车载控制器集成测试新模式的探索

郑康生 桂爱刚 钟 珅 张 勇 杨 丽

（通号万全信号设备有限公司，杭州 310000）

1 概述

城市轨道交通信号系统以列车自动控制系统（ATC）为核心，包括列车自动防护子系统（ATP）、列车自动驾驶子系统（ATO）以及列车自动监控子系统（ATS）。实现地面控制与车载控制相结合、现地控制与中央控制相结合，构建一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的自动控制系统，保证乘客和列车的安全，实现列车快速、高密度、有序运行。其中ATP作为车载控制器的重要组成部分，作为安全产品之一，需要进行充分的测试来满足SIL4认证要求[1]。

在城市轨道交通信号系统中，车载控制器无法脱离地面控制子系统进行单独运行。由此，车载控制器的集成测试对测试环境的要求非常高，需要进行设备上车，其他专业包括列车、联锁、控制中心等配合联调，且各子系统必须安排一名专业人员在现场配备安全员组织工程师进行安全行车测试。在存在几百条甚至上千条测试用例的情况下，车载控制器集成测试工作量大、行车调度复杂、故障注入困难、缺陷复现及排查难度高。这种不充分不全面的测试模式使新型车载控制器很难在产品发布初期投入到日常运营中去，在一定程度上阻碍了新型技术在轨道交通行业上的推广。因此，需要对车载控制器的集成测试模式进行进一步的探索与研究，简化整体测试流程，从而缩短车载控制器新产品的发布周期。

本文提出采用仿真模拟的技术手段来构建车载控制器集成测试平台的新模式，实现车地子系统的虚拟化和模块化控制，有利于实现故障精准注入，并引入部分实体控制设备以还原实际测试结果。

2 车载控制器集成测试新模式

根据车载控制器的需求规范，将车载控制器所有板卡的输入输出接口分别与外设输入输出板卡进行对接；配备驾驶台按钮及司控器以便真实模拟现场实际情况；配备应答器控制器、应答器以天线一套，模拟应答器与车载控制器实际的交互方式；配备司服电机及传动装置和控制器、速度传感器一套，模拟实际列车测速过程。测试环境部署如图1所示。

图1 测试环境Fig.1 Testing environment

仿真测试平台主要由数据库、离线线路编辑工具、在线仿真系统和外围设备4部分组成，如图2所示，其中离线编辑分析工具包括线路编辑模块（Track Editor）、 数 据 库 管 理 模 块（Database Manager）、场景编辑模块（Scenario Editor）；在线仿真系统包括场景记录模块（Scenario Recorder）、场景控制模块（Scenario Controller）和信号系统仿真模块（Signal System SIMU）；外围设备包括车载控制器（ATP）、测速仿真平台（ODO Console）、应答器信息读取模块（BTM）、GPS雷达、DIO PCI端子板和司机驾驶台（Driver Console）。

图2 仿真测试平台结构Fig.2 Structure of simulation test platform

各模块功能如下所述。

数据库管理模块可对场景线路数据进行增删改操作。

线路编辑模块用于进行基本拓扑线路的创建以及线路上轨旁设备的布置与基础参数配置，包括线路坡度、粘着系数、信号机位置、道岔位置、站台位置及长度等数据。

场景编辑模块的主要功能是进行列车部署以及所有实时触发事件的定义，包括列车参数、应答器内容、信号机状态、ZC参数、时刻表等配置。

场景记录模块负责记录在线模块间产生的所有事件，并将之存储于数据库中供场景分析软件进行后期解析。

场景控制模块用于场景模拟控制，在场景模拟开始前会对在线模块进行相应的配置及部署。

信号系统仿真模块主要负责对轨道信号系统逻辑功能进行模拟仿真。

3 仿真测试平台实现

在本平台中，采用Qt编程语言，结合MySQL数据库，将车头车尾的人机交互软件组件化，故障注入项页面化、调试状态可视化，实现平台如图3所示。

图3 仿真测试平台Fig.3 Simulation test platform

故障注入模块根据所属子系统进行分类，包括应答器控制页、GPS控制页、车体状态及网络连接控制页、联锁信号机状态和站台控制页、速度台控制页和主控台控制页组成。应答器可进行标识错误、报文错误和报文错位3种内容故障进行注入，还可进行指定应答器失效注入；GPS模块可进行旁路、无效数据和数据偏差故障注入，同时可通过定时功能进行网络延时测试；车体可对车门关闭且锁闭状态、制动异常、列车完整性和通信中断故障注入；联锁模块可对信号灯状态和连接状态进行故障注入；速度台模块可进行倒溜，速度偏差和电机失效故障注入；主控台模块可对另一虚拟驾驶台进行ATP旁路和门控旁路故障注入。

表1 测试模式分析Tab.1 Analysis of testing modes

4 测试模式分析

通过部署新模式对车载控制器进行集成测试，其实施结果大幅度降低了人员成本及设备场地费用，同时也提高了测试效率，其与传统模式的详细分析对比如表1所示。

5 结语

本文提出的车载控制器集成测试新模式无需上车安装车载控制器，仅仅结合部分地面设备即可按照车载控制器测试规范和测试案例进行充分测试，辅助车载控制器通过SIL4现场见证活动。由此可见，该新模式能够大幅度降低测试人员及设备场地费用，同时提高测试效率，体现出其在车载控制器集成测试方面的经济效益和重要意义。