城轨车辆车门故障便携式检测装置研发*

张文都 王维华

（陕西交通职业技术学院轨道交通学院 陕西 西安 710018）

引言

社会的进步推动了城市轨道交通的发展，一些大城市早已投入并运营城轨车辆。当前，我国正在进行有史以来规模最大的城市轨道交通建设，城市轨道交通系统一旦建成通车，就必须保证整个系统夜以继日地安全与高效率运行。作为城轨车辆的关键系统之一，车门系统的良好技术状态能为城轨车辆准时、准点运行以及快速、频繁上下客提供重要保障[1]。目前，我国城轨车辆车门系统在故障检测、维修及门控器电路板检测中存在较多问题，如：故障率高，故障测量点位置过多、过高、视线不佳且隐蔽；在故障维修后，检测人员需大量连续开关门，以确认系统维修情况，这就要求检测人员在司机台反复操作按钮；故障车门位置需安排检修人员进行现场查看，大大增加了故障处理时间；城轨车辆车门使用频率高，在线运行过程中，一些偶发性的随机故障难以得到及时监控等。这一系列的技术问题，对检测人员的素质提出了极高的要求。为解决这些问题，本文研发了一种便携式城轨车辆车门故障检测装置，可实现车门多次自动开启和关闭，节约人力和提高工作效率的同时，还能检测车门故障状态。

1 城轨车辆车门系统故障

城轨车辆车门系统故障有机械故障与电气故障等2种类型，其中，机械故障涉及机械部件的尺寸与位置失调以及零部件的损坏等；电气故障则涵盖行程开关、门控器、车门电机故障以及电气线路故障。

在机械故障中，较大而又集中的客流量以及车体挠度等会引起车门相关部件与车体部件等的干涉，导致车门出现机械部件尺寸、位置的失调；而使用时间过长或存在批次质量较差、润滑不足等问题，会对零部件造成磨损或损坏。在电气故障中，行程开关故障是指车门打开后，按下关门按钮，存在单个车门不能关闭的问题。这时，车辆信息显示屏上会有车门故障显示。这一故障的原因主要是车门关闭行程开关DCS在打开时出现问题或存在误操作。当执行关门任务时，电子门控单元（EDCU，即门控器）收不到“门关好”的信息，便发出“车门故障”信息于车辆诊断系统；门控器故障包括EDCU软硬件故障与突然死机等；车门电机故障表现为车门没有反应、车门在开启或关闭一段距离后停止运作等；电气线路故障是指电机插线松动、插头松动或接线排线路松脱等引起通讯故障，导致车门不能关闭。表1为城轨车辆车门系统的常见故障与原因分析[2]。

表1 城轨车辆车门系统常见故障与原因分析

2 检测装置硬件设计

2.1 检测装置整体构造与工作原理

城轨车辆车门故障便携式检测装置集成于一个方便携带的箱子内，箱子由箱体与箱盖组成。箱盖处放置键盘，箱体上部为显示屏，箱体的右侧位置为开关按钮与数据接口，显示屏左侧为电源，显示屏下方为由单片机控制模块、I/O电平转换模块以及收发存贮模块组成的嵌入式系统。图1为检测装置整体构造。

图1 城轨车辆车门故障便携式检测装置整体构造

箱体与箱盖通过铰链连接，数据接口由2个USB接口组成，分别用于嵌入式处理设备与键盘、EDCU的连接。

检测装置的工作原理如图2所示，电源模块为嵌入式系统以及显示屏供电；嵌入式系统中的收发存贮模块接收键盘发出的指令，并传递给单片机控制模块；单片机控制模块根据指令，对数字量进行处理，并将处理结果传递给I/O电平转换模块；I/O电平转换模块将数字量转换成模拟量，经单片机控制模块反馈给收发存贮模块；收发存贮模块根据处理结果对EDCU发出开关门指令，以实现开关门的操作。

图2 城轨车辆车门故障便携式检测装置工作原理

2.2 检测装置主要参数

城轨车辆车门故障便携式检测装置的主要硬件参数如表2所示。

表2 城轨车辆车门故障便携式检测装置主要硬件参数

键盘是检测装置的重要组成部分，基于对键盘形状与键位参数科学定位的考虑，结合前人提出的分离设计思想与前人所总结的键盘与水平面最舒适的夹角为18°的经验[3-4]，选用左右分离可调式键盘。使用这种键盘，用户的手会处于最自然的状态，大拇指的按压动作会很自然地改为向侧面划拨，提高了大拇指的使用效率。键盘外观如图3所示，这种键盘与人机工程学相符。

图3 键盘设计外观图

3 检测装置软件设计

3.1 检测控制与故障显示

检测装置从键盘处接收信息，向EDCU发出开关门指令，并对整个检测过程进行控制，处理、比对及显示所检测到的故障结果[5]。

控制检测过程并显示故障是检测装置功能实现的核心，根据单片机PSoC的程序编码要求，选用TURBOC2.0+Visual Basic6.0语言。该程序所需实现的主要功能有：检测装置内各模块之间的数据传输、从键盘接收信息、在显示屏上显示数据并进行数据的存储等。启动运行后，检测装置执行嵌入式系统的数据处理程序命令，进行整个检测过程的控制，程序由嵌入式系统的收发存贮模块封装。此外，检测装置的数据处理程序具有对数据进行后续处理的功能，如建立数据库、对车门数据进行管理、为用户随时查询检测报表提供便利等。检测装置的控制检测过程与显示故障程序流程图如图4所示，数据后续处理程序流程图如图5所示。

3.2 I/O电平转换

将Smart I/O模块置于单片机PSoC的外设与I/O口之间的信号路径上。先对I/O口的输入信号执行逻辑操作，然后路由至单片机PSoC的外设与芯片的连接单元。也可先执行对单片机PSoC外设输出信号与芯片内部连接信号的逻辑操作，然后路由至I/O端口。Smart I/O模块具有在低功率模式下运行的优势，必要时，能通过端口中断唤醒芯片。图6所示为Smart I/O模块的集成方式。

图4 故障检测控制与显示故障程序流程图

图5 故障检测数据后续处理流程图

图6 SmartI/O模块集成方式

Smart I/O模块由具有互联矩阵的Look-Up、Table、LUT输入查找表等组成，可通过互联矩阵灵活互联，用户不用进行任何代码的编写便能完成对Smart I/O模块的配置。本文中，PSoCCreator利用图形用户界面对模块配置进行简化。Smart I/O查找表的真值表在GUI的下拉列表中，通过限定输出值，为全部可能的输入组合进行配置。

4 结论

作为城市交通的重要组成部分，城轨车辆有着客流量大且运行频繁的突出特征，难以避免地存在一些安全隐患，要对这些安全隐患予以消除，必须以各种先进的检测设备为支撑，早发现、早诊断、早排除。城轨车辆车门故障便携式检测装置利用现有控制技术控制车门的开与关，检测车门工作状态，并对车门故障进行诊断，有利于节约人力和提高工作效率。