复兴号动车组智能技术创新应用及展望

复兴号动车组智能技术创新应用及展望

胡秉涛

中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛 266000

摘要：“复兴号”动车组通过互联互通和统型设计，采取统一的TCN通信标准，实现各车辆数据共享交互，为子系统沟通协作、互补控制提供数据交互平台。制动系统利用列车网络控车技术，可实现各车辆制动控制单元（BCU）间的网络数据充分交互，将分散的各车辆制动功能控制整合为统一的列车级集中控制，实现制动功能的取长补短，协同控制，达到最优的制动控制效果。

关键词：动车组;智能技术;创新应用

引言

列车电气系统作为复兴号ＣＲ２００Ｊ型动车组的关键系统，对于列车的运输安全、旅客的乘坐品质、检修的维护经济性具有重要意义。列车电气系统中的拖车电气系统是最直接与乘客体验密切相关的系统，包含的各种子系统和产品如座椅充电插头、列车空调、电热器等，其可靠性、稳定性、智能化程度均直接影响着乘客的安全性和舒适性。目前铁道客车中仍存在因动力车输出过载保护而导致拖车负载无法正常工作的问题，亟需拖车电气系统完善优化相应的应急措施，使之在保证列车稳定运行的前提下，尽可能高地提升乘客的乘坐体验。本文依托于复兴号ＣＲ２００Ｊ动车组的电气系统，针对列车因动力车输出过载保护等致使电气设备无法正常工作的多种情况，提出智能化减载策略，满足列车的稳定运行要求。

1列车网络控车

“复兴号”动车组列车网络控制系统采用统一的TCN通信标准，使用列车级和车辆级两级总线式网络拓扑结构，列车级总线实现列车级控制，车辆级总线实现各车辆间数据交互和控制命令传输。350公里“复兴号”动车组采用WTB列车级总线和MVB车辆级总线拓扑结构，250公里“复兴号”动车组采用ETB车辆级总线和ECN车辆级总线拓扑结构。两套网络拓扑结构完全对等，便于网络系统对传输信息的管理和通信协议的统一。CCU（中央控制单元）是列车网络控制核心单元，具有多功能车辆总线（MVB/ECN）管理能力，能够进行被动的主权转移功能，实现车辆级总线管理、逻辑控制以及对子系统控制等功能。BCU（制动控制单元）为制动系统核心单元，负责车辆制动系统功能的控制管理。

2动车组智能技术的创新应用

2.1智能运维

智能动车组运营环境复杂，其线路运营里程大多超过1000km，单日运行里程最高可达3000km;服役区间横跨多个自然气候带，有时单程运营要遭受雨雪、强风沙、雷电等气象灾害侵袭;同时动车组存在8辆、16辆、17辆等多种编组情况。因此，采用神经网络和数学算法，进行数据驱动类和机理类模型研究，提高运维的自动化程度和效率，对于确保轨道交通运营安全、提高服务质量以及降低运营成本意义重大。智能运维系统的核心技术为PHM(故障预测与健康管理)，依托工业互联网、数据融合、人工智能、5G等技术，搭建由车载系统、车地数据传输系统和地面系统组成的智能运维系统。通过搭载各类温度、速度、加速度、振动、电压等传感器，实现关键系统及部件的数据采集;同时在各系统中集成智能运维模块对数据进行分析、存储及传输。集成车载安全监测系统，构建基于关键零部件服役性能状态监控、故障预警及预测、健康评估等功能的智能运维体系，实现车辆自动诊断、自动决策和自动排除故障，有助于提升动车组行车安全可靠性、提高动车组运维效率和降低全寿命周期运维成本。

2.2服务方面

5G技术实现了车辆娱乐系统及数据传输智能化提升;采用变频空调、灰水再利用系统、直饮水、车身轻量化、环保节能材料及可回收材料等，实现节能环保;设置机械师室和乘务员室集成屏，实现数据统一显示与集中挖掘，使得作业图5京张高铁智能化动车组Fig．5Beijing—Zhangjiakouintelligenthigh-speed EMU智能化水平进一步提高;主动降噪技术、压力波自动调节及变色车窗提升了动车组的感官舒适度;首次实现站车一体化服务的提升转型，以及站车信息的进一步交互，确保旅客服务信息贯穿覆盖全过程;全包围商务坐席提高了动车组的私密性。

2.3供配电系统

复兴号ＣＲ２００Ｊ型动车组是目前国内采用ＤＣ６００Ｖ供电制式最先进的铁路客车车型，采用集中供电、分散交流的供电模式，其ＤＣ６００Ｖ供电系统线路拓扑图如图６所示，系统主要由ＤＣ６００Ｖ列供电源和ＤＣ６００Ｖ负载构成。其中，拖车主要通过综合控制柜按车厢号奇偶选择自动将一路６００Ｖ直流电送入空调逆变电源和ＤＣ１１０Ｖ电源装置。空调逆变电源将６００Ｖ直流电逆变成三相５０Ｈｚ交流电，向空调装置、电开水炉等三相交流负载供电。ＤＣ１１０Ｖ供电装置将６００Ｖ直流电变换为１１０Ｖ直流电，给蓄电池组充电，同时向照明、供电控制等负载供电。客室电热采用ＤＣ６００Ｖ直接加热。

2.4智能行车

1)自动驾驶。配置有人值守自动驾驶设备，实现车辆自动发车、区间自动运行、车站自动停车(精度在0.5m以内)等智能行车功能。车辆新增ATO(列车自动运行)车载主机、速度传感器、测速雷达、GPＲS(通用分组无线业务)天线等硬件设备;TCMS(列车控制与管理系统)通过MVB(多功能车辆总线)接入ATO主机，实现ATO模式下的牵引/制动控制;增加车门控制继电器硬线，在ATP(列车自动防护)输出允许条件下实现自动开门。2)应急自走行。设置应急牵引系统，确保在接触网故障或者高压系统不可用的情况下，采用动力电池技术、环境感知及系统匹配技术，满足车辆走行需求。在特定高铁线路的任何区间发生供电故障时，均可应急走行至就近车站，具备自走行20km能力，其中5‰上坡道为5km，平直道为15km，走行速度为30km/h。兼具应急空调供电功能，车辆应急通风时间由120min提升至300min，全列车空调可半载运行。

3动车组智能技术发展展望

面向广域服役环境以及复杂载荷工况，现有动车组技术已经实现了应急自走行、牵引和制动等技术的研发，这直接影响到动车组关键系统及其部件的自动动态监控、监控及预警。随着动车组网联化程度的提高，智能传感器、物联网、射频识别等多维度现代电子监测感知手段，在车-车、车-地互联模式中越来越多地参与车辆状态数据采集、分析与交互。同步利用信息技术融合应用及统一挖掘，进一步加深对动车组自身状态、环境状态及运行数据等不同层次、维度的状态监测;综合智能化诊断，增加了列车自感知的广度和故障定位的精度，进而实现风险隐患自动排查、事故主动预防及故障快速处置，提高了列车运行平稳性和安全保障，提高了自动驾驶等级，进一步适应高速运行模式，确保动车组运营秩序。

结束语

复兴号动车组采用列车级制动控制技术，从列车级网络控车技术出发，利用车辆间充分的网络数据通信机制，将各车辆制动控制功能统一由TBM进行管理控制，将车辆间分散的本地制动控制功能优化为集中式控制，实现各车辆制动功能优化互补、协同控制。本文以司机制动试验、制动力管理、空压机管理和防冻结功能设计优化为例，阐述列车级制动系统控制技术的优势，为动车组系统功能的优化提供设计思路方法。

参考文献

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