車載控制器集成測試新模式的探索

鄭康生 桂愛剛 鐘 珅 張 勇 楊 麗

（通號萬全信號設備有限公司，杭州 310000）

1 概述

城市軌道交通信號系統以列車自動控制系統（ATC）為核心，包括列車自動防護子系統（ATP）、列車自動駕駛子系統（ATO）以及列車自動監控子系統（ATS）。實現地面控制與車載控制相結合、現地控制與中央控制相結合，構建一個以安全設備為基礎，集行車指揮、運行調整以及列車駕駛自動化等功能為一體的自動控制系統，保證乘客和列車的安全，實現列車快速、高密度、有序運行。其中ATP作為車載控制器的重要組成部分，作為安全產品之一，需要進行充分的測試來滿足SIL4認證要求[1]。

在城市軌道交通信號系統中，車載控制器無法脫離地面控制子系統進行單獨運行。由此，車載控制器的集成測試對測試環境的要求非常高，需要進行設備上車，其他專業包括列車、聯鎖、控制中心等配合聯調，且各子系統必須安排一名專業人員在現場配備安全員組織工程師進行安全行車測試。在存在幾百條甚至上千條測試用例的情況下，車載控制器集成測試工作量大、行車調度復雜、故障注入困難、缺陷復現及排查難度高。這種不充分不全面的測試模式使新型車載控制器很難在產品發布初期投入到日常運營中去，在一定程度上阻礙了新型技術在軌道交通行業上的推廣。因此，需要對車載控制器的集成測試模式進行進一步的探索與研究，簡化整體測試流程，從而縮短車載控制器新產品的發布周期。

本文提出采用仿真模擬的技術手段來構建車載控制器集成測試平臺的新模式，實現車地子系統的虛擬化和模塊化控制，有利于實現故障精準注入，并引入部分實體控制設備以還原實際測試結果。

2 車載控制器集成測試新模式

根據車載控制器的需求規范，將車載控制器所有板卡的輸入輸出接口分別與外設輸入輸出板卡進行對接；配備駕駛臺按鈕及司控器以便真實模擬現場實際情況；配備應答器控制器、應答器以天線一套，模擬應答器與車載控制器實際的交互方式；配備司服電機及傳動裝置和控制器、速度傳感器一套，模擬實際列車測速過程。測試環境部署如圖1所示。

圖1 測試環境Fig.1 Testing environment

仿真測試平臺主要由數據庫、離線線路編輯工具、在線仿真系統和外圍設備4部分組成，如圖2所示，其中離線編輯分析工具包括線路編輯模塊（Track Editor）、 數 據 庫 管 理 模 塊（Database Manager）、場景編輯模塊（Scenario Editor）；在線仿真系統包括場景記錄模塊（Scenario Recorder）、場景控制模塊（Scenario Controller）和信號系統仿真模塊（Signal System SIMU）；外圍設備包括車載控制器（ATP）、測速仿真平臺（ODO Console）、應答器信息讀取模塊（BTM）、GPS雷達、DIO PCI端子板和司機駕駛臺（Driver Console）。

圖2 仿真測試平臺結構Fig.2 Structure of simulation test platform

各模塊功能如下所述。

數據庫管理模塊可對場景線路數據進行增刪改操作。

線路編輯模塊用于進行基本拓撲線路的創建以及線路上軌旁設備的布置與基礎參數配置，包括線路坡度、粘著系數、信號機位置、道岔位置、站臺位置及長度等數據。

場景編輯模塊的主要功能是進行列車部署以及所有實時觸發事件的定義，包括列車參數、應答器內容、信號機狀態、ZC參數、時刻表等配置。

場景記錄模塊負責記錄在線模塊間產生的所有事件，并將之存儲于數據庫中供場景分析軟件進行后期解析。

場景控制模塊用于場景模擬控制，在場景模擬開始前會對在線模塊進行相應的配置及部署。

信號系統仿真模塊主要負責對軌道信號系統邏輯功能進行模擬仿真。

3 仿真測試平臺實現

在本平臺中，采用Qt編程語言，結合MySQL數據庫，將車頭車尾的人機交互軟件組件化，故障注入項頁面化、調試狀態可視化，實現平臺如圖3所示。

圖3 仿真測試平臺Fig.3 Simulation test platform

故障注入模塊根據所屬子系統進行分類，包括應答器控制頁、GPS控制頁、車體狀態及網絡連接控制頁、聯鎖信號機狀態和站臺控制頁、速度臺控制頁和主控臺控制頁組成。應答器可進行標識錯誤、報文錯誤和報文錯位3種內容故障進行注入，還可進行指定應答器失效注入；GPS模塊可進行旁路、無效數據和數據偏差故障注入，同時可通過定時功能進行網絡延時測試；車體可對車門關閉且鎖閉狀態、制動異常、列車完整性和通信中斷故障注入；聯鎖模塊可對信號燈狀態和連接狀態進行故障注入；速度臺模塊可進行倒溜，速度偏差和電機失效故障注入；主控臺模塊可對另一虛擬駕駛臺進行ATP旁路和門控旁路故障注入。

表1 測試模式分析Tab.1 Analysis of testing modes

4 測試模式分析

通過部署新模式對車載控制器進行集成測試，其實施結果大幅度降低了人員成本及設備場地費用，同時也提高了測試效率，其與傳統模式的詳細分析對比如表1所示。

5 結語

本文提出的車載控制器集成測試新模式無需上車安裝車載控制器，僅僅結合部分地面設備即可按照車載控制器測試規范和測試案例進行充分測試，輔助車載控制器通過SIL4現場見證活動。由此可見，該新模式能夠大幅度降低測試人員及設備場地費用，同時提高測試效率，體現出其在車載控制器集成測試方面的經濟效益和重要意義。