“復(fù)興號”17輛編組動車組列車總線網(wǎng)段擴(kuò)展的設(shè)計(jì)研究

王中堯，王 超，劉國梁

（1.中車長春軌道客車股份有限公司 國家工程技術(shù)中心，長春 130000；2.大連交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，大連 116033）

近年來，我國動車組列車發(fā)展迅速，取得了舉世矚目的成績，行駛速度不斷刷新世界記錄。隨著《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》的頒布，我國高速鐵路的總里程將達(dá)到4 萬 km，彰顯出高速鐵路在我國基礎(chǔ)交通設(shè)施中的重要地位。隨著民眾生活水平的不斷改進(jìn)，出行方式也愈加多樣化，加快了我國高速鐵路的發(fā)展進(jìn)程。高速鐵路憑借其速度快、服務(wù)好、安全舒適等優(yōu)勢深受民眾青睞。國內(nèi)鐵路客運(yùn)量持續(xù)提升，應(yīng)此需求，我國于2019 年將“復(fù)興號”17 輛編組投入商業(yè)化運(yùn)營。列車總長達(dá)440 m，最大可承載乘客數(shù)達(dá)1 283 人次。從我國傳統(tǒng)電力動車組到當(dāng)前正在商業(yè)運(yùn)營的“復(fù)興號”動車組，基本都采用8 輛或16 輛編組設(shè)計(jì)[1]。使用多功能車輛總線（MVB，Multifunction Vehicle Bus）[2]與絞線式列車總線（WTB，Wire Train Bus）[3]組成通信網(wǎng)絡(luò)。本文研究“復(fù)興號”17 輛編組動車組列車總線網(wǎng)段的擴(kuò)展方案，并測試“復(fù)興號”17 輛編組動車組列車的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)MVB 及WTB 通信質(zhì)量。

1 17 編組網(wǎng)段擴(kuò)展設(shè)計(jì)方案

1.1 MVB 網(wǎng)段擴(kuò)展測試設(shè)計(jì)方案

目前，“復(fù)興號”16 輛編組動車組每4 輛車為1 個牽引單元[4]，本文在第1 個牽引單元內(nèi)增加1 輛車的線路及設(shè)備，驗(yàn)證MVB 通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量[5]和信號傳輸狀況，并測試5 輛車編組構(gòu)成的MVB 牽引單元網(wǎng)段實(shí)現(xiàn)的可能性。牽引單元網(wǎng)段擴(kuò)展前后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1、圖2 所示。

圖1 4 輛車編組牽引單元網(wǎng)段MVB 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖2 5 輛車編組牽引單元網(wǎng)段MVB 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

MVB 網(wǎng)段擴(kuò)展具體方案為：

（1）以1～4 車牽引單元作為測試單元，在3 車和4 車間橋接一輛車輛總線（含設(shè)備）作為擴(kuò)充網(wǎng)段；

（2）把原5 車的中繼器（REP）接入到3 車和4 車之間，原4 車網(wǎng)段變更為5 車網(wǎng)段，新接入的網(wǎng)段為4 車網(wǎng)段；

（3）新的4 車網(wǎng)段需要掛載相應(yīng)設(shè)備來模擬真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為保證設(shè)備地址不發(fā)生沖突，對部分設(shè)備進(jìn)行斷電處理。新接入設(shè)備包括制動控制單元、牽引控制單元和軸溫報(bào)警裝置；

（4）通電后，完成所有系統(tǒng)設(shè)備初始化，把分析設(shè)備接入1 車駕駛室等位置，進(jìn)行MVB 網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量測試；

（5）由于MVB 網(wǎng)段設(shè)計(jì)線路冗余，單線模式中并未出現(xiàn)幀丟失、錯誤幀等情況。

1.2 WTB 網(wǎng)段擴(kuò)展測試設(shè)計(jì)方案

把當(dāng)前“復(fù)興號”16 輛編組動車組列車總線長度加長60 m，同時監(jiān)測列車總線信號傳輸狀況；在此基礎(chǔ)上，測試拓展后的“復(fù)興號”17 輛編組動車組列車總線的通信網(wǎng)絡(luò)情況與信號減弱過程。WTB網(wǎng)段擴(kuò)展拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖3 所示。

WTB 網(wǎng)段擴(kuò)展具體方案為：

（1）在1 車WTB 節(jié)點(diǎn)處外接約60 m 長的WTB，并按原接口接入1 車網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)（1CCU2-GW）；

（2）在1 車網(wǎng)關(guān)1（1CCU1-GW）和網(wǎng)關(guān)2（1CCU2-GW）間接入WTB 分析儀；

（3）在1 車網(wǎng)關(guān)2 和WTB 分析儀間接入示波器，顯示W(wǎng)TB 上各個網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的信號減弱程度。

2 17 編組網(wǎng)段擴(kuò)展測試

2.1 MVB 網(wǎng)段擴(kuò)展測試

2.1.1 擴(kuò)展網(wǎng)段A 線通信質(zhì)量測試

MVB 分析儀接入新增中繼器的MVB 接口處，將分析儀的線路模式設(shè)為A 線，獲得連接在通信網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的狀態(tài)幀狀態(tài)。

利用MVB 分析儀測試約200 s 的總線數(shù)據(jù)幀，對數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，查看通信質(zhì)量。測試結(jié)果顯示，連接在通信網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的狀態(tài)幀未出現(xiàn)異常，同時，分析儀未檢測出錯誤幀、不合理幀丟失等情況。MVB 網(wǎng)段擴(kuò)展A 線通信質(zhì)量統(tǒng)計(jì)，如圖4 所示。

圖4 MVB 網(wǎng)段擴(kuò)展A 線通信質(zhì)量統(tǒng)計(jì)詳情

2.1.2 擴(kuò)展網(wǎng)段B 線通信質(zhì)量測試

因MVB 總線采用A、B 線冗余模式[6]，不需要更換連接方式，將分析儀的線路模式設(shè)為B 線，獲得連接在通信網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的狀態(tài)幀狀態(tài)[7]。

利用MVB 分析儀測試約200 s 的總線數(shù)據(jù)幀，對數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，查看通信質(zhì)量。測試結(jié)果顯示，連接在通信網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的狀態(tài)幀未出現(xiàn)異常，同時，分析儀檢測未出現(xiàn)錯誤幀、不合理幀丟失等情況。MVB 網(wǎng)段擴(kuò)展B 線通信質(zhì)量統(tǒng)計(jì)，如圖5 所示。

圖5 MVB 網(wǎng)段擴(kuò)展B 線通信質(zhì)量統(tǒng)計(jì)詳情

2.1.3 MVB 網(wǎng)段擴(kuò)展測試結(jié)論

在“復(fù)興號”16 輛編組動車組網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在1～4 車牽引單元中增加1 輛車，前5 輛車為一個牽引單元，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通信質(zhì)量未受影響，未出現(xiàn)錯誤幀、異常丟幀問題，測試結(jié)果滿足IEC—61375 標(biāo)準(zhǔn)，因此，MVB 網(wǎng)段由4 輛車增加為5 輛車可行。

2.2 WTB 網(wǎng)段擴(kuò)展測試

2.2.1 16 輛編組WTB 網(wǎng)段測試

車輛總線擴(kuò)展前，在“復(fù)興號”的司機(jī)室接入分析儀，監(jiān)測4 輛車編組牽引單元信號減弱情況，用于與擴(kuò)展后的網(wǎng)段做對比。

如圖6 所示，對于16 輛編組，此時WTB 網(wǎng)段數(shù)據(jù)幀信號最小峰值約為±2.71 V。按照1 車、8 車、9 車和16 車網(wǎng)關(guān)從左到右的數(shù)據(jù)幀信號情況，WTB總線各網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)信號隨距離增長而減弱。

圖6 WTB 總線最小數(shù)據(jù)幀信號波形

如圖7 所示，對于16 輛編組，此時WTB 網(wǎng)段數(shù)據(jù)幀信號最大峰值約為±4.98 V。按照1 車、8 車、9 車和16 車網(wǎng)關(guān)從左到右的數(shù)據(jù)幀情況，WTB 總線各網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)信號隨距離增長而減弱。

圖7 WTB 總線最大數(shù)據(jù)幀信號波形

2.2.2 擴(kuò)展后的17 輛編組WTB 網(wǎng)段測試

本文在“復(fù)興號”16 輛編組動車組基礎(chǔ)上，擴(kuò)展17 輛編組動車組WTB 總線，在1 車網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接入示波器，監(jiān)測WTB 網(wǎng)段擴(kuò)展后4 個牽引單元信號減弱情況，并與擴(kuò)展前的WTB 網(wǎng)段信號減弱程度做對比。WTB 總線采用A、B 線冗余設(shè)計(jì)，連接器及總線均具備冗余功能，測試時不需要進(jìn)行接口變更，設(shè)置示波器線路可分別監(jiān)控。

（1）WTB 網(wǎng)絡(luò)A 線擴(kuò)展測試

如圖8 所示，WTB 網(wǎng)絡(luò)A 線上的數(shù)據(jù)幀信號最小峰值約為±2.49 V，此時WTB 網(wǎng)段A 線數(shù)據(jù)幀信號最小峰值約是±2.71 V，信號減弱極值約為±0.2 V，從左到右依次為1 車、8 車、9 車、16 車網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)幀發(fā)送情況。

圖8 擴(kuò)展后WTB 網(wǎng)絡(luò)A 線最小數(shù)據(jù)幀信號波形

如圖9 所示，WTB 網(wǎng)絡(luò)A 線上的數(shù)據(jù)幀信號最大峰值約為±4.79 V，此時WTB 網(wǎng)段A 線數(shù)據(jù)幀信號最大峰值約為±4.98 V，信號減弱極值約為±0.2 V，從左到右依次為1 車、8 車、9 車、16 車網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)幀發(fā)送情況。

圖9 擴(kuò)展后WTB 網(wǎng)絡(luò)A 線最大數(shù)據(jù)幀信號波形

（2）WTB 網(wǎng)絡(luò)B 線擴(kuò)展測試

如圖10 所示，WTB 網(wǎng)絡(luò)B 線上的數(shù)據(jù)幀信號最小峰值約為±2.50 V，此時WTB 網(wǎng)段B 線數(shù)據(jù)幀信號最小峰值約為±2.71 V，信號減弱極值約為±0.2 V，從左到右依次為1 車、8 車、9 車、16 車網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)幀發(fā)送情況。

圖10 擴(kuò)展后WTB 網(wǎng)絡(luò)B 線最小數(shù)據(jù)幀信號波形

如圖11 所示，WTB 網(wǎng)絡(luò)B 線上的數(shù)據(jù)幀信號最大峰值約為±4.89 V，此時WTB 網(wǎng)段B 線數(shù)據(jù)幀信號最大峰值約為±4.98 V，信號減弱極值約為±0.1 V，從左到右依次為1 車、8 車、9 車、16 車網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)幀發(fā)送情況。

圖11 擴(kuò)展后WTB 網(wǎng)絡(luò)B 線最大數(shù)據(jù)幀信號波形

2.2.3 WTB 網(wǎng)段擴(kuò)展測試結(jié)論

在16 輛編組動車組基礎(chǔ)上擴(kuò)展為17 輛編組動車組WTB 總線時，WTB 數(shù)據(jù)幀信號幅值減弱較小，滿足IEC—61375 標(biāo)準(zhǔn)要求，WTB 網(wǎng)絡(luò)通信正常，具備將16 輛編組的WTB 網(wǎng)段擴(kuò)展為17 輛編組的WTB 網(wǎng)段的能力[8]。

3 結(jié)束語

本文在16 輛編組動車組MVB 及WTB 網(wǎng)段基礎(chǔ)上進(jìn)行了17 輛編組的網(wǎng)段擴(kuò)展測試，測試結(jié)果均符合IEC—61375 及GB/T—28029 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)幀信號的減弱及通信質(zhì)量均正常，理論上可以滿足將16 輛編組動車組擴(kuò)充至17 輛編組動車組的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。但在實(shí)驗(yàn)過程中所有動車組均?？吭谡九_，處于采用蓄電池供電的工況，因此動車組在實(shí)際運(yùn)用中可能受到多設(shè)備同時在線、長大交路運(yùn)營、電磁干擾及外界環(huán)境等影響，測試結(jié)果會存在一定誤差，所以編組擴(kuò)充需在動車組實(shí)際運(yùn)用考核中進(jìn)一步驗(yàn)證。

動車組編組擴(kuò)展在滿足站臺長度、檢修庫長度、總線長度要求的情況下，可顯著提升客運(yùn)動車組的載客量。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線網(wǎng)段的擴(kuò)展，使動車組編組形式更加靈活多樣，增加動車組附加價(jià)值，提高利用率。