200C型车载设备常见掉码故障分析

马云鹏，贺广宇，罗飞豹，牛 勤，吉志军

（1. 中国铁道科学研究院集团有限公司，北京 100081；2.北京华铁信息技术有限公司，北京 100081）

在现场的实际运用过程中，200C型车载设备掉码的情况可由多种原因导致，本文从ATP软件处理逻辑层面，对运用过程中出现的掉码故障进行分析总结，研究不同场景下的故障分析方法和解决思路，为列控车载设备故障分析和电务人员维护管理提供优化方案，提高设备运用维护质量。本文研究列控车载设备处理逻辑层面上的掉码故障案例，不包括因轨道电路读取单元（TCR）译码失败等外部因素影响的掉码情况。

1 机车信号掉码分析

随着车载机车信号成为主体信号，高速动车组列车通过ATP车载设备生成的动态速度曲线来实现安全控车。机车信号对于监控曲线的生成具有很大影响，根据《机车信号信息定义及分配》（TB/T 3060-2016）文中的规定，在CTCS-2/CTCS-3级（简称C2/C3）区段下，机车信号与列车前方空闲闭塞分区数量有着一一对应的关系[1]。落实到车载设备的软件具体实现中，在不同控车模式下对机车信号的处理也给予了更加细致的设计。

车载设备收到非预期信号掉码的原因分为两种：一类是地面设备本身原因导致，随着电码化技术的广泛推进，因轨道电路本身发码导致的掉码已不常见；另一类是地面特殊设计与车载处理逻辑不适应导致的，由于车载设备处理异常导致的掉码故障。

掉码情况通常是在本应正常解码的区段，车载DMI界面显示白灯。ATP可根据运行模式和运行场景控制轨道电路信息接收单元进行锁频及载频切换。上电启动后，司机通过DMI手动选择和切换上/下行载频，此时主控单元根据司机的选择控制轨道电路信息接收单元进行上/下行载频锁定。主控单元工作在FS模式下，根据应答器描述的地面轨道电路载频信息控制轨道电路信息接收单元根据应答器信息锁定上/下行载频。同时对轨道电路信息接收单元接收到的轨道电路信息进行载频核对，若轨道电路信息接收单元接收到的轨道电路载频与应答器描述的载频不一致，系统将采取安全措施。列控车载设备处理机车信号的数据流程如图1所示。

图1 列控车载设备处理机车信号的数据流程Fig.1 Data flow of cab signal processing of onboard train control equipment

2 车载设备的异常处理

2.1 在较短的轨道区段内连续处理两次载频切换

吴忠站既与银中高铁接轨，又与西银客专正线接轨。由银川经吴忠至中卫南方向为下行方向，由银川经吴忠至西安方向为上行方向，因此西银客专接/发列车需在吴忠站进行上/下行行别转换。正常接/发列车进路存在一次上/下行载频切换，但1G～VIG向SF口西安北方面接/发列车进路中，存在短时间内两次上/下行载频切换的特殊场景。车站开放的进路如图2所示。

图2 列车进路示意Fig.2 Train route

2020年11月21日，兰州局配属装备CTCS-200C车载设备的CRH5G型动车组，吴忠站发车后在K542+591～K542+567位置，列车C2完全监控模式下以70 km/h左右的速度执行跨线作业时，机车信号显示L5的情况下，短时掉码触发最大常用制动，大约2 s后正常收码，随后自动缓解制动。列车在侧线股道发车后，车载设备根据出站应答器组中的[CTCS-1]包描述前方轨道区段载频分别为2 000 Hz、2 300 Hz和2 000 Hz，长度分别为129 m、177 m和745 m。列车触发制动故障位置在2 300 Hz的轨道区段。

车载设备会周期性的根据列车当前位置和应答器组中的[CTCS-1]包轨道区段信息来更新锁频命令和列车所在当前轨道区段，其中锁频命令被发送至轨道电路接收单元，TCR根据锁频命令锁定上行（2 000 Hz/ 2 600 Hz）或下行（1 700 Hz/ 2 300 Hz）载频解析轨道电路信号。

ATP发送锁频命令的更新逻辑：ATP根据当前轨道区段载频发送锁频命令，或当列车最小安全前端越过当前轨道区段终点时，根据下一个轨道区段载频发送锁频命令[2]。

ATP更新列车所在当前轨道区段逻辑如下。

满足以下两个逻辑之一即判定进入下一个轨道区段：

1）逻辑1：当列车最小安全前端越过当前轨道区段终点＋50 m时，列车所在当前轨道区段更新为下一个轨道区段；

2）逻辑2：当ATP接收到下一个轨道区段载频并且下一个轨道区段进入更新窗口，列车所在当前轨道区段更新为下一个轨道区段。

而判定下一个轨道区段进入更新窗口需同时满足以下两个条件：

己酉，上谓宰相曰：“闻朝臣中有交结朋党、互扇虚誉，速求进用者。人之善否，朝廷具悉，但患行己不至耳。浮薄之风，诚不可长。”乃命降诏申警，御史台纠察之。［1］930

1）轨道区段更新窗口最大值和最小值至少一个大于轨道电路起点；

2）轨道区段更新窗口最大值和最小值至少一个小于轨道电路终点。

轨道区段更新窗口最小值取值为：列车位置－最小测距误差－轨道电路传感器天线到车头距离－100 m。

轨道区段更新窗口最大值取值为：列车位置＋最大测距误差－轨道电路传感器天线到车头距离＋100 m。

如图3所示，通过分析车载设备控车数据信息包，可发现以下情况。

15:32:15，当ATP处于36 746 605周期时，判断出列车最小安全前端位置大于2 300 Hz轨道区段起点，满足锁频命令更新逻辑，ATP向TCR发送的锁频命令由上行切换为下行，如图4（a）所示。

图4 轨道区段窗口判断过程Fig.4 Judgmental process on track section window

在15:32:17，当ATP周期为36 746 621时，列车最小安全前端进入2 300 Hz轨道区段＋50 m，满足前文提到的列车所在当前轨道区段更新逻辑1，可安全确定出列车已进入到177 m的2 300 Hz区段，但是当前接收的载频尚未更新，仍保持在2 000 Hz，如图4（ b）所示。

由于列车正处于177 m的2 300 Hz轨道区段，轨道电路接收单元收到的载频命令为上行，但收到的轨道电路信号载频为2 300 Hz，导致列车触发掉码制动。

综上所述，此次掉码制动的原因是200C车载逻辑和过短的177 m连续上、下行切换的轨道区段设置不匹配造成的。轨道区段的更新窗口相对于较短的轨道区段来说，显得偏大，致使更新窗口已经越过了短轨道区段，ATP判断列车已然进入745 m的下一轨道区段，造成车载设备错误发送载频锁定信息，导致列车在完全模式下触发无码制动。

改进措施：现场最便捷的处理措施是让列车以较低速度通过177 m轨道区段，能够使列车位置不进入轨道区段更新逻辑2中的更新窗口内，确保177 m内收到2 300 Hz解码信息，避免此类故障发生。

长期且有效的解决方法可分两种：一方面，在上/下行载频需要进行切换的区段较少使用短轨道区段，轨道电路长度的设置不应仅仅考虑设计规范中符合要求的最小长度，还需要保证现场的适用性，尤其在具备特殊场景作业的车站。另一方面，轨道区段更新窗口计算公式中的100 m偏移量不在使用固定数值的误差值计算，根据轨道区段长度调整更新窗口，解决车载逻辑与连续上/下行切换的地面轨道区段设置不匹配触发掉码制动的问题。

2.2 低速跨线运行时载频切换条件的判断不够严苛

2019年7月21日，广州局配属装备CTCS-200C车载设备的CRH1A-A型动车组，在车站排列列车进路的出站信号后，列车C2完全模式下在岔区机车信号由HU码变为H码，车载设备转入冒进模式，触发紧急制动停车。

车载数据分析软件中的控车数据包如图5所示，在ATP周期为6 902 295时，列车当前位置为1 072 m，列车根据出站应答器组中的[CTCS-1]轨道信息包描述可知，1 700 Hz轨道区段的起点位置为1 055 m，终点位置为1 165 m。列车速度按照10.5 km/h计算，列车将会在周期6 902 508越过本区段终点，驶入2 000 Hz区段。

轨道电路解码数据如图6所示，在21:59:47时，机车信号接收天线已经感应到2 000 Hz载频信息，此时载频命令仍为下行，在21:59:49时，锁定载频命令切换为上行，在21:59:51轨道电路译码单元解译输出2 000 Hz载频的信息。整个过程为4 s左右。掉码原因为上/下行载频变换过程中，列车低速过绝缘节处，采集到的信号波形不符合译码要求，出现短暂掉码现象[3-4]。

为了优化列车低速跨线运行可能存在的掉码问题，根据既有逻辑对此类特殊场景下的不适应性，提出载频切换的优化方案。

允许载频切换的既有逻辑：当存在下一个轨道区段并且列车最小安全车头位于本轨道区段终点至终点加50 m范围内，允许载频为下一个轨道区段载频；否则允许载频为本轨道区段载频。

允许载频切换的优化方案：当存在跨线运行时，满足列车速度低于20 km/h且存在下一个轨道区段并且列车位置大于或等于本轨道区段终点并且列车最小安全车头不大于本轨道区段终点＋50 m，允许载频为下一个轨道区段载频；其他情况处理逻辑维持不变。

优化方案中增加了对于列车低速条件的判断，以及列车位置是否已经越过本轨道区段终点的判断。相较于之前的处理逻辑来说，对于列车在完全模式低速跨线运行场景下，轨道区段分界的判断能做到更加准确，可有效避免此类场景下的掉码制动故障。目前全路设备已完成软件升级。

2.3 预期无码区段的掉码制动

2022年2月22日，昆明局配属装备CTCS-200C车载设备的CRH2A型动车组，在昆明南动车所入所作业时，列车C2完全模式下在预期无码区段，车载设备转入冒进模式，触发紧急制动停车[5-6]。

列车以C2完全模式在昆明南动车所进行入所作业过程中，根据接收到的应答器组信息中的[CTCS-1]包描述前方轨道区段载频分别为2 300 Hz、0 000 Hz和2 000 Hz，长度分别为682 m、1 025 m和812 m。列车在0 000 Hz区段出现掉码制动现象，如图7所示。

ATP主机每周期150 ms运行一次主程序，每周期均会计算最小车头位置和判断无码超时逻辑。在18:42:31，列车接收到应答器组信息，更新轨道区段，默认轨道区段为连续首尾相接，所以将本应答器的起点5 971 m写入本区段终点7 806 m，导致列车当前区段如图8所示。此时定义轨道长度为0，而ATP计算允许速度是以闭塞分区终点7 808 m作为授权终点来倒推模式曲线，非UUS后的无码计算定义轨道长度为0，这种无码情况下不更新模式曲线，对列车允许速度无变化。

图8 轨道电路信息描述Fig.8 Description information of track circuit

在18:42:39时，列车位置6 038 m，最小误差为90 m，列车最小车头位置为6 038 m－90 m＝5 948 m，需满足列车最小车头位置越过轨道区段终点50 m才更新下一轨道区段信息，列车在无码区段不触发制动的条件为：列车位于本区段起点和终点＋50 m范围内，即5 971～6 021 m范围内。此时列车位置6 038 m已超出当前判定范围，触发无码超时制动。

发生上述故障的原因是由于测速测距误差较大导致轨道区段更新出现异常，触发无码超时制动。针对此类问题的解决方法：一方面优化测速测距模块的测速精度；另一方面是提升软件的鲁棒性，在测速测距单元传输来的数据出现明显异常的前提下，适当调整轨道区段更新参数，增加对此类特殊场景下的逻辑判定条件，对实际控制列车运行更具适用性[7]。

3 结束语

本文主要针对列车在C2等级完全模式下的掉码进行分析，重点讨论了现场运用过程中出现的车载设备软件处理逻辑与地面数据不匹配的故障场景。通过优化轨道区段更新窗口解决车载逻辑与连续上/下行切换的地面轨道区段设置不匹配触发掉码制动的问题。优化允许载频切换逻辑解决列车低速跨线运行出现的掉码问题[8]。由于测速测距误差方面导致轨道区段更新出现异常触发无码超时制动的情况，通过优化测速测距模块的测速精度和适当调整参数解决现场运用问题[9]。