馬云鵬，賀廣宇，羅飛豹，牛 勤，吉志軍

（1. 中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100081；2.北京華鐵信息技術(shù)有限公司，北京 100081）

在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)用過程中，200C型車載設(shè)備掉碼的情況可由多種原因?qū)е?，本文從ATP軟件處理邏輯層面，對(duì)運(yùn)用過程中出現(xiàn)的掉碼故障進(jìn)行分析總結(jié)，研究不同場(chǎng)景下的故障分析方法和解決思路，為列控車載設(shè)備故障分析和電務(wù)人員維護(hù)管理提供優(yōu)化方案，提高設(shè)備運(yùn)用維護(hù)質(zhì)量。本文研究列控車載設(shè)備處理邏輯層面上的掉碼故障案例，不包括因軌道電路讀取單元（TCR）譯碼失敗等外部因素影響的掉碼情況。

1 機(jī)車信號(hào)掉碼分析

隨著車載機(jī)車信號(hào)成為主體信號(hào)，高速動(dòng)車組列車通過ATP車載設(shè)備生成的動(dòng)態(tài)速度曲線來實(shí)現(xiàn)安全控車。機(jī)車信號(hào)對(duì)于監(jiān)控曲線的生成具有很大影響，根據(jù)《機(jī)車信號(hào)信息定義及分配》（TB/T 3060-2016）文中的規(guī)定，在CTCS-2/CTCS-3級(jí)（簡(jiǎn)稱C2/C3）區(qū)段下，機(jī)車信號(hào)與列車前方空閑閉塞分區(qū)數(shù)量有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系[1]。落實(shí)到車載設(shè)備的軟件具體實(shí)現(xiàn)中，在不同控車模式下對(duì)機(jī)車信號(hào)的處理也給予了更加細(xì)致的設(shè)計(jì)。

車載設(shè)備收到非預(yù)期信號(hào)掉碼的原因分為兩種：一類是地面設(shè)備本身原因?qū)е?，隨著電碼化技術(shù)的廣泛推進(jìn)，因軌道電路本身發(fā)碼導(dǎo)致的掉碼已不常見；另一類是地面特殊設(shè)計(jì)與車載處理邏輯不適應(yīng)導(dǎo)致的，由于車載設(shè)備處理異常導(dǎo)致的掉碼故障。

掉碼情況通常是在本應(yīng)正常解碼的區(qū)段，車載DMI界面顯示白燈。ATP可根據(jù)運(yùn)行模式和運(yùn)行場(chǎng)景控制軌道電路信息接收單元進(jìn)行鎖頻及載頻切換。上電啟動(dòng)后，司機(jī)通過DMI手動(dòng)選擇和切換上/下行載頻，此時(shí)主控單元根據(jù)司機(jī)的選擇控制軌道電路信息接收單元進(jìn)行上/下行載頻鎖定。主控單元工作在FS模式下，根據(jù)應(yīng)答器描述的地面軌道電路載頻信息控制軌道電路信息接收單元根據(jù)應(yīng)答器信息鎖定上/下行載頻。同時(shí)對(duì)軌道電路信息接收單元接收到的軌道電路信息進(jìn)行載頻核對(duì)，若軌道電路信息接收單元接收到的軌道電路載頻與應(yīng)答器描述的載頻不一致，系統(tǒng)將采取安全措施。列控車載設(shè)備處理機(jī)車信號(hào)的數(shù)據(jù)流程如圖1所示。

圖1 列控車載設(shè)備處理機(jī)車信號(hào)的數(shù)據(jù)流程Fig.1 Data flow of cab signal processing of onboard train control equipment

2 車載設(shè)備的異常處理

2.1 在較短的軌道區(qū)段內(nèi)連續(xù)處理兩次載頻切換

吳忠站既與銀中高鐵接軌，又與西銀客專正線接軌。由銀川經(jīng)吳忠至中衛(wèi)南方向?yàn)橄滦蟹较颍摄y川經(jīng)吳忠至西安方向?yàn)樯闲蟹较?，因此西銀客專接/發(fā)列車需在吳忠站進(jìn)行上/下行行別轉(zhuǎn)換。正常接/發(fā)列車進(jìn)路存在一次上/下行載頻切換，但1G～VIG向SF口西安北方面接/發(fā)列車進(jìn)路中，存在短時(shí)間內(nèi)兩次上/下行載頻切換的特殊場(chǎng)景。車站開放的進(jìn)路如圖2所示。

圖2 列車進(jìn)路示意Fig.2 Train route

2020年11月21日，蘭州局配屬裝備CTCS-200C車載設(shè)備的CRH5G型動(dòng)車組，吳忠站發(fā)車后在K542+591～K542+567位置，列車C2完全監(jiān)控模式下以70 km/h左右的速度執(zhí)行跨線作業(yè)時(shí)，機(jī)車信號(hào)顯示L5的情況下，短時(shí)掉碼觸發(fā)最大常用制動(dòng)，大約2 s后正常收碼，隨后自動(dòng)緩解制動(dòng)。列車在側(cè)線股道發(fā)車后，車載設(shè)備根據(jù)出站應(yīng)答器組中的[CTCS-1]包描述前方軌道區(qū)段載頻分別為2 000 Hz、2 300 Hz和2 000 Hz，長度分別為129 m、177 m和745 m。列車觸發(fā)制動(dòng)故障位置在2 300 Hz的軌道區(qū)段。

車載設(shè)備會(huì)周期性的根據(jù)列車當(dāng)前位置和應(yīng)答器組中的[CTCS-1]包軌道區(qū)段信息來更新鎖頻命令和列車所在當(dāng)前軌道區(qū)段，其中鎖頻命令被發(fā)送至軌道電路接收單元，TCR根據(jù)鎖頻命令鎖定上行（2 000 Hz/ 2 600 Hz）或下行（1 700 Hz/ 2 300 Hz）載頻解析軌道電路信號(hào)。

ATP發(fā)送鎖頻命令的更新邏輯：ATP根據(jù)當(dāng)前軌道區(qū)段載頻發(fā)送鎖頻命令，或當(dāng)列車最小安全前端越過當(dāng)前軌道區(qū)段終點(diǎn)時(shí)，根據(jù)下一個(gè)軌道區(qū)段載頻發(fā)送鎖頻命令[2]。

ATP更新列車所在當(dāng)前軌道區(qū)段邏輯如下。

滿足以下兩個(gè)邏輯之一即判定進(jìn)入下一個(gè)軌道區(qū)段：

1）邏輯1：當(dāng)列車最小安全前端越過當(dāng)前軌道區(qū)段終點(diǎn)＋50 m時(shí)，列車所在當(dāng)前軌道區(qū)段更新為下一個(gè)軌道區(qū)段；

2）邏輯2：當(dāng)ATP接收到下一個(gè)軌道區(qū)段載頻并且下一個(gè)軌道區(qū)段進(jìn)入更新窗口，列車所在當(dāng)前軌道區(qū)段更新為下一個(gè)軌道區(qū)段。

而判定下一個(gè)軌道區(qū)段進(jìn)入更新窗口需同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件：

己酉，上謂宰相曰：“聞朝臣中有交結(jié)朋黨、互扇虛譽(yù)，速求進(jìn)用者。人之善否，朝廷具悉，但患行己不至耳。浮薄之風(fēng)，誠不可長?！蹦嗣翟t申警，御史臺(tái)糾察之。［1］930

1）軌道區(qū)段更新窗口最大值和最小值至少一個(gè)大于軌道電路起點(diǎn)；

2）軌道區(qū)段更新窗口最大值和最小值至少一個(gè)小于軌道電路終點(diǎn)。

軌道區(qū)段更新窗口最小值取值為：列車位置－最小測(cè)距誤差－軌道電路傳感器天線到車頭距離－100 m。

軌道區(qū)段更新窗口最大值取值為：列車位置＋最大測(cè)距誤差－軌道電路傳感器天線到車頭距離＋100 m。

如圖3所示，通過分析車載設(shè)備控車數(shù)據(jù)信息包，可發(fā)現(xiàn)以下情況。

15:32:15，當(dāng)ATP處于36 746 605周期時(shí)，判斷出列車最小安全前端位置大于2 300 Hz軌道區(qū)段起點(diǎn)，滿足鎖頻命令更新邏輯，ATP向TCR發(fā)送的鎖頻命令由上行切換為下行，如圖4（a）所示。

圖4 軌道區(qū)段窗口判斷過程Fig.4 Judgmental process on track section window

在15:32:17，當(dāng)ATP周期為36 746 621時(shí)，列車最小安全前端進(jìn)入2 300 Hz軌道區(qū)段＋50 m，滿足前文提到的列車所在當(dāng)前軌道區(qū)段更新邏輯1，可安全確定出列車已進(jìn)入到177 m的2 300 Hz區(qū)段，但是當(dāng)前接收的載頻尚未更新，仍保持在2 000 Hz，如圖4（ b）所示。

由于列車正處于177 m的2 300 Hz軌道區(qū)段，軌道電路接收單元收到的載頻命令為上行，但收到的軌道電路信號(hào)載頻為2 300 Hz，導(dǎo)致列車觸發(fā)掉碼制動(dòng)。

綜上所述，此次掉碼制動(dòng)的原因是200C車載邏輯和過短的177 m連續(xù)上、下行切換的軌道區(qū)段設(shè)置不匹配造成的。軌道區(qū)段的更新窗口相對(duì)于較短的軌道區(qū)段來說，顯得偏大，致使更新窗口已經(jīng)越過了短軌道區(qū)段，ATP判斷列車已然進(jìn)入745 m的下一軌道區(qū)段，造成車載設(shè)備錯(cuò)誤發(fā)送載頻鎖定信息，導(dǎo)致列車在完全模式下觸發(fā)無碼制動(dòng)。

改進(jìn)措施：現(xiàn)場(chǎng)最便捷的處理措施是讓列車以較低速度通過177 m軌道區(qū)段，能夠使列車位置不進(jìn)入軌道區(qū)段更新邏輯2中的更新窗口內(nèi)，確保177 m內(nèi)收到2 300 Hz解碼信息，避免此類故障發(fā)生。

長期且有效的解決方法可分兩種：一方面，在上/下行載頻需要進(jìn)行切換的區(qū)段較少使用短軌道區(qū)段，軌道電路長度的設(shè)置不應(yīng)僅僅考慮設(shè)計(jì)規(guī)范中符合要求的最小長度，還需要保證現(xiàn)場(chǎng)的適用性，尤其在具備特殊場(chǎng)景作業(yè)的車站。另一方面，軌道區(qū)段更新窗口計(jì)算公式中的100 m偏移量不在使用固定數(shù)值的誤差值計(jì)算，根據(jù)軌道區(qū)段長度調(diào)整更新窗口，解決車載邏輯與連續(xù)上/下行切換的地面軌道區(qū)段設(shè)置不匹配觸發(fā)掉碼制動(dòng)的問題。

2.2 低速跨線運(yùn)行時(shí)載頻切換條件的判斷不夠嚴(yán)苛

2019年7月21日，廣州局配屬裝備CTCS-200C車載設(shè)備的CRH1A-A型動(dòng)車組，在車站排列列車進(jìn)路的出站信號(hào)后，列車C2完全模式下在岔區(qū)機(jī)車信號(hào)由HU碼變?yōu)镠碼，車載設(shè)備轉(zhuǎn)入冒進(jìn)模式，觸發(fā)緊急制動(dòng)停車。

車載數(shù)據(jù)分析軟件中的控車數(shù)據(jù)包如圖5所示，在ATP周期為6 902 295時(shí)，列車當(dāng)前位置為1 072 m，列車根據(jù)出站應(yīng)答器組中的[CTCS-1]軌道信息包描述可知，1 700 Hz軌道區(qū)段的起點(diǎn)位置為1 055 m，終點(diǎn)位置為1 165 m。列車速度按照10.5 km/h計(jì)算，列車將會(huì)在周期6 902 508越過本區(qū)段終點(diǎn)，駛?cè)? 000 Hz區(qū)段。

軌道電路解碼數(shù)據(jù)如圖6所示，在21:59:47時(shí)，機(jī)車信號(hào)接收天線已經(jīng)感應(yīng)到2 000 Hz載頻信息，此時(shí)載頻命令仍為下行，在21:59:49時(shí)，鎖定載頻命令切換為上行，在21:59:51軌道電路譯碼單元解譯輸出2 000 Hz載頻的信息。整個(gè)過程為4 s左右。掉碼原因?yàn)樯?下行載頻變換過程中，列車低速過絕緣節(jié)處，采集到的信號(hào)波形不符合譯碼要求，出現(xiàn)短暫掉碼現(xiàn)象[3-4]。

為了優(yōu)化列車低速跨線運(yùn)行可能存在的掉碼問題，根據(jù)既有邏輯對(duì)此類特殊場(chǎng)景下的不適應(yīng)性，提出載頻切換的優(yōu)化方案。

允許載頻切換的既有邏輯：當(dāng)存在下一個(gè)軌道區(qū)段并且列車最小安全車頭位于本軌道區(qū)段終點(diǎn)至終點(diǎn)加50 m范圍內(nèi)，允許載頻為下一個(gè)軌道區(qū)段載頻；否則允許載頻為本軌道區(qū)段載頻。

允許載頻切換的優(yōu)化方案：當(dāng)存在跨線運(yùn)行時(shí)，滿足列車速度低于20 km/h且存在下一個(gè)軌道區(qū)段并且列車位置大于或等于本軌道區(qū)段終點(diǎn)并且列車最小安全車頭不大于本軌道區(qū)段終點(diǎn)＋50 m，允許載頻為下一個(gè)軌道區(qū)段載頻；其他情況處理邏輯維持不變。

優(yōu)化方案中增加了對(duì)于列車低速條件的判斷，以及列車位置是否已經(jīng)越過本軌道區(qū)段終點(diǎn)的判斷。相較于之前的處理邏輯來說，對(duì)于列車在完全模式低速跨線運(yùn)行場(chǎng)景下，軌道區(qū)段分界的判斷能做到更加準(zhǔn)確，可有效避免此類場(chǎng)景下的掉碼制動(dòng)故障。目前全路設(shè)備已完成軟件升級(jí)。

2.3 預(yù)期無碼區(qū)段的掉碼制動(dòng)

2022年2月22日，昆明局配屬裝備CTCS-200C車載設(shè)備的CRH2A型動(dòng)車組，在昆明南動(dòng)車所入所作業(yè)時(shí)，列車C2完全模式下在預(yù)期無碼區(qū)段，車載設(shè)備轉(zhuǎn)入冒進(jìn)模式，觸發(fā)緊急制動(dòng)停車[5-6]。

列車以C2完全模式在昆明南動(dòng)車所進(jìn)行入所作業(yè)過程中，根據(jù)接收到的應(yīng)答器組信息中的[CTCS-1]包描述前方軌道區(qū)段載頻分別為2 300 Hz、0 000 Hz和2 000 Hz，長度分別為682 m、1 025 m和812 m。列車在0 000 Hz區(qū)段出現(xiàn)掉碼制動(dòng)現(xiàn)象，如圖7所示。

ATP主機(jī)每周期150 ms運(yùn)行一次主程序，每周期均會(huì)計(jì)算最小車頭位置和判斷無碼超時(shí)邏輯。在18:42:31，列車接收到應(yīng)答器組信息，更新軌道區(qū)段，默認(rèn)軌道區(qū)段為連續(xù)首尾相接，所以將本應(yīng)答器的起點(diǎn)5 971 m寫入本區(qū)段終點(diǎn)7 806 m，導(dǎo)致列車當(dāng)前區(qū)段如圖8所示。此時(shí)定義軌道長度為0，而ATP計(jì)算允許速度是以閉塞分區(qū)終點(diǎn)7 808 m作為授權(quán)終點(diǎn)來倒推模式曲線，非UUS后的無碼計(jì)算定義軌道長度為0，這種無碼情況下不更新模式曲線，對(duì)列車允許速度無變化。

圖8 軌道電路信息描述Fig.8 Description information of track circuit

在18:42:39時(shí)，列車位置6 038 m，最小誤差為90 m，列車最小車頭位置為6 038 m－90 m＝5 948 m，需滿足列車最小車頭位置越過軌道區(qū)段終點(diǎn)50 m才更新下一軌道區(qū)段信息，列車在無碼區(qū)段不觸發(fā)制動(dòng)的條件為：列車位于本區(qū)段起點(diǎn)和終點(diǎn)＋50 m范圍內(nèi)，即5 971～6 021 m范圍內(nèi)。此時(shí)列車位置6 038 m已超出當(dāng)前判定范圍，觸發(fā)無碼超時(shí)制動(dòng)。

發(fā)生上述故障的原因是由于測(cè)速測(cè)距誤差較大導(dǎo)致軌道區(qū)段更新出現(xiàn)異常，觸發(fā)無碼超時(shí)制動(dòng)。針對(duì)此類問題的解決方法：一方面優(yōu)化測(cè)速測(cè)距模塊的測(cè)速精度；另一方面是提升軟件的魯棒性，在測(cè)速測(cè)距單元傳輸來的數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯異常的前提下，適當(dāng)調(diào)整軌道區(qū)段更新參數(shù)，增加對(duì)此類特殊場(chǎng)景下的邏輯判定條件，對(duì)實(shí)際控制列車運(yùn)行更具適用性[7]。

3 結(jié)束語

本文主要針對(duì)列車在C2等級(jí)完全模式下的掉碼進(jìn)行分析，重點(diǎn)討論了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用過程中出現(xiàn)的車載設(shè)備軟件處理邏輯與地面數(shù)據(jù)不匹配的故障場(chǎng)景。通過優(yōu)化軌道區(qū)段更新窗口解決車載邏輯與連續(xù)上/下行切換的地面軌道區(qū)段設(shè)置不匹配觸發(fā)掉碼制動(dòng)的問題。優(yōu)化允許載頻切換邏輯解決列車低速跨線運(yùn)行出現(xiàn)的掉碼問題[8]。由于測(cè)速測(cè)距誤差方面導(dǎo)致軌道區(qū)段更新出現(xiàn)異常觸發(fā)無碼超時(shí)制動(dòng)的情況，通過優(yōu)化測(cè)速測(cè)距模塊的測(cè)速精度和適當(dāng)調(diào)整參數(shù)解決現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用問題[9]。