摘  要: 结合北京地铁 4 号线和大兴线现场系统调试、维护工作经验，详细介绍了 CBTC 系统中的 VOBC 系统构成及工作原理，并对常见 VOBC 系统故障原因进行了具体分析。

关键词: 车载控制器; 设备故障; 维护

 

      北京地铁 4 号线及大兴线信号系统采用先进的Seltrac 移动闭塞 CBTC 系统，列车控制信息由车载控制器 ( VOBC) 进行统一管理。如果 VOBC 系统出现故障，列车将切换到 NRM ( 非限制人工模式) ，导致列车丧失 ATO 和 ATP 功能，行调只能依靠计轴设备对列车粗定位，这样将加大人工介入排列进路操作的安全隐患，也大大降低了运营的效率，增加了列车运行的潜在危险。为此，围绕VOBC 系统原理及构成，就其常见故障处理进行分析，以期缩短故障延时，达到提高运营效率的目的。

 

      CBTC 系统主要组成部分有: 列车自动控制子系统 ( ATC) ; 列车自动监控子系统 ( ATS) ; 计算机联锁子系统 ( CI) ; 数据通信系统 ( DCS) 和维护支持子系统 ( MSS) 等。车载 ATC 系统的核心是能够根据冗余 “三取二”原则执行每个 ATP 和ATO 功能的 VOBC 装置。

      VOBC 系统由以下部分组成: MPU、PPU / VIM子架、MRU ( OBRU/CDU) 子架和 TI 子架。车辆中为 VOBC 配备的外围设备包括: 天线、接近传感器、速度传感器、司机显示屏 ( TOD) 、2 个无线天线等。

      信号系统在 CBTC 模式下，VOBC 通过天线探测轨道上的应答器，查找其在数据库中 ( 包含所有相关的轨道信息，如车站停靠、坡度、轨道限速、轨道转辙机位置和轨旁信号机位置等) 的方位，及测量列车在 2 个应答器之间的运行距离，确定列车绝对位置。VOBC 通过 AP ( 无线接入点)通信，向地面 ZC ( 区域控制器) 报告本列车的精确位置，由 ZC 根据列车的当前位置、速度和行车方向，将 LMA 发送到 VOBC，同时要考虑路线、道岔的状态、受限速度以及其他障碍物，确保列车间的安全距离。在确保列车控制灵活性的前提下，ATS 通过无线通信方式来确定列车位置，并随之控制列车，使列车能够以更加接近的间距运行。

      1． 可提供列车的持续定位。

      2． 配备有连续的双向通信无线电系统，能够为轨旁和中心设备提供连续通信。

      3． 能够确保连续的速度控制和列车监控。

      4． 能够控制在相同线路区间内以不同方向行进的列车，利用车载控制器，以自动和人工受保护模式，指挥列车正向和反向行车。

 

      故障现象: 某日 XX 次列车在正线运行过程中紧急制动 ( EB) ，EB 无法缓解。查看列车自动监控子系统 ( ATS) 报警信息为: 里程 XX. XXXkm处 XX 列车紧急制动，SSR 检测到牵引使能输出故障。

      故障分析: 首先通过 ATS 报警信息来分析潜在含义。

      VIM2 为 VOBC 系统外围处理器单元 ( PPU) /车辆接口模块 ( VIM) 子架上的板卡，而 PPU/VIM 子架作为其他用户子系统 ( 牵引、制动等)与 VOBC 设备之间的主要接口，其功能是收集来自各种车载设备的信息，并提供给主处理器单元( MPU) 子架。另外，PPU/VIM 子架还从 MPU 子架接收用于控制输出的已表决控制命令，表决命令传输给 VIM2 板卡后，VIM2 将生成远程输出，并提供输出状态信号和实时安全控制单元( RTVCU )之间的接口 ( 如图 1 所示) 。

      SSR 为 VIM2 板卡上的固 态继电器， 它对VIM2 的信号传输起到决定性作用。如果牵引使能工作状态与 VIM2 输出信息不匹配，将导致 VOBC系统进入被动 ( PASSIVE) 模式 ( 该模式下 VOBC与车辆外部输出端口全部断开，列车 EB，车载信号系统不再控制列车) 。由于报警信息未提及车辆设备和 VOBC 之间的输出接口连线电路故障，所以先排除 VOBC 系统与车辆接口故障，使故障点基本锁定在 VIM2 板卡回检线路及 SSR 本身电子元器件上，具体分析如下。

      1． 首先查看 VIM2 板卡有无明显的损坏情况，然后确认 VIM2 与 PPU/VIM 子架的连接插针是否完好，并且无松动情形; 再检查 PPU/VIM 子架与主处理单元 MPU 子架之间相应的线缆，如子架与输出命令连接线、电缆物理状态及插针工作电压任何一项出现异常，将致使子架功能性不稳定，VOBC 输出系统命令有误。

      2． 排除外部接点电缆线路无异常后，基本可以断定 SSR 电子元器件异常，VIM2 回检信息不通过，将不能保证表决命令信号正常输出。参照 PPU数字信号输出原理及 VIM2 输出模块工作原理图得知: VIM2 远程输出之间具有 1000 V 的绝缘电压，每个输出以最大 200 mA 的电流传输瞬态保护信号; 配置跳线既可以选择外部电池的正、负极或24 V 电压，以便应用到各个外部输出，还可以在16 位宽端口中对输出进行分组 ( 见图 1) 。在主板上对 3 个输出信号 ( 每个 PPU 复制器中有 1 个) 进行表决，以创建一个可以应用于 VIM2 板卡的信号受控输出。

      通过把信息发送到输入输出端口 ( I/O ) 插卡来启动输出外围接口通信和控制 ( PICC) 板卡，每个 PICC 控制 2 个选择性场效应晶体管 ( MOS-FET) 。I / O 插卡闭锁 PICC 信号，并使 MOSFET 保持打开或关闭状态，I/O 插卡的输出均连接在 PPU主板 ( MB) 上，实现三取二表决所需的电路。表决的输出应用于 VIM2 板卡上的 SSR，它是一个双向电路，其中一端可以在 3 个触点之间进行选择:一个正电源 ( 图 2 中的 + BT) 、一个负电源 ( 图 2中的-BT) 和到插卡后连接器的一个引脚。SSR 用于切换输出的 “开”和 “关”，跳线允许将继电器触点配置为安全、非安全或干触点，根据插卡的变体，在制造时间完成该选择 ( 如图 2 所示) 。

      SSR 的其他端通常作为外界的输出，并且可以通过一个隔离强制动作继电器 ( FAR) 将其断开，在一个串行配置复查中，使用 FAR 的一个触点。各个 VIM2 有隔离 FAR 表决控制，并为所有 3 个PICC 提供一式三份的状态复查，通过独立的电路将输出的状态反馈给 3 个 I/O，然后再反馈给PICC。

      PICC 除接收固态继电器的命令，将外围数据发送到 MPU 外，还接收来自系统内部的复查。PICC 可以在启动时定期和隐式执行嵌入式测试( BIT) 。由 PICC 成功解码的生命周期 监控器( LCM) 信号为过程循环监控器/电源 ( PCM/PS)模块上的 PCM 继电器供电，PCM/PS 模块将 VOBC置于活动模式; 中断 LCM 信号的接收会切断 PCM的电源，并将 VOBC 置于被动模式。

      通过以上原理分析，列车 VOBC 自检信息无法通过是导致牵引使能继电器无法正常吸起的主要原因。

      故障处理: 为不影响线路正常运营，故障处理应遵循故障检修级别。在第一线路上，故障线路可替换单元 ( LRU) 被更换，故障处理后列车通过所有功能性测试返回服务状态; 然后，故障 LRU被带入第二线路维护设施，经维修过的 LRU 作为可用备件被送回仓库。故障处理完成后，需要将损坏的板卡和连接线做记录，再遇到同样的故障时，可以参照此次故障原因进行优先判断和处理，便于以后快速修复故障。