陳玲茜 杜友勝

摘要：常州地鐵1號(hào)線自開通運(yùn)行一年后，T11車由于輪對(duì)磨耗進(jìn)行了一定程度的鏇修，并開始頻繁在正線下行過彎道曲線時(shí)報(bào)出牽引輪徑異常故障，主要表現(xiàn)為每節(jié)動(dòng)車經(jīng)自動(dòng)輪徑校準(zhǔn)后輪徑差值超出牽引系統(tǒng)設(shè)定閥值。主要通過對(duì)常州地鐵1號(hào)線牽引輪徑校準(zhǔn)功能的控制原理和牽引輪徑異常故障判斷邏輯分析查找故障原因，有針對(duì)性的解決問題以及提高牽引輪徑校準(zhǔn)功能的可靠性。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;輪徑校準(zhǔn);輪徑異常;故障分析

一、故障概述

常州地鐵1號(hào)線自2020年6月開始，T11車在正線頻繁報(bào)出牽引輪徑異常故障，采取人工輪徑校準(zhǔn)方法對(duì)輪徑進(jìn)行復(fù)核，每節(jié)車同軸、同轉(zhuǎn)向架及同車的車輪直徑差符合檢修標(biāo)準(zhǔn)，但牽引系統(tǒng)輪徑校準(zhǔn)功能得出的輪徑差值為6.1mm，超出了系統(tǒng)輪徑差閥值6mm。通過重新調(diào)整牽引系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄清單，增加牽引系統(tǒng)對(duì)動(dòng)車輪徑值得記錄，并且對(duì)故障車進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)控，總結(jié)故障有以下特點(diǎn)：

（1）跟蹤實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，發(fā)現(xiàn)列車經(jīng)過下行區(qū)間彎道曲線時(shí)，T11車會(huì)報(bào)出牽引輪徑異常故障。

（2）跟蹤故障數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，僅僅T11車的Mp2車的輪徑差值超限報(bào)出故障。

二、列車自動(dòng)輪徑校準(zhǔn)功能原理

（1）輪徑校準(zhǔn)依據(jù)：牽引系統(tǒng)將每列車Mp1車的第一根軸作為參考軸，其軸速作為參考速度，牽引系統(tǒng)將參考速度信號(hào)發(fā)給車輛網(wǎng)絡(luò)TCMS系統(tǒng)，再由TCMS系統(tǒng)將此參考速度信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到所有動(dòng)車牽引控制模塊并作為輪徑校準(zhǔn)的依據(jù)。

（2）輪徑校準(zhǔn)功能激活指令：牽引系統(tǒng)內(nèi)部判斷輪徑校準(zhǔn)條件是否滿足，條件包括車輛網(wǎng)絡(luò)TCMS系統(tǒng)發(fā)出的牽引級(jí)位小于5%（惰行條件），列車速度滿足輪徑校準(zhǔn)的最低速度（車速大于30km/h），車速變化率小于0.5m/s2（加速度要求），列車速度和參考速度差值小于10km/h，同時(shí)牽引系統(tǒng)根據(jù)這幾個(gè)條件也判斷出列車在平直道運(yùn)行符合輪徑校準(zhǔn)條件。

當(dāng)輪徑校準(zhǔn)條件滿足時(shí)，牽引系統(tǒng)延時(shí)3秒開始激活輪徑校準(zhǔn)功能。參考速度與每根動(dòng)車軸軸速進(jìn)行對(duì)比，軸速差值輸入積分器進(jìn)行積分校正，積分器直接輸出校準(zhǔn)后的輪徑值。積分器的目的就是把軸速和列車速度無限接近，積分器輸出的每根動(dòng)車軸的輪徑值實(shí)時(shí)參與軸速計(jì)算，最終使每根動(dòng)車軸軸速與參考速度差值理論為0，此時(shí)牽引輪徑值就校準(zhǔn)到了實(shí)際輪徑值，即牽引系統(tǒng)完成輪徑校準(zhǔn)功能，詳細(xì)見下方原理圖：

Vcal為輪徑校準(zhǔn)的參考速度，Vaxle為軸速。參考速度和每根動(dòng)車軸軸速的差值實(shí)時(shí)輸入輪徑校準(zhǔn)控制器1/P（即積分控制器），輸出值即為實(shí)時(shí)校準(zhǔn)（累積）出來的輪徑值，并且實(shí)時(shí)存入DCU內(nèi)部的存儲(chǔ)器中。校準(zhǔn)的輪徑通過和實(shí)時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)算得到實(shí)時(shí)的軸速，反饋到控制器前端，形成閉環(huán)控制。

即：當(dāng)前時(shí)刻的輪徑值=上一時(shí)刻的輪徑值+（Vcal-Vaxle）*Tc/T;

注：TC/T為積分器的時(shí)間常數(shù)，相當(dāng)于一個(gè)決定輪徑校準(zhǔn)快慢的一個(gè)系數(shù)。

當(dāng)輪徑校準(zhǔn)激活，通過持續(xù)的閉環(huán)計(jì)算，輪徑值在初始輪徑值的基礎(chǔ)上不斷累積（增大或減小），最終使得參考速度無限接近于軸速。

三、故障分析

1.1 故障判斷邏輯

根據(jù)牽引數(shù)據(jù)下載顯示，T11車Mp2車報(bào)出的牽引輪徑異常故障對(duì)應(yīng)的牽引系統(tǒng)故障為輪徑差值高故障。

輪徑差值高故障的判斷邏輯是動(dòng)車的牽引控制單元比較本車四個(gè)軸的輪徑值，并將其中最大值和最小值比較。當(dāng)最大值與最小值差值大于6mm時(shí)，牽引控制單元會(huì)延時(shí)5秒后報(bào)出輪徑差值高故障，即牽引輪徑異常故障，從而導(dǎo)致故障時(shí)刻牽引模塊（MCM）輸出轉(zhuǎn)矩因輪徑差值而被限制，實(shí)際轉(zhuǎn)矩與限制因子密切相關(guān)，如下圖所示：

當(dāng)輪徑差值在0-6mm范圍內(nèi)時(shí)，限制因子為1，即不限制轉(zhuǎn)矩;當(dāng)輪徑差值在6-9mm范圍內(nèi)時(shí)，限制因子線性下降，對(duì)應(yīng)的牽引模塊（MCM）輸出的轉(zhuǎn)矩也線性下降;當(dāng)輪徑差值大于9mm時(shí)轉(zhuǎn)矩下降為0，且延時(shí)3秒后保護(hù)封鎖牽引模塊（MCM）。

1.2 故障原因分析

更新牽引系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)記錄清單，增加動(dòng)車輪徑值的記錄后，采集了2020年6月24日T11車牽引數(shù)據(jù)，具體如下

（1）6月24日分別報(bào)出三次故障，故障時(shí)刻分別為09：04：09、11：20：23和15：40：57，故障地點(diǎn)都是環(huán)球港站到新區(qū)公園站（見圖3）。

（2）以故障時(shí)刻11：20：23的速度數(shù)據(jù)為例（見圖4），環(huán)球港站到新區(qū)公園站區(qū)間，出站加速到一直處于接近惰性狀態(tài)，并結(jié)合環(huán)球港到新區(qū)公園站區(qū)段圖（見圖5）發(fā)現(xiàn)列車連續(xù)經(jīng)過彎道曲線，此時(shí)ATO模式下牽引級(jí)位也較低，所以全程滿足輪徑校準(zhǔn)功能條件。

（3）整理牽引系統(tǒng)記錄的輪徑數(shù)據(jù)，通過表格對(duì)三個(gè)故障時(shí)刻（2020年6月24日）的T11車Mp2車各軸輪徑變化值進(jìn)行分析（見表1）。從數(shù)據(jù)看，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的故障現(xiàn)象一致，在環(huán)球港到新區(qū)公園區(qū)間，Mp2車在輪徑校準(zhǔn)前后4根軸輪徑值最大值和最小值的差值高于故障判斷邏輯閾值6mm，報(bào)出了輪徑差值高故障，即牽引輪徑異常故障。

（4）數(shù)據(jù)總結(jié)分析

根據(jù)數(shù)據(jù)分析得出，在環(huán)球港到新區(qū)公園區(qū)間，列車在彎道行駛區(qū)間持續(xù)保持51km/h和56km/h運(yùn)行，速度滿足大于30km/h且車輛處于惰行，激活了輪徑校準(zhǔn)功能。牽引系統(tǒng)根據(jù)前面自身接收到的信號(hào)進(jìn)行了判斷是符合輪徑校準(zhǔn)條件并觸發(fā)了輪徑校準(zhǔn)功能，但是牽引系統(tǒng)也正是在沒有彎道傳感器的情況下，根據(jù)這些信號(hào)也可判斷出列車是否在平直段運(yùn)行。T11車在該區(qū)間彎道曲線運(yùn)行時(shí)，牽引系統(tǒng)根據(jù)自身接收信號(hào)誤判電客車處于平直段運(yùn)行并進(jìn)行了輪徑校準(zhǔn)功能。

又由于列車在此區(qū)間過彎道時(shí)，外側(cè)轉(zhuǎn)速顯然是要大于內(nèi)側(cè)，軸速出現(xiàn)較大失真，與參考速度存在一定差值，此時(shí)輪徑就會(huì)不斷校準(zhǔn)，最終輸出的輪徑值經(jīng)過實(shí)時(shí)校準(zhǔn)累積得出，出現(xiàn)的失真也就越來越大。此外，T11車Mp2車由于前期運(yùn)營(yíng)輪軌關(guān)系磨合，已經(jīng)經(jīng)過鏇修作業(yè)，實(shí)際同車4根軸輪徑差值已按照作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在3.7-4mm之間。所以，T11車Mp2車由于本身存在的輪徑差與彎道產(chǎn)生的校準(zhǔn)誤差，使得經(jīng)過校準(zhǔn)后的輪徑值超過故障判斷的閥值，報(bào)出牽引輪徑異常故障。

四、解決措施

由于列車經(jīng)過彎道曲線時(shí)，其軸速出現(xiàn)較大失真，與參考速度存在一定差值，又由于列車運(yùn)行條件滿足輪徑校準(zhǔn)，輪徑值被不斷進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)累積，使得最終輸出輪徑值偏差越來越大。為減少在彎道產(chǎn)生的輪徑校準(zhǔn)誤差，對(duì)輪徑校準(zhǔn)邏輯中快速積分時(shí)間常數(shù)進(jìn)行修改，由原先11ms增加至1000ms，使得列車下行在經(jīng)過彎道曲線且滿足輪徑校準(zhǔn)條件時(shí)不立即進(jìn)行輪徑校準(zhǔn)激活，待四節(jié)動(dòng)車進(jìn)入平直段后再進(jìn)行，即規(guī)避彎道曲線導(dǎo)致的輪徑校準(zhǔn)失真。

T11車軟件經(jīng)過修改后進(jìn)行了3個(gè)月正線驗(yàn)證，輪徑差值在4.7mm，接近于實(shí)際測(cè)量值，小于故障閥值6mm，如圖7所示：

五、結(jié)束語

通過對(duì)車輛牽引控制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)營(yíng)路況下的數(shù)據(jù)分析和驗(yàn)證結(jié)果可以得知，列車經(jīng)過彎道曲線時(shí)會(huì)產(chǎn)生軸速失真，使得輪徑校準(zhǔn)誤差增大。通過對(duì)輪徑校準(zhǔn)功能激活指令參數(shù)的修改，使得輪徑校準(zhǔn)功能在平直段激活，減小輪徑校準(zhǔn)誤差，使校準(zhǔn)值更接近于實(shí)際測(cè)量值。

經(jīng)過三個(gè)多月的正線跟蹤，牽引輪徑校準(zhǔn)功能穩(wěn)定，未再出現(xiàn)牽引輪徑異常故障。