胡繼珍，楊 猛，張春雨，張婷婷

（IFE-威奧軌道車輛門系統(tǒng)（青島）有限公司 工程部，高級(jí)工程師，山東 青島 266108）

1 故障概況

運(yùn)營(yíng)在珠三角地區(qū)穗莞深城際鐵路上的CRH6A型城際動(dòng)車組［1］，有12列列車的客室門采用IFE公司的單扇塞拉門系統(tǒng)。2021年上半年共發(fā)生4起車門無(wú)法打開(kāi)的故障，其中一起故障造成晚點(diǎn)2分鐘，一起故障造成晚點(diǎn)7分鐘，對(duì)運(yùn)營(yíng)服務(wù)造成影響。列車回庫(kù)后檢查門控器記錄的故障代碼為1：電機(jī)線路破損故障。實(shí)際檢查電機(jī)的線路連接沒(méi)發(fā)現(xiàn)異常，門控器和電機(jī)部件經(jīng)檢測(cè)也無(wú)異常。

2 故障原因分析

2.1 電機(jī)線路破損故障的原理

塞拉門系統(tǒng)采用氣動(dòng)鎖閉機(jī)構(gòu)，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車門的打開(kāi)和關(guān)閉［2］。車門收到列車開(kāi)門信號(hào)后，首先解鎖鎖閉機(jī)構(gòu)，再通過(guò)電機(jī)將車門打開(kāi)。IFE車門系統(tǒng)的電機(jī)采用經(jīng)典的有刷電機(jī)，電機(jī)尾端配置一個(gè)編碼器，電機(jī)線路如圖1所示。電機(jī)通過(guò)插頭X14直接連接到電子門控器的插頭X2上，編碼器通過(guò)插頭X14直接連接到門控器的插頭X1上。

圖1 電機(jī)接線圖

車門系統(tǒng)定義電機(jī)線路破損故障的檢測(cè)邏輯為：車門打開(kāi)或關(guān)閉動(dòng)作過(guò)程中，門控器實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)回路的電流值，若電機(jī)電流值小于設(shè)定的閾值超過(guò)0.5s，則認(rèn)為電機(jī)線路破損，并報(bào)出故障代碼1。

電機(jī)線路破損故障通常跟電機(jī)插頭X14和門控器插頭X2有關(guān)。插頭松動(dòng)或插頭內(nèi)的插針接觸不良都有可能引起電機(jī)線路導(dǎo)通不良，導(dǎo)致電機(jī)線路破損故障發(fā)生。但在故障分析中，電機(jī)插頭X14和門控器插頭X2均安裝良好，插頭的插針無(wú)變形，不是引起電機(jī)線路破損故障的原因。

電機(jī)內(nèi)部碳刷跟換向器接觸不良，也可能導(dǎo)致電機(jī)回路導(dǎo)通不良。故障發(fā)生后從電機(jī)插頭X14處測(cè)量電機(jī)內(nèi)部阻值為5～11Ω，電阻較小，說(shuō)明碳刷和轉(zhuǎn)子接觸良好。電機(jī)拆解檢查碳刷和碳刷支架，工作狀態(tài)良好，沒(méi)有磨損過(guò)大或變形的現(xiàn)象。因此電機(jī)部件沒(méi)有問(wèn)題，不是引起電機(jī)線路破損故障、導(dǎo)致車門無(wú)法打開(kāi)的原因。

2.2 故障模擬

現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)故障后檢查車門功能正常，故障無(wú)法復(fù)現(xiàn)，且沒(méi)有發(fā)現(xiàn)線路破損電機(jī)損壞的現(xiàn)象。因此有必要進(jìn)一步調(diào)查故障發(fā)生的條件，以分析出故障原因。

調(diào)取車廂內(nèi)監(jiān)控視頻發(fā)現(xiàn)，4起故障發(fā)生時(shí)均為該車出庫(kù)后第一次操作集控開(kāi)門，且在故障發(fā)生的前一站，乘務(wù)人員均通過(guò)操作外緊急裝置的方式將車門打開(kāi)，乘務(wù)人員上車后手動(dòng)將車門關(guān)閉到鎖閉位置。經(jīng)確認(rèn)乘務(wù)人員通過(guò)操作緊急裝置開(kāi)門的原因是，該車正線運(yùn)營(yíng)之前，乘務(wù)人員需要打開(kāi)一個(gè)車門往車內(nèi)運(yùn)貨。通過(guò)分析可以確定，該故障跟車門被操作緊急打開(kāi)并手動(dòng)關(guān)閉到位有關(guān)聯(lián)。

根據(jù)《車門功能說(shuō)明書(shū)》在操作緊急裝置將車門打開(kāi)，然后手動(dòng)關(guān)閉到位后，電機(jī)會(huì)往關(guān)閉方向動(dòng)作一次，以確保車門關(guān)緊［3］。關(guān)閉過(guò)程的電機(jī)曲線如圖2所示，車門關(guān)閉到位后（車門開(kāi)度變?yōu)?）門控器給電機(jī)輸出約33V的電壓，持續(xù)時(shí)間約0.3s,電機(jī)線路關(guān)閉方向的電流約6A。

圖2 手動(dòng)關(guān)閉車門電機(jī)曲線

此后操作列車集控開(kāi)門按鈕，車門正常打開(kāi)。開(kāi)門過(guò)程的電機(jī)曲線如圖3所示，門控器輸出控制電壓，控制車門打開(kāi)，車門開(kāi)度由0逐漸打開(kāi)到100%位置。

圖3 集控開(kāi)門電機(jī)曲線

通過(guò)車門診斷軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控車門的電機(jī)曲線，在庫(kù)內(nèi)按照下述步驟實(shí)驗(yàn)：

a.操作緊急裝置打開(kāi)車門；b.手動(dòng)將車門關(guān)閉；c.操作集控開(kāi)門；d.操作集控關(guān)門。

由于該車門為塞拉門系統(tǒng)，手動(dòng)關(guān)閉車門時(shí)需要以適當(dāng)?shù)牧α繉④囬T拉到鎖閉位置。若力量太小則無(wú)法將車門拉到鎖閉位置；若力量太大，則門扇拉到鎖閉位置時(shí)，會(huì)因門板撞擊車體導(dǎo)致門板被彈開(kāi)一條縫，而無(wú)法關(guān)到鎖閉位置。按照上述步驟反復(fù)實(shí)驗(yàn)，最終復(fù)現(xiàn)了該故障，故障發(fā)生時(shí)的電機(jī)曲線如圖4所示，在手動(dòng)將車門關(guān)到鎖閉位置之前，門控器沒(méi)有輸出控制電壓，但電機(jī)回路上產(chǎn)生了電流（電流值＜1A）。此后將車門關(guān)閉到位后門控器輸出控制電壓嘗試關(guān)緊車門，但電機(jī)回路上卻沒(méi)有產(chǎn)生電流。

圖4 手動(dòng)關(guān)門電機(jī)曲線

此后操作集控開(kāi)門命令，門控器輸出電壓以驅(qū)動(dòng)車門打開(kāi)，但車門電機(jī)回路無(wú)電流，車門保持在關(guān)閉位置無(wú)法打開(kāi)（如圖5）。故障現(xiàn)象與正線故障完全一致。

圖5 集控開(kāi)門命令無(wú)法開(kāi)門時(shí)的電機(jī)曲線

2.3 故障原因分析

由上述模擬可知，手動(dòng)將車門關(guān)閉過(guò)程中，電機(jī)回路上檢測(cè)到電流；此后操作集控開(kāi)門時(shí)門控器控制電機(jī)開(kāi)門但電機(jī)回路上沒(méi)有產(chǎn)生電流，導(dǎo)致車門無(wú)法打開(kāi)。該故障不是由電機(jī)線路和插頭引起的，也不是電機(jī)引起的，需要進(jìn)一步分析門控器內(nèi)部的控制回路。

門控器內(nèi)部電機(jī)控制回路功能框圖如圖6所示［4］。電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)分別通過(guò)H橋驅(qū)動(dòng)器控制H橋電路切換實(shí)現(xiàn)。電機(jī)控制電路中有溫度傳感器和電壓傳感器，用于電機(jī)電路的過(guò)熱保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)。車門打開(kāi)時(shí)，微控器輸出Motor Enable信號(hào)，H橋驅(qū)動(dòng)器切換為Open回路導(dǎo)通；車門關(guān)閉時(shí)，微控器輸出Motor Enable信號(hào)，H橋驅(qū)動(dòng)器切換為Close回路導(dǎo)通。Umot_Sense為電機(jī)回路上的電壓測(cè)量值，過(guò)壓狀態(tài)下RS觸發(fā)器輸入端S=1,R=0，輸出端（Overvoltage shutdown）Q=1。Motor Enable信號(hào)和過(guò)壓信號(hào)（Overvoltage shutdown）和過(guò)熱信號(hào)（Overtemperature shutdown）通過(guò)與門芯片控制H橋驅(qū)動(dòng)器，過(guò)壓信號(hào)（Overvoltage shutdown）激活的情況下，與門芯片輸出為0，H橋驅(qū)動(dòng)器切斷Open∕Close電路，此時(shí)無(wú)法驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。Umot_Sense電壓恢復(fù)正常后，微控器可通過(guò)輸出復(fù)位過(guò)壓信號(hào)（Reset Overvoltage shutdown），使RS觸發(fā)器的輸出Q過(guò)壓狀態(tài)信號(hào)（Overvoltage shutdown）置0，從而使與門芯片控制H橋電路恢復(fù)導(dǎo)通。

圖6 門控器內(nèi)部電機(jī)控制回路功能框圖

由于電機(jī)是感性負(fù)載，在用手將車門拉到關(guān)閉位置的過(guò)程中，電機(jī)回路上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。圖4中手動(dòng)關(guān)門過(guò)程中的檢測(cè)到的電流即是感應(yīng)電壓產(chǎn)生的。手動(dòng)關(guān)門過(guò)程中微控器輸出控制電壓為0V，而電機(jī)回路中檢測(cè)到比較大的電壓，電機(jī)電路被H橋驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)切斷。因此車門收到集控開(kāi)門命令時(shí)，微控器雖然輸出電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，但電機(jī)回路上的電流為0，車門無(wú)法打開(kāi)，并報(bào)出電機(jī)回路破損故障。

3 改進(jìn)方案及驗(yàn)證

通過(guò)以上分析可知，車門無(wú)法打開(kāi)的原因是用手拉動(dòng)車門關(guān)閉過(guò)程中，電機(jī)回路產(chǎn)生感應(yīng)電壓，門控器內(nèi)部檢測(cè)到過(guò)壓信號(hào)后切斷了電機(jī)電路，此后的開(kāi)門過(guò)程中因電機(jī)回路斷開(kāi)，導(dǎo)致車門無(wú)法打開(kāi)。

根據(jù)上述分析，在電機(jī)回路電壓測(cè)量值Umot_Sense正常的情況下，可通過(guò)復(fù)位過(guò)壓信號(hào)（Reset Overvoltage shutdown）使H橋驅(qū)動(dòng)器電機(jī)電路恢復(fù)導(dǎo)通。復(fù)位過(guò)壓信號(hào)（Reset Overvoltage shutdown）由門控器軟件控制，可優(yōu)化控制器軟件控制邏輯，在車門電機(jī)往開(kāi)門方向或關(guān)門方向動(dòng)作之前，微控器首先輸出一次復(fù)位過(guò)壓信號(hào)（Reset Overvoltage shutdown），使輸出端處于激活狀態(tài)的RS觸發(fā)器被復(fù)位，從而使H橋電機(jī)電路閉合。此后再操作開(kāi)門信號(hào)，車門即可正常打開(kāi)。

按照該邏輯升級(jí)門控器軟件，以2.2節(jié)同樣的實(shí)驗(yàn)步驟，在庫(kù)內(nèi)反復(fù)驗(yàn)證超過(guò)100次，故障現(xiàn)象沒(méi)再出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明上述分析是正確的。

2021年6月份將新軟件刷新到列車上運(yùn)行，截至2021年11月底，該故障沒(méi)再出現(xiàn)過(guò)，表明采取的優(yōu)化措施合理、有效。

4 結(jié)束語(yǔ)

車門無(wú)法打開(kāi)故障是一種非常規(guī)故障，通過(guò)線路檢測(cè)無(wú)法找到故障原因，因此從門控器內(nèi)部的控制原理著手，全面分析了電機(jī)回路的控制回路和過(guò)壓保護(hù)原理，優(yōu)化控制邏輯，采取車門電機(jī)動(dòng)作前復(fù)位過(guò)壓保護(hù)信號(hào)，消除因電機(jī)感應(yīng)電壓導(dǎo)致的過(guò)壓保護(hù)，保證電機(jī)回路復(fù)位導(dǎo)通，從而使車門能正常打開(kāi)。經(jīng)實(shí)踐證明，確認(rèn)該故障徹底消除，保障了車輛的安全運(yùn)營(yíng)。