关于地铁车辆LCU冗余技术浅析

朱昊宇

摘要：本文首先阐述LCU冗余技术，然后对地铁车辆LCU冗余技术的具体应用进行介绍，主要包括列车LCu方案、电源冗余、主控板冗余，通过不断分析旨在充分彰显出LCU冗余技术的应用价值，仅供参考。

关键词：地铁车辆;LCU冗余技术;应用

一、LCU冗余技术

（一）“双机热备”架构

对“双机热备”系统的构成要素进行分析，主要包括互换性质的子系统，这两组功能并无明显差异性，加强同时上电热备方式的应用，在每个子系统中，故障检测和诊断功能都可以得到落实。在运行过程中，无需深入对比2个子系统的运行结果，面对其中一组故障问题的出现，可以实现在另一组的顺利转化，以免对正常工作造成影响，将Lcu故障程度控制在合理范围内，促进列车正常运行。图1为“双机热备”冗余的控制结构图：

（二）“三取二”架构

对于“三取二”冗余架构来说，其构成要素主要包括3组子系统，其功能具有高度的独立性，所以称之为三通道系统，并将表决电路纳入到输出部分，各系统借助逻辑判断，然后表决器可以判断输出结果【1】，在3个子系统中，只要两个具有一致输出的特点，对外输出或传输运算结果的性能等级便可以得到保障。

与“双机热备”进行对比，“三取二”冗余架构不仅仅对一组控制单元进行增设，而且运算结果的表决环节也有所涉及，确保逻辑运算结果与准确性、可靠性要求相符。

（三）“二乘二取二”架构

“双机热备”冗余系统的构建，为“二乘二取二”冗余框架提供了有利支撑，“二取二”系统的形成，主要得益于诊断单元的增设，并在两个“二取二”子系统共同作用下，确保“二乘二取二”冗余框架的顺利生成。对于“二取二”子系统来说，是指在一套系统上，集成的处理器单元主要为两个，在2个单元具有相同运行状态的情况下，对外输出便可实现，同时实现运算结果的顺利传输。热备冗余，在两个“二取二”子系统间之间得到了充分发挥，对于构建的双机热备冗余系统，不仅具有一定的特殊性，而且冗余性能也得到了进一步强化，其安全性能等级较高。

（四）三种冗余架构对比分析

基于结构原理、安全等级等视角，对于“双机热备”冗余框架来说，凭借基础的冗余功能，可以使功能需求得到保障，且具有明显的低成本优势;对于“三取二”冗余框架来说，具有较强的安全性能，但与“双机热备”冗余系统进行对比，其背板有着明显的差距，一定程度上加剧了兼容的难度性;“二乘二取二”冗余框架，具有双重兼顾的特点，不仅仅体现在安全性和可靠性方面，同时还可以兼容于“双机热备”，在3个冗余框架中，具有高成本的性质特点。

二、地铁车辆LCU冗余技术的具体应用

（一）列车LCu方案

以广佛线增购列车为例，简称为A。现阶段，“双机热备”冗余设计，在我国地铁列车中得到了广泛应用，其子系统的A、B两组软硬件具有高度的一致性和相符性。在双冗余系统中，面对逻辑应用功能异常的发生，会对Lcu对外的业务功能造成负面影响，从而不利于列车的正常运行，并加剧列车退出服务几率的发生。

在列车关键控制回路方面，要想确保“双机热备”冗余框架的有效性，应对Lcu的可用性和成本进行深入分析与兼顾，A列车在普通非关键的控制逻辑中，不仅仅将“双机热备”与“二乘二取二”组合的Lcu技术融入其中【2】，而且“双机热备”的冗余框架也有着直接的作用，而“二乘二取二”的冗余框架，直接参与到牵引、制动等关键控制逻辑之中，实现了安全性与经济性双重目标。

（二）电源冗余

一般来说，两个冗余电源板，广泛应用于各个Lcu机箱内，供电范围主要包括机箱内A/B两组板卡，并且与所有通信板卡供电之间也有着密切的联系，防止单个电源板卡故障的发生，最大程度地维护整个Lcu通信系统。在两组电源之间，独立性特点显著，采取的母线供电具有高度的独立性，并加强空气开关控制的设置，同样具有独立性。同时，对电源板的功能进行分析，主要涵盖输出过/欠压保护、过温保护、短路保护等功能。

（三）主控板冗余

在每个Lcu机箱中，设计的主控板均为两组，分别监控组内各板卡状态，从而将逻辑的实时计算和维护等功能发挥出来，并为通信调度提供便捷性。在两个主控板逻辑预算结果不相符的情况下，或者面对某个主控板故障的出现，应从系统的故障检测情况出发，顺利切换A、B组主控板，将实时性优势发挥出来，构建安全可靠的LCu运行环境。

三、结束语

总之，LCU冗余技术在地铁车辆中具有较高的应用价值，有助于防止异常现象的出现，不断提高列车控制的有效性，并将全寿命周期的运行维护成本控制在合理范围内。

参考文献：

[1]何晔、袁浩智、彭冬良、肖曦、汪婷. 热备双冗余逻辑控制单元冗余，安全导向及可靠性分析[J]. 技术与市场，2020，v.27;No.323（11）：13-17.

[2]何晔、陈健、杨楠、陈翔、郑少彬. 地铁列车三取二逻辑控制单元CAN通信智能监测软件设计[J]. 机电信息，2020，No.633（27）：114-115.

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