高速动车组空调系统的诊断与优化

高速动车组空调系统的诊断与优化

王超1王赛轲2王志德3

中车青岛四方机车车辆股份有限公司  山东省  青岛市  266111

摘要：根据高铁列车的实际工作，对其空调控制器的故障进行统计、归纳和总结，并提出改进控制器的工艺质量、改善控制器低压控制线路、优化控制器软件等措施，以达到减少列车空调故障率的目的。

关键词：动车组；空调控制器；故障；诊断；优化

引言

在高速列车快速发展的今天，对动车组进行早期故障预测，提出相应的对策和建议，避免或减少动车组运行中出现的事故，提高动车组运行的安全性和可靠性具有十分重要的意义。在信息技术发展的今天，我国已逐步形成一种基于状态监测与维修的动车组状态监测与维修方式，这是对列车运行状况进行分析、判断维修时间的关键技术。

1 故障诊断系统在动车组监测中的作用

1.1 提高动车组运行可靠性和安全性

现代动车组技术先进，结构复杂，对机车的可靠性有很高的要求，这类可靠性一方面要靠各部分结构件的可靠度，另一方面要靠状态监控与故障诊断系统来进行，这样才能使列车在行车过程中出现的各种故障得到及时的发现和处理，从而使列车的安全得到保障。

1.2 为动车组维修提供重要依据

状态监控与故障诊断系统，不但能为机组人员提供列车运行状态、故障等级、提出故障排除方案，同时还能将故障信息传递给地面工作人员，做好检修工具与人员的准备，减少列车停机时间。

1.3 综合检测、显示、记录、存储和数据分析功能

当故障发生时，可以将故障的状况、等级和解决对策建议显示在显示屏上，并将故障发生的时间、位置以及相关参数的变化情况保存下来，以便后期进行进一步的分析。

1.4 为动车组改进和发展提供依据

列车运行状况监控与故障诊断系统所收集到的大量资料，不仅是检修工作的一个重要基础，同时也可以对列车的整体性能及主要部件的可靠性进行全面的分析和评价，为今后的研究和发展提供重要的参考。

2动车组故障诊断系统分析

2.1 动车组故障诊断系统模式

高速、大载重是我国铁路发展的必然趋势，这就需要实时监测车辆状态、实时安全监测和及时处理故障。高速列车是一个复杂的系统，其运行状况监测与故障诊断都是在各个子系统中进行的，动车组的诊断系统通常被称作“动车组中心诊断系统”，其与MMI接口结合，并安装有评价软件。

2.2 故障诊断类型及技术

高速动车组是一种高度综合、复杂的系统，其失效原因多种多样，所以会给列车运行状态监控与故障诊断带来困难。就机车设备的故障诊断而言，大致可划分为：功能诊断与运行诊断、定期诊断与连续诊断、直接诊断与间接诊断、简单诊断与精密诊断、在线诊断与离线诊断等。其中，功能诊断指的是新安装的或修理的零件，其功能是否正确，并按试验结果进行调试，如牵引电机、空调系统等。列车设备的电压、电流、温度、频率、速度等多种状态信息通过车载仪表和微机自动获取，对不正常的信息进行持续的监测，并对其进行预警和处理。动车组运行状态监测与故障诊断技术包括信号监测、特征提取、状态识别与预测判断等，并利用车辆上的传感器对状态进行监测，并对其进行信号处理、消除噪声、突出故障特征、判断故障部位和原因，并给出相应的防治对策和维护决策。

2.3 动车组故障诊断架构

动车组的故障诊断系统总体上是模块化的，例如：刹车、防滑、牵引辅助监控、车门系统状况、通风、空调、旅客信息管理等。列车故障诊断系统分为系统级和列车级，系统级主要负责对有关系统的各个部分进行监测，对故障原因进行识别与分析，并将其上报给列车级系统；而列车级系统则是以输出必要的信息、提醒、存储子系统的报表等为主要任务。该子系统具有断电安全诊断存储，根据外部的基本情况，尽量避免发生连续的故障，并将故障原因存储到自带的诊断内存中，并向列车中心诊断系统发送相应的功能限制报告。维护人员可以使用RS232接口读取和评价存储的内部数据，对于接触器、照明等无数个数据的器件和系统，通过故障信号，由控制中心向动车组中心诊断系统汇报。故障信息可以传送到MMI系统，维修人员可以通过远程的数据传送，对列车运行状况和故障做出正确的判断，并采取相应的对策。

3 空调系统控制模式设计

3.1 自动模式下主要功能

①空调开模式。当操纵者经由HMI的集控或单车启动指令后，空调机主控会收到指令，并将指令传送至对应的从控系统，以避免因启动时产生的冲击电流，空调器主控制器应根据特定的启动次序，依次启动压缩机，实现动车内温度的自动调整。

②空调关闭。空调机控制装置仍有电源，但会进入睡眠监测状态，关闭所有空调机的电源负荷，空调机会监测温度状况，当出现过热或过冷时，会进入对应的过热和低温保护模式，启动相关的元件，确保车厢内部的温度在适当的范围内，避免因高温而造成的损伤。

③洗车模式。这种方式是为在列车上清洗而设计的，为避免列车进水对列车造成伤害，空调系统需要关闭外部的进风口和排气口，系统会利用室内的空气来调整温度。

④空调紧急关闭。当需要彻底关机时，可采用HMI模式选择开关、火灾系统等方式来完成，这时，系统会彻底关机，不会再有温度的监测和控制。

⑤服务保持模式。这个功能是为让乘客在上车时处在适宜的温度条件下。在这个模式下，只需要输入列车出发时间，然后由空调系统根据内部的算法来调整温度，以确保在这个时刻内，列车的温度会被调整到适当的范围。

3.2 手动模式下的功能

①50%以及100%的冷冻，单冷却回路的启动是通过硬件来实现的，因此，系统可以在50%和100%的制冷条件下运行。

②50%以及100%的加热，该动车的加热元件的启动也是通过硬件来实现的，这样就可以实现动车内部环境升温的目的。

③动车环境透气，通风元件的启动是通过内部硬件来控制的，通过手动进行调节，人们就可以保证动车系统的通气。在人工方式下，零件的启动管理，通过CCU发送不同的脉冲进行控制，确保各个车辆之间不会同时启动，避免大的碰撞电流对列车的交流母线造成损害。而在列车内部的空调组件启动管理则是通过系统内的硬件和延迟来实现的。能源管理的手工方式，CCU通过对对应的电源模块进行检测，以判断对应的方式能否接通。因为每个电力系统只有一台备用电源，当发现无ACU故障或只有一个ACU发生故障时，CCU将会允许正常的人工操作；当检测到两个单一ACU或一个D-ACU出现故障时，可以降低人工功能（也就是只有50%的功能），如果有超过两台单个ACU或更多D-ACU出现故障，则为安全起见，将不允许使用人工功能。

4 结语

总而言之，高铁客舱是一个封闭的空间，在旅客出行中有很大的作用，空调系统一旦出现故障，将会对动车正常运行造成很大的影响。空调系统的设计过程非常复杂，本文就其故障诊断功能的设计思想进行论述，以期对空调系统的设计有一定的参考价值。

参考文献

[1]陈广泰,白刚,庞学博,徐峻,赵金龙,陶桂东,武双虎,曹金.高速动车组空调CO_2工质应用研究与实现[J].国外铁道机车与动车,2021(05):8-14.

[2]张英姿,刘峰.轨道交通车辆空调系统智能控制技术研究[J].计算机测量与控制,2021,29(10):123-127.

[3]王艳红.高速动车组空调系统新风口气密结构[J].山东工业技术,2018(11):59-60.