CRH6A型动车组车门无法打开故障分析与改进

胡继珍，杨 猛，张春雨，张婷婷

（IFE-威奥轨道车辆门系统（青岛）有限公司 工程部，高级工程师，山东 青岛 266108）

1 故障概况

运营在珠三角地区穗莞深城际铁路上的CRH6A型城际动车组［1］，有12列列车的客室门采用IFE公司的单扇塞拉门系统。2021年上半年共发生4起车门无法打开的故障，其中一起故障造成晚点2分钟，一起故障造成晚点7分钟，对运营服务造成影响。列车回库后检查门控器记录的故障代码为1：电机线路破损故障。实际检查电机的线路连接没发现异常，门控器和电机部件经检测也无异常。

2 故障原因分析

2.1 电机线路破损故障的原理

塞拉门系统采用气动锁闭机构，通过电机驱动车门的打开和关闭［2］。车门收到列车开门信号后，首先解锁锁闭机构，再通过电机将车门打开。IFE车门系统的电机采用经典的有刷电机，电机尾端配置一个编码器，电机线路如图1所示。电机通过插头X14直接连接到电子门控器的插头X2上，编码器通过插头X14直接连接到门控器的插头X1上。

图1 电机接线图

车门系统定义电机线路破损故障的检测逻辑为：车门打开或关闭动作过程中，门控器实时检测电机回路的电流值，若电机电流值小于设定的阈值超过0.5s，则认为电机线路破损，并报出故障代码1。

电机线路破损故障通常跟电机插头X14和门控器插头X2有关。插头松动或插头内的插针接触不良都有可能引起电机线路导通不良，导致电机线路破损故障发生。但在故障分析中，电机插头X14和门控器插头X2均安装良好，插头的插针无变形，不是引起电机线路破损故障的原因。

电机内部碳刷跟换向器接触不良，也可能导致电机回路导通不良。故障发生后从电机插头X14处测量电机内部阻值为5～11Ω，电阻较小，说明碳刷和转子接触良好。电机拆解检查碳刷和碳刷支架，工作状态良好，没有磨损过大或变形的现象。因此电机部件没有问题，不是引起电机线路破损故障、导致车门无法打开的原因。

2.2 故障模拟

现场出现故障后检查车门功能正常，故障无法复现，且没有发现线路破损电机损坏的现象。因此有必要进一步调查故障发生的条件，以分析出故障原因。

调取车厢内监控视频发现，4起故障发生时均为该车出库后第一次操作集控开门，且在故障发生的前一站，乘务人员均通过操作外紧急装置的方式将车门打开，乘务人员上车后手动将车门关闭到锁闭位置。经确认乘务人员通过操作紧急装置开门的原因是，该车正线运营之前，乘务人员需要打开一个车门往车内运货。通过分析可以确定，该故障跟车门被操作紧急打开并手动关闭到位有关联。

根据《车门功能说明书》在操作紧急装置将车门打开，然后手动关闭到位后，电机会往关闭方向动作一次，以确保车门关紧［3］。关闭过程的电机曲线如图2所示，车门关闭到位后（车门开度变为0）门控器给电机输出约33V的电压，持续时间约0.3s,电机线路关闭方向的电流约6A。

图2 手动关闭车门电机曲线

此后操作列车集控开门按钮，车门正常打开。开门过程的电机曲线如图3所示，门控器输出控制电压，控制车门打开，车门开度由0逐渐打开到100%位置。

图3 集控开门电机曲线

通过车门诊断软件实时监控车门的电机曲线，在库内按照下述步骤实验：

a.操作紧急装置打开车门；b.手动将车门关闭；c.操作集控开门；d.操作集控关门。

由于该车门为塞拉门系统，手动关闭车门时需要以适当的力量将车门拉到锁闭位置。若力量太小则无法将车门拉到锁闭位置；若力量太大，则门扇拉到锁闭位置时，会因门板撞击车体导致门板被弹开一条缝，而无法关到锁闭位置。按照上述步骤反复实验，最终复现了该故障，故障发生时的电机曲线如图4所示，在手动将车门关到锁闭位置之前，门控器没有输出控制电压，但电机回路上产生了电流（电流值＜1A）。此后将车门关闭到位后门控器输出控制电压尝试关紧车门，但电机回路上却没有产生电流。

图4 手动关门电机曲线

此后操作集控开门命令，门控器输出电压以驱动车门打开，但车门电机回路无电流，车门保持在关闭位置无法打开（如图5）。故障现象与正线故障完全一致。

图5 集控开门命令无法开门时的电机曲线

2.3 故障原因分析

由上述模拟可知，手动将车门关闭过程中，电机回路上检测到电流；此后操作集控开门时门控器控制电机开门但电机回路上没有产生电流，导致车门无法打开。该故障不是由电机线路和插头引起的，也不是电机引起的，需要进一步分析门控器内部的控制回路。

门控器内部电机控制回路功能框图如图6所示［4］。电机的正转和反转分别通过H桥驱动器控制H桥电路切换实现。电机控制电路中有温度传感器和电压传感器，用于电机电路的过热保护和过压保护。车门打开时，微控器输出Motor Enable信号，H桥驱动器切换为Open回路导通；车门关闭时，微控器输出Motor Enable信号，H桥驱动器切换为Close回路导通。Umot_Sense为电机回路上的电压测量值，过压状态下RS触发器输入端S=1,R=0，输出端（Overvoltage shutdown）Q=1。Motor Enable信号和过压信号（Overvoltage shutdown）和过热信号（Overtemperature shutdown）通过与门芯片控制H桥驱动器，过压信号（Overvoltage shutdown）激活的情况下，与门芯片输出为0，H桥驱动器切断Open∕Close电路，此时无法驱动电机转动。Umot_Sense电压恢复正常后，微控器可通过输出复位过压信号（Reset Overvoltage shutdown），使RS触发器的输出Q过压状态信号（Overvoltage shutdown）置0，从而使与门芯片控制H桥电路恢复导通。

图6 门控器内部电机控制回路功能框图

由于电机是感性负载，在用手将车门拉到关闭位置的过程中，电机回路上会产生感应电压。图4中手动关门过程中的检测到的电流即是感应电压产生的。手动关门过程中微控器输出控制电压为0V，而电机回路中检测到比较大的电压，电机电路被H桥驱动器自动切断。因此车门收到集控开门命令时，微控器虽然输出电压驱动电机转动，但电机回路上的电流为0，车门无法打开，并报出电机回路破损故障。

3 改进方案及验证

通过以上分析可知，车门无法打开的原因是用手拉动车门关闭过程中，电机回路产生感应电压，门控器内部检测到过压信号后切断了电机电路，此后的开门过程中因电机回路断开，导致车门无法打开。

根据上述分析，在电机回路电压测量值Umot_Sense正常的情况下，可通过复位过压信号（Reset Overvoltage shutdown）使H桥驱动器电机电路恢复导通。复位过压信号（Reset Overvoltage shutdown）由门控器软件控制，可优化控制器软件控制逻辑，在车门电机往开门方向或关门方向动作之前，微控器首先输出一次复位过压信号（Reset Overvoltage shutdown），使输出端处于激活状态的RS触发器被复位，从而使H桥电机电路闭合。此后再操作开门信号，车门即可正常打开。

按照该逻辑升级门控器软件，以2.2节同样的实验步骤，在库内反复验证超过100次，故障现象没再出现。实验结果证明上述分析是正确的。

2021年6月份将新软件刷新到列车上运行，截至2021年11月底，该故障没再出现过，表明采取的优化措施合理、有效。

4 结束语

车门无法打开故障是一种非常规故障，通过线路检测无法找到故障原因，因此从门控器内部的控制原理着手，全面分析了电机回路的控制回路和过压保护原理，优化控制逻辑，采取车门电机动作前复位过压保护信号，消除因电机感应电压导致的过压保护，保证电机回路复位导通，从而使车门能正常打开。经实践证明，确认该故障彻底消除，保障了车辆的安全运营。