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，高級工程師，山東 青島 266108）

1 故障概況

運營在珠三角地區(qū)穗莞深城際鐵路上的CRH6A型城際動車組［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起車門無法打開的故障，其中一起故障造成晚點2分鐘，一起故障造成晚點7分鐘，對運營服務(wù)造成影響。列車回庫后檢查門控器記錄的故障代碼為1：電機線路破損故障。實際檢查電機的線路連接沒發(fā)現(xiàn)異常，門控器和電機部件經(jīng)檢測也無異常。

2 故障原因分析

2.1 電機線路破損故障的原理

塞拉門系統(tǒng)采用氣動鎖閉機構(gòu)，通過電機驅(qū)動車門的打開和關(guān)閉［2］。車門收到列車開門信號后，首先解鎖鎖閉機構(gòu)，再通過電機將車門打開。IFE車門系統(tǒng)的電機采用經(jīng)典的有刷電機，電機尾端配置一個編碼器，電機線路如圖1所示。電機通過插頭X14直接連接到電子門控器的插頭X2上，編碼器通過插頭X14直接連接到門控器的插頭X1上。

圖1 電機接線圖

車門系統(tǒng)定義電機線路破損故障的檢測邏輯為：車門打開或關(guān)閉動作過程中，門控器實時檢測電機回路的電流值，若電機電流值小于設(shè)定的閾值超過0.5s，則認為電機線路破損，并報出故障代碼1。

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

電機內(nèi)部碳刷跟換向器接觸不良，也可能導(dǎo)致電機回路導(dǎo)通不良。故障發(fā)生后從電機插頭X14處測量電機內(nèi)部阻值為5～11Ω，電阻較小，說明碳刷和轉(zhuǎn)子接觸良好。電機拆解檢查碳刷和碳刷支架，工作狀態(tài)良好，沒有磨損過大或變形的現(xiàn)象。因此電機部件沒有問題，不是引起電機線路破損故障、導(dǎo)致車門無法打開的原因。

2.2 故障模擬

現(xiàn)場出現(xiàn)故障后檢查車門功能正常，故障無法復(fù)現(xiàn)，且沒有發(fā)現(xiàn)線路破損電機損壞的現(xiàn)象。因此有必要進一步調(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)生時均為該車出庫后第一次操作集控開門，且在故障發(fā)生的前一站，乘務(wù)人員均通過操作外緊急裝置的方式將車門打開，乘務(wù)人員上車后手動將車門關(guān)閉到鎖閉位置。經(jīng)確認乘務(wù)人員通過操作緊急裝置開門的原因是，該車正線運營之前，乘務(wù)人員需要打開一個車門往車內(nèi)運貨。通過分析可以確定，該故障跟車門被操作緊急打開并手動關(guān)閉到位有關(guān)聯(lián)。

根據(jù)《車門功能說明書》在操作緊急裝置將車門打開，然后手動關(guān)閉到位后，電機會往關(guān)閉方向動作一次，以確保車門關(guān)緊［3］。關(guān)閉過程的電機曲線如圖2所示，車門關(guān)閉到位后（車門開度變?yōu)?）門控器給電機輸出約33V的電壓，持續(xù)時間約0.3s,電機線路關(guān)閉方向的電流約6A。

圖2 手動關(guān)閉車門電機曲線

此后操作列車集控開門按鈕，車門正常打開。開門過程的電機曲線如圖3所示，門控器輸出控制電壓，控制車門打開，車門開度由0逐漸打開到100%位置。

圖3 集控開門電機曲線

通過車門診斷軟件實時監(jiān)控車門的電機曲線，在庫內(nèi)按照下述步驟實驗：

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

由于該車門為塞拉門系統(tǒng)，手動關(guān)閉車門時需要以適當(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，會因門板撞擊車體導(dǎo)致門板被彈開一條縫，而無法關(guān)到鎖閉位置。按照上述步驟反復(fù)實驗，最終復(fù)現(xiàn)了該故障，故障發(fā)生時的電機曲線如圖4所示，在手動將車門關(guān)到鎖閉位置之前，門控器沒有輸出控制電壓，但電機回路上產(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，但電機回路上卻沒有產(chǎn)生電流。

圖4 手動關(guān)門電機曲線

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

圖5 集控開門命令無法開門時的電機曲線

2.3 故障原因分析

由上述模擬可知，手動將車門關(guān)閉過程中，電機回路上檢測到電流；此后操作集控開門時門控器控制電機開門但電機回路上沒有產(chǎn)生電流，導(dǎo)致車門無法打開。該故障不是由電機線路和插頭引起的，也不是電機引起的，需要進一步分析門控器內(nèi)部的控制回路。

門控器內(nèi)部電機控制回路功能框圖如圖6所示［4］。電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)分別通過H橋驅(qū)動器控制H橋電路切換實現(xiàn)。電機控制電路中有溫度傳感器和電壓傳感器，用于電機電路的過熱保護和過壓保護。車門打開時，微控器輸出Motor Enable信號，H橋驅(qū)動器切換為Open回路導(dǎo)通；車門關(guān)閉時，微控器輸出Motor Enable信號，H橋驅(qū)動器切換為Close回路導(dǎo)通。Umot_Sense為電機回路上的電壓測量值，過壓狀態(tài)下RS觸發(fā)器輸入端S=1,R=0，輸出端（Overvoltage shutdown）Q=1。Motor Enable信號和過壓信號（Overvoltage shutdown）和過熱信號（Overtemperature shutdown）通過與門芯片控制H橋驅(qū)動器，過壓信號（Overvoltage shutdown）激活的情況下，與門芯片輸出為0，H橋驅(qū)動器切斷Open∕Close電路，此時無法驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。Umot_Sense電壓恢復(fù)正常后，微控器可通過輸出復(fù)位過壓信號（Reset Overvoltage shutdown），使RS觸發(fā)器的輸出Q過壓狀態(tài)信號（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)部電機控制回路功能框圖

由于電機是感性負載，在用手將車門拉到關(guān)閉位置的過程中，電機回路上會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。圖4中手動關(guān)門過程中的檢測到的電流即是感應(yīng)電壓產(chǎn)生的。手動關(guān)門過程中微控器輸出控制電壓為0V，而電機回路中檢測到比較大的電壓，電機電路被H橋驅(qū)動器自動切斷。因此車門收到集控開門命令時，微控器雖然輸出電壓驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，但電機回路上的電流為0，車門無法打開，并報出電機回路破損故障。

3 改進方案及驗證

通過以上分析可知，車門無法打開的原因是用手拉動車門關(guān)閉過程中，電機回路產(chǎn)生感應(yīng)電壓，門控器內(nèi)部檢測到過壓信號后切斷了電機電路，此后的開門過程中因電機回路斷開，導(dǎo)致車門無法打開。

根據(jù)上述分析，在電機回路電壓測量值Umot_Sense正常的情況下，可通過復(fù)位過壓信號（Reset Overvoltage shutdown）使H橋驅(qū)動器電機電路恢復(fù)導(dǎo)通。復(fù)位過壓信號（Reset Overvoltage shutdown）由門控器軟件控制，可優(yōu)化控制器軟件控制邏輯，在車門電機往開門方向或關(guān)門方向動作之前，微控器首先輸出一次復(fù)位過壓信號（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橋電機電路閉合。此后再操作開門信號，車門即可正常打開。

按照該邏輯升級門控器軟件，以2.2節(jié)同樣的實驗步驟，在庫內(nèi)反復(fù)驗證超過100次，故障現(xiàn)象沒再出現(xiàn)。實驗結(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行，截至2021年11月底，該故障沒再出現(xiàn)過，表明采取的優(yōu)化措施合理、有效。

4 結(jié)束語

車門無法打開故障是一種非常規(guī)故障，通過線路檢測無法找到故障原因，因此從門控器內(nèi)部的控制原理著手，全面分析了電機回路的控制回路和過壓保護原理，優(yōu)化控制邏輯，采取車門電機動作前復(fù)位過壓保護信號，消除因電機感應(yīng)電壓導(dǎo)致的過壓保護，保證電機回路復(fù)位導(dǎo)通，從而使車門能正常打開。經(jīng)實踐證明，確認該故障徹底消除，保障了車輛的安全運營。