指示灯会闪烁，司机误操作激活自动折返，导致列车无牵引。

日志中可以查看“Diagnosticsviews”中的“Digitaliobuttons”自动折返按钮操作记录。

二是BTN打岔（ATO释放按钮冲突）。此故障多发于出站时，司机将手柄回0过程中，未正确放到0位，导致只有单路ATO释放激活，10秒后会在HMI上报警，造成列车无法进入ATO模式。

日志中可以查看“Diagnosticsviews”中的“DigitalioData”近端ATO释放触点是否正确输入。

三是无法发车。造成列车无法发车的故障原因很多，此处列出一种最常见的操作失误。列车正常进站对标乘降后，司机在关门的时候误按了“重开门”按钮，此时车门可以正常关闭，但是“重开门”按钮是车辆专业为防止车门故障设置的防护按钮与信号开关门电路无关，此时虽然车门都已完全关闭，但是信号设备未收到关车门信号导致开关门作业未正常完成，系统判定车门异常，无法释放牵引导致列车无法发车。

日志中可以查看“Diagnosticsviews”中的“HMIDATA-DOORS”中的车门当前状态来查看在门全关后信号系统判断的车门状态。

同时要结合“ATOVIEWs”中“ATODIGITALINput”中查看车左右门关闭输入的信息是否有效。

3 結语

以上就是几种常见典型故障的日志内容分析。分析车载故障除了要对车载日志熟练掌握外，信号其他系统的知识也必不可少，ATS回放、联锁日志、区域控制器日志都可以提供很大帮助。除了信号系统提供的帮助，车辆的电路图、司机室的录像也可以使故障化繁为简。除了设备上的维护保障，司机的操作培训也是非常重要的，可以将一些故障快速处理方法编写成文件对司机进行培训也可以达到事半功倍的效果。

参考文献

[1] 罗扬.西门子系统在天津地铁信号1号线的主要运用[J].科技风，2017（26）：93.

[2] 崔志民.信号系统与车辆紧急制动接口分析[J].铁路通信信号工程技术，2020，17（2）：112-116.

[3] 陈卓雄.西门子TGMT信号控制系统车载控制单元红点故障的解决方法[J].城市轨道交通研究，2020（23）：195.

[4] 孙建栋.广州地铁五号线客车司机常见误操作的研究分析[J].科技展望，2016，26（12）：273+319.

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