車載ATP測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

代 萌

（上海鐵路通信有限公司，上海 200071）

車載ATP測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

代 萌

（上海鐵路通信有限公司，上海 200071）

介紹一種基于開放的標(biāo)準(zhǔn)功能接口的車載自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)測(cè)試方案,并通過(guò)測(cè)試序列的實(shí)例說(shuō)明該系統(tǒng)在CTCS-2環(huán)境下支持的應(yīng)用對(duì)象。

ATP測(cè)試方案；測(cè)試序列；設(shè)計(jì)

1 概述

車載自動(dòng)防護(hù)（ATP）設(shè)備是列控系統(tǒng)的重要組成部分，多年來(lái)在我國(guó)客運(yùn)專線與高速鐵路中得到大量應(yīng)用，已經(jīng)屬于成熟設(shè)備。但是從對(duì)設(shè)備測(cè)試的角度來(lái)看，目前針對(duì)車載ATP的測(cè)試環(huán)境比較單一，并且多以研發(fā)條件為主。為了提高車載ATP設(shè)備在產(chǎn)品開發(fā)、系統(tǒng)驗(yàn)證、生產(chǎn)制造以及現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)的綜合業(yè)務(wù)質(zhì)量,有必要將車載ATP系統(tǒng)的測(cè)試需求進(jìn)行歸納,設(shè)計(jì)一套相對(duì)簡(jiǎn)單并且基本功能完善的測(cè)試系統(tǒng)方案。為此，本文以總線式車載ATP設(shè)備為例，詳細(xì)分析設(shè)備對(duì)外功能接口,并以此為基礎(chǔ)提出一種基于開放式標(biāo)準(zhǔn)電氣功能接口的測(cè)試方案。

我國(guó)現(xiàn)行應(yīng)用的車載ATP系統(tǒng)在CTCS信號(hào)制式下分為CTCS-2與CTCS-3兩個(gè)等級(jí)，其中應(yīng)用于CTCS-3等級(jí)的ATP設(shè)備同樣適用于CTCS-2系統(tǒng)，同時(shí)考慮到大部分測(cè)試環(huán)境不具備GSM-R網(wǎng)絡(luò)接入的條件或權(quán)限，因此本文以CTCS-2環(huán)境為測(cè)試條件，舉例介紹了方案支持的測(cè)試序列，反映其所能滿足的應(yīng)用需求。

2 系統(tǒng)功能接口

從系統(tǒng)功能上劃分，可以將完整的車載ATP系統(tǒng)分為車載安全邏輯控制（VCU）、應(yīng)答器信息接收（BTM）、軌道電路信息接收（TCR）、測(cè)速測(cè)距（SDU）、人機(jī)界面（DMI）、列車接口（TIU）、司法記錄（JRU）以及GSM-R無(wú)線通信（RTU）等模塊。對(duì)應(yīng)從核心功能和硬件平臺(tái)的測(cè)試角度出發(fā)，可以梳理出主要接口包括：應(yīng)答器信息接口、軌道電路信息接口、速度信息接口、列車接口、GSM-R無(wú)線接口和DMI接口。測(cè)試時(shí)，將DMI接口作為測(cè)試外部環(huán)境，由測(cè)試員模擬司機(jī)操作通過(guò)實(shí)物進(jìn)行操作，同時(shí)在CTCS-2環(huán)境下無(wú)線功能也暫不考慮。以下是本文涉及的其他功能接口方案。2.1 應(yīng)答器信息接口

應(yīng)答器信息接口采用實(shí)物應(yīng)答器增加報(bào)文控制的方案，在應(yīng)答器信息的無(wú)線傳輸方面采用車載天線和應(yīng)答器實(shí)物：一來(lái)測(cè)試范圍可以盡量包含待測(cè)系統(tǒng)的實(shí)物設(shè)備，二來(lái)應(yīng)答器信息的無(wú)線鏈路為標(biāo)準(zhǔn)接口，可以避免其他方案帶來(lái)的針對(duì)不同“ATP-車載BTM-車載天線”內(nèi)部協(xié)議產(chǎn)生多次開發(fā)的需求。

為了避免建設(shè)方案復(fù)雜，設(shè)計(jì)一個(gè)軟件虛擬的中間接口代替列控中心/LEU，其主要功能是從測(cè)試系統(tǒng)的腳本文件中讀取應(yīng)答器報(bào)文，并僅按照測(cè)試邏輯的要求以及報(bào)文編碼規(guī)范傳遞給應(yīng)答器，以達(dá)到測(cè)試目的。

模擬列車在線路運(yùn)行通過(guò)應(yīng)答器的場(chǎng)景時(shí)，車載天線與應(yīng)答器作用的時(shí)間窗口與列車速度成反比關(guān)系，對(duì)應(yīng)ATP系統(tǒng)收到的循環(huán)報(bào)文長(zhǎng)度不同，因此在實(shí)現(xiàn)該接口時(shí)，分別根據(jù)對(duì)列車位置的計(jì)算和當(dāng)前速度信息來(lái)控制報(bào)文傳輸?shù)膯?dòng)以及傳輸時(shí)間。

該接口在具體實(shí)施時(shí)需要特殊注意一點(diǎn)，由于最終信息傳遞是通過(guò)實(shí)物應(yīng)答器與車載天線完成的，因此在實(shí)際進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)需要考慮對(duì)天線的電磁輻射防護(hù)，本文設(shè)計(jì)考慮將車載天線與應(yīng)答器安裝在封閉式機(jī)柜中以實(shí)現(xiàn)防護(hù)。

2.2 軌道電路信息接口

軌道電路信息有以下3種方式。

1）以實(shí)物軌道電路移頻發(fā)送器為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在此方案中移頻信號(hào)對(duì)ATP的物理接口可以通過(guò)在發(fā)送器的輸出端口進(jìn)行分壓實(shí)現(xiàn)，在調(diào)整適用后，再并聯(lián)一路簡(jiǎn)易環(huán)形天線模擬鋼軌，此時(shí)軌道移頻輸出信息通過(guò)空中接口耦合至車載接收天線。該方案的核心任務(wù)在于測(cè)試主系統(tǒng)需提供對(duì)軌道電路發(fā)送器的通信接口，以輸入載頻和編碼信息。

2）采用軌道電路發(fā)碼箱，該方案一般需要人工設(shè)置其發(fā)碼條件，可以滿足一般情況下系統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)試要求，并且最為便利；但是對(duì)于要求隨線路數(shù)據(jù)變化的動(dòng)態(tài)測(cè)試任務(wù)，則可操作性不強(qiáng)。

3）采用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器儀表，由于軌道移頻碼調(diào)制和編碼方式簡(jiǎn)單，均可參照開放的通用技術(shù)規(guī)范實(shí)施，因此該方案適用于各種環(huán)境。

在絕大部分測(cè)試場(chǎng)景下，只要不是針對(duì)軌道電路信息接口的專項(xiàng)研究型測(cè)試，以上3種方案，均可以直接將調(diào)試分壓后的信號(hào)直接接入車載ATP的軌道電路讀取器中，這樣可以最大限度的簡(jiǎn)化測(cè)試環(huán)境，達(dá)到實(shí)用的目的。

2.3 速度信息接口

速度信息接口不采用實(shí)物速度傳感器或者雷達(dá)的模擬方案，這主要是因?yàn)樵诜橇熊噷?shí)際行駛的條件下，現(xiàn)行通用的針對(duì)傳感器接口的模擬技術(shù)，如速度傳動(dòng)臺(tái)等，一般存在速度失真、無(wú)法高速運(yùn)行等局限性，并且一般情況下體積龐大，不利于實(shí)際測(cè)試環(huán)境的建設(shè)。

考慮到速度信號(hào)本身較為簡(jiǎn)單，一般情況下均為速度/頻率相關(guān)的脈沖信號(hào)，易于實(shí)現(xiàn)，所以本方案在測(cè)試系統(tǒng)中集成多路模擬速度信號(hào)，以提供速度數(shù)值和方向信息，具體模擬參照以下速傳模型實(shí)施：假設(shè)速度傳感器包含兩個(gè)獨(dú)立的通道R、S，均輸出方波信號(hào)。列車的運(yùn)行方向由R、S通道的相位差來(lái)決定。理想情況下，當(dāng)齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，R、S通道間相位差為90°，則車行方向?yàn)橄蚯靶旭偅蝗绻鸕、S通道間相位差為-90°，則車行方向?yàn)橄蚝笮旭偂＜僭O(shè)轉(zhuǎn)速計(jì)輸出脈沖頻率為f，每分鐘的轉(zhuǎn)速為n，車輪每轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)為p，則：f=p×n/60。

2.4 列車接口

本方案設(shè)計(jì)提供繼電器和車輛MVB總線兩種列車接口。其中總線接口按照標(biāo)準(zhǔn)的車輛MVB協(xié)議實(shí)施，并可以采用市場(chǎng)上成熟的通信模塊實(shí)現(xiàn)。采用繼電器接口設(shè)計(jì)，則包括以下電平接口：1）駕駛室激活；2）方向，含前向和后向兩路接口；3）常用制動(dòng)反饋；4）牽引切除反饋；5）睡眠信號(hào)；6）全常用制動(dòng)；7）4級(jí)常用制動(dòng)；8）1級(jí)常用制動(dòng)；9）切牽引信號(hào)；10）過(guò)分相信號(hào)；11）緊急制動(dòng)，其中含EB1、EB2兩路緊急制動(dòng)接口；12）冗余制動(dòng)；13）制動(dòng)反饋；14）旁路接口。根據(jù)ATP設(shè)備適配車型的不同，這些繼電接口信號(hào)可按照實(shí)際設(shè)備的需求選擇性接入。

3 系統(tǒng)框圖

按照上述各功能接口的設(shè)計(jì)方案,測(cè)試系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

測(cè)試系統(tǒng)中除了上述各功能接口外，同時(shí)提供線路數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與人工操作功能，并根據(jù)測(cè)試實(shí)際需求設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)與調(diào)度軟件模塊，以完成系統(tǒng)整體功能。測(cè)試驅(qū)動(dòng)調(diào)度模塊與各功能接口的交互信息如圖2所示。

The paper introduces a testing system for onboard ATP equipment based on the public standard function interface, and shows the applications of the system in СTСS-2 environment through the testing sequence cases.

ATP; testing solution; testing sequence

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.01.005