杜飞
中车唐山机车车辆有限公司 产品研发中心，河北省唐山市 063035
摘要：本文基于TCN网络架构进行了列车网络控制系统拓扑方案设计，建立了系统可靠性模型，并针对可靠性指标进行了分析；通过系统可靠性模型建立与分析，绘制了系统可靠度曲线，在一定程度上对列车网络控制系统设计可靠性进行了验证。
关键词：列车网络控制系统；车辆总线；可靠性；
0.引言
为国内解决城市交通拥堵等日益突出问题，近些年来轨道交通项目在全国遍地开花，但伴随而来的对可靠性、维护效率等方面提出了更高的要求。TCMS是列车关键系统之一，用于控制和管理牵引、制动、辅助供电等智能子系统，对列车正常运行的有重要作用，本文针对列车网络控制系统设计方案进行了可靠性模型搭建和分析。
1.系统方案
列车网络控制系统对列车各子系统采取监视、控制和管理三类策略。其中，监视是指对子系统状态进行采集和判断；控制是需要向子系统发送相应指令，并要求子系统做出一定响应；管理是指在监控的基础上，对相应子系统的状态做出判断。
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图1列车网络控制系统方案
2.系统可靠性分析
为了对列车网络控制系统的可靠性进行预计和估算，对系统可靠性模型进行建立和研究[1]。根据列车网络控制系统设计方案，结合整车控制机制，建立列车控制系统可靠性模型，通过开关0.0/1.0/2.0控制，如图4所示。开关0.0用于判断TCMS是否可用，开关0.1位置表示TCMS状态正常，开关0.2位置表示TCMS故障，列车切换至硬线控车模式；开关1.0用于判断车辆控制单元VCU功能是否可用，本车VCU进行热备冗余设计，开关1.1和1.2位置皆可完成车辆控制单元VCU模型功能；开关2.0用于判断数据记录功能是否可用，本车数据记录进行了备份冗余设计，开关2.1和2.2皆可实现数据记录模块功能；网络系统其他设备皆为串联关系，其中有一个发生故障都会影响系统功能的实现。
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图2网络控制系统可靠性模型
根据列车网络控制系统各设备可靠性参数及系统故障情况，计算出本文设计方案中可靠性模型的MTBF目标值，分析系统可靠度。假设产品的故障率服从指数分布[2]；系统及其组成单元只有故障与正常两种状态。系统故障模式分一下三种：运营服务故障；晚点故障；维护故障。
(1)运营服务故障
运营服务故障是指列车不能继续维持商业运营或对商业运营造成较大影响的故障，包括：
救援：即需要另外一组列车将故障列车拖回车辆段。
掉线：需要立即疏散乘客，列车空车返回车辆段；或将乘客运送至终点站后，列车返回车辆段。
未出库：由于车辆某一部件不能正常工作导致列车不能按所排定的运行图上线运营，需由其它列车替代其投入运营。
(2) 晚点故障
大晚点：列车因故障在线路上停车时间超过3分钟，对商业运行造成了较大影响。
晚点：列车因故障在线路上停车时间小于3分钟，对商业运行未造成较大影响。
(3) 维护故障
碎修、列检故障：车辆运营中由司机发现的车辆故障及检修人员检查中发现的故障。
根据公司某项目TCMS硬件设备可靠性指标，见表2至表4，通过数学模型将对可靠性分配进行研究[3]，得出图5至图7系统可靠度趋势，用于指导TCMS方案设计和后续维保计划制定。
（1）
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（2）
（3）
式中，λS是系统失效率；MTBFS是平均无故障时间；RS(t)是系统可靠度；t是系统工作时间（小时）。
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3.结论
本文针对列车网络控制系统方案，通过系统可靠性建模设计和分析工作，得出运营服务故障MTBF=48402.71＞45977.01小时，晚点故障MTBF=33681.37＞30303.03小时，维护故障MTBF=3101.06＞2150.54小时，网络控制系统的设计方案能满足本项目列车系统可靠性指标分配要求。系统可靠度曲线显示了列车网络控制系统完成预定任务的可靠度随时间变化的趋势，可作为制定维护保养计划的依据。
参考文献
[1]曾卢奎,赵廷弟,张建国,等.系统可靠性设计分析教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001．
[2]韩霜.列车网络控制系统软件可靠性分析及研究[J].制造业自动化, 2017,39(4):139-142．
[3]王孝延,吴萌岭,赵惠祥.2型高速动车组的制动力分配和可靠性建模[J].同济大学学报(自然科学版),2010,38(9):1359-1362．