邹 颖， 赵佳颖， 宋君君
（中车唐山机车车辆有限公司 产品研发中心， 河北 唐山 063035）
近年来，随着我国经济的快速发展，高附加值货物的种类和数量有了较大的变化，以汽车配件、电子信息、医药、服装、鲜花、海鲜等为代表的快运货物需求发展较快，这类货物对运输能力、 运输速度和运输条件有较高的要求。目前我国铁路开行的行包行邮专列在运输能力、服务水平与客户的要求还存在差距， 尚不能完全满足社会需求。随着客运专线进一步建设，为高铁快运动车组的开行提供了前提条件。
据统计，2020 年我国快递业务量达到833.6 亿件，同比增长31.2%，快捷货运市场潜力巨大。
因此，发挥高速铁路快速、准时、安全的特点，利用高速动车组列车运输小批量、高附加值的货物，提高运输资源利用率，增加运输经济收益，拓展铁路快捷货运服务十分重要。
高铁快运动车组是基于时速350 公里复兴号动车组技术平台，编组、速度等级及动力配置与复兴号动车组相同，重点对货物快速装卸、一体化运输以及在途管理等与货运相关的关键技术进行研究。
普通动车组单车内电气柜集成了单车所有的空开、继电器、隔离开关，司机无法解决的故障，一般都是由机械师到故障发生车厢的电气柜进行检查处理，高铁快运动车组为保证装载空间的最大化，车厢中间不设贯通道，原车内电气柜放置于车下，各车厢封闭。
机械师无法在车内直达故障所在车厢对故障进行处理，必须提出新的方案。
因电气柜安装在车下， 应急处理最简单的方案就是停车后，机械师下车处理，但有两个问题。
一个是车下电气柜的操作如正好在站台侧，人无法接触；
另一个是动车组原则上不允许途中停车， 特殊情况需要向行车调度申请，动车组涉及应急处理的系统（火警、制动、轴温、失稳等）并不少，不能总申请停车。
第2 种方案为将各车需要应急处理操作的开关、按钮通过硬线引到头车，此方案问题更多，首先要在机械师处增设操作处理装置；
1 个开关至少需增加2 根车内贯穿线（到两个头车），新增的车内贯穿线就超过了车端跨接线的预留。
第3 种方案为在头车通过人机接口显示屏 （HMI）触发MVB 网络控制单车继电器动作，继电器辅助触点接入动作回路实现，此方案易实施，由于加入了网络，需要提升方案可靠性，初步选定此方案。
以制动系统为例， 需要实现单车制动系统的切除和复位。
方案包括总体方案、硬线和网络。
3.1 总体方案
单车空气制动切除原通过机械师操作实现， 本项目仍只能让机械师操作。
具体通过机械师HMI 实现，在HMI 中增加单车空气制动切除显示界面，通过HMI 软键对单车空气制动进行切除，中央控制单元（CCU）接收到HMI 软键切除指令后， 通过车厢网络传递给单车I/O 信号，控制本车空气制动切除继电器，由该继电器控制单车空气制动切除，制动控制单元（BCU）将单车空气制动切除状态传输至HMI，CCU 对单车空气制动切除状态进行诊断，HMI 进行单车空气制动切除状态显示。
单车制动复位方案与空气制动切除方案类似。
3.2 硬线方案
硬线方案分为制动切除和制动复位两部分。
3.2.1 制动切除
制动切除需要在停车状态下操作， 原通过位于单车的手动开关触发，通过硬线直连到本车BCU。现通过网络的DO 脉冲信号触发双稳态继电器， 其触点通过硬线直连到BCU。
使用双稳态继电器的好处是可以长期保持住接收的信号，直到重新接收到信号，这样就避免了网络信号长时间输出造成的信号不稳定。为了提高可靠性，一个网络信号通过两个不同IO 机箱上的板卡输出。
=28-K17 为双稳态继电器， 其A1 端口和B1 端口都同时接收来自网络=24-T37 和=24-T50 IO 机箱的输出信号，A1 端口得电后， 其辅助触点动作并长期保持这一状态， 直到B1 端口得电；
=28-K17 的13、14 常开触点接入BCU，详见图1、图2。
图1 制动切除触发电路图
图2 制动切除电路图
3.2.2 制动复位
单车制动复位原通过直接复位故障BCU 的空开实现， 现在BCU 供电线路中串入继电器常闭辅助触点，继电器通过网络的DO 脉冲信号触发。
制动复位使用的普通继电器， 因网络的DO 脉冲信号只需维持很短时间。
为了提高可靠性，一个网络信号通过两个不同IO 机箱上的板卡输出。
=28-K20 和=28-K21 为制动复位继电器，都同时接收来自=24-T33 和=24-T34 IO 机箱的输出信号，=28-K21 的21、22，31、32 常闭触点分别接入BCU 第一个供电回路的正负极，=28-K20 的21、22，31、32 常 闭 触点分别接入BCU 第二个供电回路的正负极，详见图3、图4。
图3 制动复位触发电路
图4 制动复位电路
3.3 网络方案
网络方案包括诊断逻辑设计和HMI 方案。
3.3.1 诊断逻辑设计
动车组网络诊断系统由中央诊断系统和子系统诊断两部分组成。
中央诊断系统集成在HMI 上，对子系统上报的故障代码进行存储、分类、显示和评估。
子系统诊断主要涉及CCU、牵引、BCU、安全环路、转向架、给水卫生、照明等关键和重要系统。
诊断代码故障等级分为3 级，1 级故障为严重故障，需立即处理；
2 级故障为车辆功能受限，可以继续运行；
3级故障为车辆可以继续运行，但需入库后维护。
针对单车制动切除和复位，网络对HMI 指令状态和IO 机箱上的板卡输出信号进行比对，显示2 级故障代码；
对双稳态继电器和复位继电器辅助触点进行双路监控，显示3 级故障代码。
3.3.2 HMI 方案HMI 界面将BCU 切除和复位功能拆分成2 个界面。在HMI 制动切除界面上，各车均设置2 个按钮，实现切除和取消切除功能。
若想切除某车BCU，通过软按键来选择相应的车号。CCU 收到HMI 软按键按下BCU 断电指令时， 通过单车DO 输出高电平，控制单车BCU 复位继电器得电，BCU 供电电路上串接的该继电器常闭触点断开，BCU 断电；
延时15s 后，BCU 断电指令消除，单车DO 输出低电平，相应继电器不得电， 串接在BCU 供电电路上的常闭触点闭合，BCU 得电。
以上复位操作必须在动车组速度小于5 km/h信号有效时才能实现。
操作完成后，切除（字样）下的灰色按钮按钮显示红色， 通过在制动切除界面查看单车制动缸压力为0 判断是否制动切除成功，见图5。
图5 制动切除HMI 设置
对于01/08，03/06 车， 通过在HMI 界面上增加2 个按钮，实现单个BCU 复位。
当需要复位某车的BCU 时，在HMI 的BCU 复位界面，选择相应车的BCU 复位键（即复位BCU1 字样所在处），HMI 发出3s 脉冲后HMI 复位键回弹到初始状态。
操作完成后， 图6 中复位BCU1 下的灰色按钮显示绿色。
在HMI 的通信状态界面查看BCU 是否重新在线。
图6 制动复位HMI 设置
由于制动切除功能涉及行车安全， 对此做了安全评估， 详见表1。
表1 制动切除功能安全评估
高铁快运动车组已完成厂内调试， 对各项功能进行了验证，试验结果各功能正常。
高铁快运动车组关键系统应急处理采用网络驱动单车继电器方案，易于实现，经评估，电路各环节都有监控，网络板卡进行了冗余设置，控制逻辑合理。
未来随着高铁快运动车开展厂外试验，以进一步验证可靠性。
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