李保霞

（中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，江蘇南京 210036）

以太網(wǎng)技術(shù)作為未來列車通信網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)之一，在地鐵車輛上應(yīng)用越來越廣泛。一般100 M性能的以太網(wǎng)作為車載設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，不管是控制數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延還是狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延均達(dá)到列車通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)延的要求。因此，列車電纜需要滿足百兆通信要求。某地鐵車輛在2端各配置了1臺(tái)車載無線電主機(jī)，2臺(tái)車載無線電主機(jī)之間經(jīng)常發(fā)生通信故障，數(shù)次觸發(fā)列車緊急制動(dòng)，對(duì)行車影響較大。由于車載設(shè)備均已按照電磁兼容等要求完成相應(yīng)的型式試驗(yàn)，因此，為分析設(shè)備之外的電纜通信性能，本文選取無線電主機(jī)和中繼器之間通信的物理介質(zhì)以太網(wǎng)電纜為測試對(duì)象，先采用地面模擬試驗(yàn)的方法對(duì)設(shè)備之外的配線性能參數(shù)進(jìn)行測試，驗(yàn)證幾種方案下連接設(shè)備之間的物理介質(zhì)對(duì)以太網(wǎng)傳輸?shù)挠绊?，并根?jù)模擬試驗(yàn)所得的修正方案對(duì)現(xiàn)車進(jìn)行實(shí)車測試。通過對(duì)列車電纜連接進(jìn)行優(yōu)化，有效的解決了通信傳輸問題，提高了列車可靠性。

1 車輛以太網(wǎng)布置方案

列車為6節(jié)編組，將每節(jié)車按圖1編號(hào)：A1-B1-C1-C2-B2-A2。整車以太網(wǎng)配線如圖2所示，具體布置方案如下。

（1）無線電主機(jī)設(shè)置在A1、A2車一位端列車自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)（ATC）柜中，采用LEMO連接器。

圖1 列車編號(hào)示意圖

圖2 整車以太網(wǎng)配線示意圖

（2）中繼器設(shè)置在C1車二位端低壓柜中部，車上線束由端部連接器CFATCJC2經(jīng)過座椅下端子排TB02C2AL和低壓柜下部航空?qǐng)A形連接器CM03C2AL，最后通過M12D的4芯連接器CMRPT1/CMRPT2與中繼器相連。

（3）每節(jié)車的兩端均設(shè)置端部連接器（A1、A2車僅二位端有），2節(jié)車之間均由跨接電纜相連（采用NEXANS的4芯星絞線），跨接電纜端部的連接器均為Harting矩形連接器。

為分析設(shè)備之外的電纜通信性能，選取最具代表性且最惡劣的工況，即現(xiàn)車長度最長、轉(zhuǎn)接點(diǎn)（連接器、端子排）最多的線路（由C1車至A2車的設(shè)備連接電纜）進(jìn)行以太網(wǎng)配線分析。為方便后續(xù)處理描述，將轉(zhuǎn)接點(diǎn)成對(duì)進(jìn)行編號(hào)，如圖3所示。

為了查找問題根本原因，先開展地面試驗(yàn)測試，研究不同工藝條件下電纜傳輸性能，然后進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)測試。

2 地面試驗(yàn)測試

對(duì)影響電纜通信的電纜絞合、端子排影響、連接器替代等情況開展電纜傳輸性能測試。研究不同工藝條件下的電纜傳輸性能。測試環(huán)境為模擬現(xiàn)車地面試驗(yàn)，準(zhǔn)備相應(yīng)的電纜、端子排、連接器以及工具，按照現(xiàn)車連接器狀況進(jìn)行制作并開展測試。試驗(yàn)采用福祿克公司的網(wǎng)絡(luò)電纜測試儀DTX1800設(shè)備開展測試獲得數(shù)據(jù)。測試結(jié)果如表1所示，具體測試過程如下。

表1 地面試驗(yàn)測試結(jié)果 dB

2.1 電纜不絞合

按照最接近現(xiàn)車的模擬配線方式進(jìn)行檢測，全部轉(zhuǎn)接點(diǎn)處的電纜都未絞合。測試車載無線電主機(jī)到中繼器之間的電纜通信性能，測試結(jié)果見表1中測試順序 1。

圖3 最長區(qū)段列車配線示意圖

對(duì)比現(xiàn)車測試結(jié)果，數(shù)據(jù)與圖形大致相同，達(dá)到模擬現(xiàn)車的預(yù)期結(jié)果，但測試結(jié)果不通過，不滿足百兆通信介質(zhì)要求。

2.2 電纜絞合

考慮到理論上通過電纜絞合，可以減小分布電容提高抗干擾度，因此對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)接點(diǎn)、對(duì)電纜依次進(jìn)行絞合處理并測試。電纜絞合處理具體情況如表2所示，測試結(jié)果見表1中測試順序2～9。

對(duì)整段無線電線路的全部轉(zhuǎn)接點(diǎn)經(jīng)過絞合處理后，回波損耗、近端串?dāng)_指標(biāo)依舊未能達(dá)標(biāo)。因此，采用福祿克公司的高精度時(shí)域串?dāng)_分析儀器HDTDX定位串?dāng)_最大發(fā)生的位置，測試結(jié)果如圖4所示。

表2 電纜絞合處理后的情況

圖4 串?dāng)_位置測試圖

根據(jù)定位確認(rèn)串?dāng)_最大發(fā)生在距離主機(jī)30.67 m的轉(zhuǎn)接點(diǎn)②處和87.55 m的轉(zhuǎn)接點(diǎn)⑦處。此時(shí)按照預(yù)案，分析不同絞接率對(duì)電纜傳輸性能的影響。考慮增大絞接率，重新對(duì)轉(zhuǎn)接點(diǎn)②、轉(zhuǎn)接點(diǎn)⑦處的連接器尾部線芯進(jìn)行絞合處理，處理后測試結(jié)果見表1中測試順序10～11。

雖然測試結(jié)果有所改善，但近端串?dāng)_仍未通過，下一步重點(diǎn)分析減少轉(zhuǎn)接點(diǎn)對(duì)傳輸性能的影響。

2.3 隔離端子排、連接器測試

依照C1車連接器CMRPT2至A2車連接器CM02RCS的線路長度情況，重新擺放連接器，使用一段電纜跨過轉(zhuǎn)接點(diǎn)⑦端子排TB02C2AL。測試結(jié)果見表1中測試順序12。3項(xiàng)指標(biāo)均能通過，串?dāng)_指標(biāo)有大幅度改善，由-0.2 dB改善為4.0 dB。

用一段電纜跨過2個(gè)轉(zhuǎn)接點(diǎn)（轉(zhuǎn)接點(diǎn)⑦端子排TB02C2AL和轉(zhuǎn)接點(diǎn)⑧圓形航空連接器CM/CF03C2AL）。測試結(jié)果見表1中測試順序13。近端串?dāng)_指標(biāo)進(jìn)一步改善，減少節(jié)點(diǎn)的措施使傳輸性能取得明顯改善效果。

2.4 使用WAGO連接器替代端子排

分析不同節(jié)點(diǎn)對(duì)電纜傳輸性能的影響，考慮使用其他連接件，如使用WAGO連接器（圖5）替代端子排，測試結(jié)果見表1中測試順序14～15。測試結(jié)果表明，采用WAGO連接器比采用端子排能夠明顯改善傳輸性能，使傳輸性能達(dá)標(biāo)。

3 實(shí)車試驗(yàn)測試

根據(jù)地面測試情況，通過電纜絞合等措施可以有效改善現(xiàn)車線路的回波損耗與近端串?dāng)_問題，實(shí)車試驗(yàn)第一步實(shí)施電纜絞合方法，如果仍未通過，考慮替代端子排節(jié)點(diǎn)等有效措施改善傳輸性能。

在列車上進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)測試，如圖6所示。首先分別對(duì)C1車中繼器到A1、A2車無線電主機(jī)的線路進(jìn)行測試，然后逐段處理后進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表3所示，具體測試過程如下。

圖5 WAGO連接器

圖6 實(shí)車試驗(yàn)測試

3.1 連接器電纜絞合處理對(duì)比測試

對(duì)車下無線電電纜涉及的全部連接器進(jìn)行絞合處理后，再分別對(duì)整車兩段無線電線路進(jìn)行測試，對(duì)比處理前后測試結(jié)果見表3中測試順序1～4。

經(jīng)過車下20個(gè)Harting連接器線芯的絞合處理后，3項(xiàng)指標(biāo)都有明顯改善，但是回波與串?dāng)_未能通過測試。

3.2 端子排電纜絞合測試

在車下連接器絞合處理的基礎(chǔ)上，再對(duì)端子排TB02C2AL上的無線電主機(jī)電纜進(jìn)行絞合處理，并分別對(duì)A1車的連接器CM02RCS至C1車的連接器CMRPT1以及A2車的連接器CM02RCS至C1車的連接器CMRPT2進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表3中測試順序 5 ～ 6。

回波損耗與近端串?dāng)_指標(biāo)進(jìn)一步改善。

3.3 電纜替代連接器測試

通過HDTDX分析儀定位，定位串?dāng)_最大發(fā)生的位置如圖7所示。近端串?dāng)_最大發(fā)生在距離CM02PRT1、CM02PRT2連接器3.5 m處，大約在低壓柜⑧圓形航空連接器CM/CF03C2AL處。

使用一段電纜將圓形航空連接器⑧CM/CF03C2AL跨過CM02PRT1、CM02PRT2連接器直接接至端子排TB02C2AL處。測試結(jié)果見表3中測試順序 7～8。

通過以上處理，測試3項(xiàng)指標(biāo)均能通過。

3.4 連接器替代端子排測試

恢復(fù)圓形航空連接器連接，使用地面測試方案中WAGO連接器替換端子排TB02C2AL進(jìn)行測試，A2車至C1車測試結(jié)果見表3中測試順序9，測試結(jié)果很接近但仍未通過。

3.5 減少節(jié)點(diǎn)測試

用一段電纜跨過⑧圓形航空連接器CM/CF03C2AL，并且使用WAGO連接器替換端子排TB02C2AL。對(duì)A2車的連接器CM02RCS至C1車的連接器CMRPT2的電纜進(jìn)行測試，結(jié)果見表3中測試順序10。對(duì)比只有電纜替代連接器測試方案（測試順序 8），近端串?dāng)_有2.7 dB的改善。

表3 實(shí)車試驗(yàn)測試結(jié)果 dB

圖7 HDTDX定位數(shù)據(jù)圖

最終，對(duì)項(xiàng)目的全部列車按照上述方案進(jìn)行了全面整改和測試驗(yàn)證，列車上2個(gè)單元的無線電設(shè)備與中繼器之間的通信介質(zhì)均達(dá)到了百兆以太網(wǎng)通信要求。試驗(yàn)結(jié)果表明采取合理的工藝措施可以提高通信的可靠性，而有效提高連接介質(zhì)性能指標(biāo)的主要技術(shù)措施至少有如下3種：

（1）將以太網(wǎng)線端頭處電纜進(jìn)行成對(duì)絞合處理；

（2）將端子排換為連接器（如WAGO連接器）；

（3）減少節(jié)點(diǎn)，去除C車二位端端子排和中繼器之間的航空插頭。

經(jīng)過3個(gè)月的統(tǒng)計(jì)，實(shí)際故障率降低了70%；剩余的30%故障鎖定與設(shè)備通信數(shù)據(jù)處理有關(guān)。對(duì)無線電設(shè)備通信軟件進(jìn)行升級(jí)后沒有發(fā)生因通信故障導(dǎo)致緊急制動(dòng)的問題，無線電主機(jī)設(shè)備通信問題得到了有效解決，獲得了業(yè)主的充分認(rèn)可。

4 結(jié)語

目前，國內(nèi)外軌道交通行業(yè)都在研究發(fā)展基于以太網(wǎng)的列車通信網(wǎng)絡(luò)。隨著列車以太網(wǎng)設(shè)備應(yīng)用越來越廣泛，有必要對(duì)貫通列車以太網(wǎng)電纜的連接和制作工藝進(jìn)行深入研究。本文通過專用設(shè)備對(duì)以太網(wǎng)電纜進(jìn)行準(zhǔn)確的測試，可以清晰的將傳輸問題鎖定到設(shè)備或電纜，有針對(duì)性的對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行分析解決，并通過合理的工藝措施提高了通信的可靠性。該成果也可以應(yīng)用到類似工程中的其他電纜。