CTCS-3級列控車載設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法研究與實現(xiàn)

安 闖

(北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 100070)

列控車載的列車超速防護(hù)系統(tǒng)（ATP）設(shè)備作為CTCS-3（簡稱C3）級列控系統(tǒng)的重要組成部分，影響列車的行車安全，應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格完整的測試。目前實驗室測試主要集中于車載設(shè)備的功能，設(shè)計大量案例對功能進(jìn)行驗證，而對于車載主要技術(shù)指標(biāo)的性能及壓力測試，多采用現(xiàn)場型式試驗的方式，造成工作量大、效率低下及測試成本過高等問題。本文主要闡述如何在實驗室搭建車載ATP設(shè)備，進(jìn)行性能及壓力測試，對其測試方法進(jìn)行研究和分析，以避免重復(fù)測試，有效降低現(xiàn)場測試成本，提高測試效率。

1 CTCS-3級列控車載設(shè)備概述

C3級列車控制系統(tǒng)由車載設(shè)備和地面設(shè)備兩部分組成，列控車載設(shè)備作為C3級列控系統(tǒng)的核心設(shè)備，通過與地面無線閉塞中心（RBC）的雙向?qū)崟r通信和車載設(shè)備與車輛制動設(shè)備的結(jié)合，完成列車超速防護(hù)功能，保證列車安全運行。其主要功能包括：自檢功能、無線通信功能、測速功能、列車定位功能、軌道電路信息接收和使用、最限制速度曲線計算、動態(tài)曲線計算、速度監(jiān)控、列車停車溜逸及退行防護(hù)、人機(jī)交互功能、記錄診斷功能、過分相控制功能、等級轉(zhuǎn)換功能。C3級列控車載設(shè)備組成如圖1所示。

圖1 CTCS-3 級列控車載設(shè)備組成框圖Fig.1 Block diagram of CTCS-3 ATP on-board equipment composition

2 車載設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)

2.1 設(shè)備響應(yīng)時間主要指標(biāo)

設(shè)備響應(yīng)時間應(yīng)滿足下列要求。

在地面軌道電路信息一直有碼的情況下，信息接收應(yīng)變時間不大于3.5 s；在地面軌道電路信息從有碼到無碼的情況下，信息接收應(yīng)變時間不大于4.8 s。

列車超速至給出制動指令的時間不大于1 s。

2.2 測速測距設(shè)備主要指標(biāo)

車載設(shè)備測速測距誤差應(yīng)滿足下述要求。

列車速度不高于30 km/h時，測速誤差不大于2 km/h ；

列車速度高于30 km/h時，測速誤差不大于2%；

測距誤差不大于2%。

3 車載設(shè)備性能測試方法分析

3.1 測試環(huán)境

如圖2所示，被測對象為車載設(shè)備，其各子模塊均為真實設(shè)備。CRSCD_VSIM 1.0.0為北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司自主研發(fā)的車載仿真測試環(huán)境，主要功能為模擬列車速度、制動接口、列車運行中的相關(guān)命令，并將上述信息發(fā)送至接口平臺；同時，支持應(yīng)答器腳本信息的發(fā)送，實現(xiàn)將應(yīng)答器腳本、C3無線報文腳本、軌道電路腳本發(fā)送至ATP接口平臺。ATP接口平臺通過脈沖和數(shù)字量輸出分別連接車載設(shè)備的速度傳感器和雷達(dá)設(shè)備；通過數(shù)字量輸出連接車載列車接口和制動接口；通過串口連接真實應(yīng)答器，再通過空中接口連接BTM，實現(xiàn)應(yīng)答器與車載接口；通過與ZPW-2000發(fā)送器相連的真實TCR向ATP發(fā)送軌道電路低頻和載頻。

除仿真環(huán)境，測試時還需要使用如下測試工具。

JRUViewer，用于查看JRU記錄的測試數(shù)據(jù)；

示波器，用于顯示速度脈沖頻率。

3.2 信息接收應(yīng)變時間測試

如圖3所示，整個周期分布中，黃色部分是接口平臺控制程序運行的部分，綠色部分是ATP應(yīng)用程序耗時部分，藍(lán)色部分為ATP應(yīng)用程序執(zhí)行完成后，接口平臺應(yīng)用程序運行部分。T1為接口平臺發(fā)送軌道碼時刻，T2為接口平臺接收到制動命令時刻，為軌道碼應(yīng)變時間。

1）驗證在地面軌道電路信息一直有碼的情況下，信息接收應(yīng)變時間不大于3.5 s。測試過程中以L碼變LU碼為例，ATP上電激活駕駛臺，自檢后輸入司機(jī)號、車次號，選擇CTCS-2（簡稱C2）等級，輸入列車數(shù)據(jù)，點擊啟動部分監(jiān)控（PS）模式發(fā)車。列車收到完整線路數(shù)據(jù)進(jìn)入完全監(jiān)控（FS）模式，模擬閉塞分區(qū)1為L碼（1 000 m），閉塞分區(qū)2為LU碼(1 000 m)，閉塞分區(qū)3為U碼 (1 000 m)，閉塞分區(qū)4為HU碼（4 000 m）。列車由前一閉塞分區(qū)FS模式運行至閉塞分區(qū)1時，最高允許速度為280 km/h，此時設(shè)置閉塞分區(qū)1由L碼變?yōu)長U碼，最高允許速度突降為160 km/h，輸出制動。通過SecureCRT串口打印工具，記錄VSIM下發(fā)變碼指令的時刻為T1，接口平臺收到制動命令時刻為T2，兩者的差值為△T。重復(fù)上述操作10次，如圖4所示，L碼變?yōu)長U碼時，響應(yīng)時間極值為1.931 s，信息接收應(yīng)變時間不大于3.5 s。

圖2 車載ATP測試環(huán)境結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Test environment structure diagram of ATP onboard equipment

圖3 系統(tǒng)周期示意圖Fig.3 System cycle diagram

圖4 軌道碼應(yīng)變時間表(一)Fig.4 Track code strain schedule 1

2）驗證在地面軌道電路信息從有碼到無碼的情況下，信息接收應(yīng)變時間不大于4.8 s。測試過程中以L碼變無碼為例，ATP上電激活駕駛臺，自檢后輸入司機(jī)號、車次號，選擇C2等級，輸入列車數(shù)據(jù)，點擊啟動PS模式發(fā)車。運行過程中模擬軌道電路由LU碼變?yōu)闊o碼，輸出制動。通過SecureCRT串口打印工具，記錄VSIM下發(fā)變碼指令時刻為T1，接口平臺收到制動命令時刻為T2，兩者的差值為△T。重復(fù)上述操作10次，如圖5所示，L碼變無碼時響應(yīng)時間極值為4.372 s，信息接收應(yīng)變時間不大于4.8 s。

圖5 軌道碼應(yīng)變時間表（二）Fig.5 Track code strain schedule 2

3.3 列車超速至給出制動指令的時間測試

1）如圖6所示，模擬列車以C2等級PS模式控車，示波器顯示精度為200 毫秒/格，當(dāng)DMI顯示列車加速到50 km/h時，示波器顯示速度脈沖頻率約為370 Hz（在輪徑為0.86 m，速傳齒數(shù)72時，計算得到50 km/h對應(yīng)的頻率為370 Hz），此時為時刻T1；ATP輸出B7時刻為T2。如圖6所示，當(dāng)列車C2等級PS模式下運行，超速達(dá)到50 km/h到車載ATP輸出B7制動，時間約為644 ms，滿足列車超速至給出制動指令時間不大于1 s的性能指標(biāo)。

圖6 速度脈沖示意圖（一）Fig.6 Velocity pulse diagram 1

2）如圖7所示，模擬列車以C3等級目視監(jiān)控（OS）模式控車，示波器顯示精度為200 ms，當(dāng)DMI顯示列車速度達(dá)到45 km/h時，示波器顯示速度脈沖頻率為333 Hz（在輪徑為0.86 m，速傳齒數(shù)72時，計算得到45 km/h對應(yīng)的頻率為333 Hz），此時為時刻T1；ATP輸出B7時刻為T2。如圖7所示，當(dāng)列車C3等級OS模式下運行，超速達(dá)到45 km/h到車載ATP輸出B7制動，時間約為577 ms，滿足列車超速至給出制動指令時間不大于1 s的性能指標(biāo)。

3）如圖8所示，模擬列車以C3等級FS模式控車過RBC移交，示波器顯示精度為1 s，當(dāng)DMI顯示列車速度達(dá)到160 km/h時，示波器顯示速度脈沖頻率為1.219 kHz（在輪徑為0.86 m，速傳齒數(shù)72時，計算得到160 km/h對應(yīng)的頻率為1.219 kHz），此時為時刻T1；ATP輸出B7時刻為T2。如圖8所示，當(dāng)列車C3等級FS模式下運行，移交場景時間約為643 ms，滿足列車超速至給出制動指令時間不大于1 s的性能指標(biāo)。

圖7 速度脈沖示意圖（二）Fig.7 Velocity pulse diagramm 2

圖8 速度脈沖示意圖（三）Fig.8 Velocity pulse diagram 3

4）如圖9所示，模擬列車以C3等級FS模式控車過RBC移交，示波器顯示精度為1 s，當(dāng)DMI顯示列車速度達(dá)到300 km/h時，示波器顯示速度脈沖頻率為 2.262 kHz（在輪徑為 0.86 m，速傳齒數(shù)72時，計算得到300 km/h對應(yīng)的頻率為2.262 kHz），此時為時刻T1；ATP輸出B7時刻為T2。如圖9所示，當(dāng)列車C3等級FS模式下運行，移交場景情況下超速到車載ATP輸出B7制動，時間約為674 ms，滿足列車超速至給出制動指令時間不大于1 s的性能指標(biāo)。

圖9 速度脈沖示意圖（四）Fig.9 Velocity pulse diagram 4

3.4 測速測距技術(shù)指標(biāo)測試

根據(jù)JRU數(shù)據(jù)記錄，并結(jié)合應(yīng)答器鏈接信息，對車載設(shè)備測速測距精度進(jìn)行計算分析。

1）測距誤差計算

測距誤差計算公式為

其中，dc2為從JRU的C2數(shù)據(jù)中讀取的距離數(shù)據(jù)。

dlink為應(yīng)答器鏈接距離。

2）測速誤差計算

列車勻速經(jīng)過2個應(yīng)答器，由于應(yīng)答器鏈接距離為標(biāo)準(zhǔn)距離，因此使用應(yīng)答器鏈接距離和時間計算的平均速度作為標(biāo)準(zhǔn)速度，測速誤差計算公式為

其中，vc2為從JRU的C2數(shù)據(jù)中讀取的實際速度。

dlink為應(yīng)答器鏈接距離。

△t為經(jīng)過2個測量應(yīng)答器所經(jīng)過的時間差，由于dlink是標(biāo)準(zhǔn)距離。

3）測速測距誤差計算

根據(jù)公式（1）、（2）所示的方法，測速測距誤差計算如表1所示，滿足測距誤差不大于2%，速度不高于30 km/h時測速誤差不大于2 km/h，高于30 km/h時測速誤差不大于2%的要求。

表1 測速測距誤差計算表Tab.1 Speed & distance measurement error table

4 結(jié)束語

車載設(shè)備的功能測試主要根據(jù)車載產(chǎn)品需求、車載產(chǎn)品特征、模擬用戶操作方式來測試車載設(shè)備特性是否滿足用戶需求。本文關(guān)注的主要技術(shù)指標(biāo)測試是性能測試的一部分，通過特定的方式對被測試車載設(shè)備按照一定的測試方法及策略進(jìn)行驗證，獲取該車載設(shè)備的響應(yīng)時間、運行效率、資源利用情況等各項性能指標(biāo)，來評價設(shè)備是否滿足性能需求。通過對車載設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法進(jìn)行討論，完善了車載設(shè)備測試范圍，同時降低車載設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場性能測試的成本，節(jié)約人力物力，并為現(xiàn)場測試提供參考。