城轨车辆多功能车辆总线故障案例分析

张 强

（苏州市轨道交通集团有限公司，江苏苏州 215000）

0 引言

多功能车辆总线（Multifunction Vehicle Bus，MVB）是针对车辆环境下，车辆内部功能设备数据通信的现场总线，是列车通信网络系统（Train Communication Network，TCN）的核心部分之一。MVB总线以实时性强、可靠性高的优点，被越来越多的地铁项目所采用，极大地提升了地铁车辆的性能，但网络通信故障原因复杂、隐蔽性高，查找周期长、难度较大。苏州2号线自开通以来发生多起总线故障，积累了丰富的MVB总线类故障处理经验。通过归纳总结，以实例分析MVB总线故障原因及处理方法。

1 MVB总线故障原因

MVB总线是连接列车控制单元、司机室显示单元、输入输出单元、牵引、辅逆、制动、车门、空调等控制单元的一条串行数据总线，由互相冗余的A，B双通道组成，采用EMD（Electrical Middle Distance，电气中距离）介质。MVB总线故障一般有3种原因。

（1）MVB总线系统的链路故障。主要表现为通信线路断路、短路或线路物理性质变化引起的信号衰减、失真，都可能导致总线通信异常，部分系统无法正常工作等情况。

（2）总线上设备故障引起的通信异常。设备接地不良杂散电流干扰或者设备故障误发信息影响总线通信不畅等情况。

（3）软件故障。程序存在缺陷、端口冲突，导致总线通信混乱，部分或全部设备无法正常工作，此类故障一般批量出现。

2 MVB总线故障检测

（1）终端电阻阻值测量。为了防止信号反射，MVB总线在线路的终端会带有一个终端电阻，阻值120 Ω。苏州2号线列车MVB总线采用双绞线，双通道冗余，连接器采用IEC 61375—2015中标准的D-sub 9连接器，共有 1，2，4，5 的 4 根线，其中 1，2为 MVB A通道，4，5为 MVB B 通道（图1）。因为有终端电阻的存在，只要测量1和2以及4和5之间是否存在120 Ω电阻即可确认线路的通断。该方法主要适用于总线单通道或双通道均断开的情况。

图1 MVB连接器

（2）线缆分析设备测量。线缆分析仪能够精确地测量双绞线的长度（包括断点位置）、插入损耗、串扰、传输时延等参数，在处理疑难总线故障时能够发挥巨大优势，操作简单，参数测量速度快，故障定位精准。苏州2号线采用的是Fluke DTX系列线缆分析仪，能够方便地判断出线缆质量、连接器连接是否达标。

（3）MVB分析仪。根据MVB传输协议，实时采集并诊断总线上传输的数据，对于因设备故障导致的通信异常，该仪器能够迅速判断出故障设备位置，大大提高了故障处理效率，对于诊断软件问题导致的网络异常也有很大帮助。

3 MVB故障案例分析

3.1 MVB网络单通道故障

司机室显示屏报“MVB A（B）通道断开或损坏”，故障诊断中A或者B通道显红。该故障在2号线多次发生。

故障主要原因是连接器匹配、连接器未紧固、连接器缩针或损坏。可采用终端电阻测量的方法，始终向一个终端方向测量有无120 Ω阻值，逐步缩小故障点，直至确认最终故障位置，检查连接器有无缩针等情况（对于疑难的通道故障，使用线缆分析仪也有一定效果）。

为控制2号线MVB单通道故障的发生，将所有MVB连接器按照紧固标准，重新批量附0.5 N·m的扭力。措施实施后对于控制该故障的发生具有一定效果。

3.2 MVB线路干扰

（1）接地不良导致的干扰。2016年9月22日，0208车每当TC2车辅逆高压输入开始工作时，网络MVB1线路通信异常，列车切换至紧急牵引模式。每当辅逆高压输入时，MVB1线路误码率上升、错误计数极高。使用MVB网络分析仪检查，发现网络的中帧周期变化较大（图2）、大量端口丢帧及物理波形失真（图3）。

通过该现象可以判断该辅助逆变器工作时电磁兼容干扰导致MVB1线路通信异常。后查明此故障是由于该辅逆接地不良，辅逆与车体接地处存在电势，辅逆正常工作产生的电磁干扰未能正常通过接地过滤。重新打磨接地线位置，并涂抹导电膏后故障消失，通信恢复正常。

（2）设备故障导致的干扰。2017年1月10日，0240车MVB2线路上设备主要是车门、空调、PIS（Passenger Information System，乘客信息系统）控制单元闪红。

根据MVB2线路误码率上升、错误计数很高的现象，可判断MVB2线路上存在干扰，影响总线通信，当断开TC2车空调控制盘断路器后故障消失，通信恢复正常，判断为空调控制盘故障。

图2 帧周期变化较大

通过总线的误码率能够直接反映总线的通信状态，若误码率在上升、错误计数很高，极有可能是线路存在干扰，使用MVB分析仪能够很好地判断出干扰位置，找到故障设备处发送的错误帧，有效提高故障处理效率。

3.3 软件问题

软件问题主要体现在某些特定情况下，列车网络系统的软件出现Bug（程序缺陷），导致总线通信异常。诸如2号线出现的软件问题：当列车控制单元VCU（Vehicle Control Unit，列车控制单元）因故障冗余时，经常发生单个牵引控制单元故障，车门闪红的现象，经过尝试几乎每个车VCU切换时均有一定概率出现该情况。列车控制单元因故障切换时会导致总线端口冲突，影响部分总线设备的正常通信，经过升级软件，优化端口打开逻辑，可避免该问题的发生。

3.4 其他外因导致的通信故障

2017年4月7日0208车“DDU（Driver Display Unit，司机室显示单元）在正常运行模式与紧急牵引模式不停切换，TCDS（Train Control and Diagnostic System，车辆控制诊断系统）严重故障”。

经查，该故障主要是由于MVB1总线中的1个连接器2，5针接反，同时总线中存在连接器未紧固导致B通道断开，因A（1，2针子）、B（4，5针子）双通道互相冗余，2个通道所传输的电信号基本一致，在双通道均工作正常时，网络通信正常，当单通道故障断开时，双通道均会断开，无法冗余，影响了正常总线通信。

该故障前期处置时故障现象复杂，涉及设备较多，花费了过多精力去查找网络硬件是否出现故障，未能第一时间考虑总线是否存在异常影响了正常通信。

4 结语

多功能车辆总线技术应用越来越广泛，采用该总线的项目越来越多，总结出的总线故障处理方法，有助于检修人员更快、更好地处理网络总线类故障，同时也能开拓思路，对复杂网络故障可以考虑从最基本的总线功能开始检查。线缆分析仪、MVB分析仪的使用也大大降低了网络故障的处理难度，提升了故障处理效率。检修人员只有掌握一定的总线故障排查方法，才能更好地适应列车网络的发展。

图3 物理波形失真