CRH6A型動車組車門無法打開故障分析與改進

胡繼珍，楊 猛，張春雨，張婷婷

（IFE-威奧軌道車輛門系統（青島）有限公司 工程部，高級工程師，山東 青島 266108）

1 故障概況

運營在珠三角地區穗莞深城際鐵路上的CRH6A型城際動車組［1］，有12列列車的客室門采用IFE公司的單扇塞拉門系統。2021年上半年共發生4起車門無法打開的故障，其中一起故障造成晚點2分鐘，一起故障造成晚點7分鐘，對運營服務造成影響。列車回庫后檢查門控器記錄的故障代碼為1：電機線路破損故障。實際檢查電機的線路連接沒發現異常，門控器和電機部件經檢測也無異常。

2 故障原因分析

2.1 電機線路破損故障的原理

塞拉門系統采用氣動鎖閉機構，通過電機驅動車門的打開和關閉［2］。車門收到列車開門信號后，首先解鎖鎖閉機構，再通過電機將車門打開。IFE車門系統的電機采用經典的有刷電機，電機尾端配置一個編碼器，電機線路如圖1所示。電機通過插頭X14直接連接到電子門控器的插頭X2上，編碼器通過插頭X14直接連接到門控器的插頭X1上。

圖1 電機接線圖

車門系統定義電機線路破損故障的檢測邏輯為：車門打開或關閉動作過程中，門控器實時檢測電機回路的電流值，若電機電流值小于設定的閾值超過0.5s，則認為電機線路破損，并報出故障代碼1。

電機線路破損故障通常跟電機插頭X14和門控器插頭X2有關。插頭松動或插頭內的插針接觸不良都有可能引起電機線路導通不良，導致電機線路破損故障發生。但在故障分析中，電機插頭X14和門控器插頭X2均安裝良好，插頭的插針無變形，不是引起電機線路破損故障的原因。

電機內部碳刷跟換向器接觸不良，也可能導致電機回路導通不良。故障發生后從電機插頭X14處測量電機內部阻值為5～11Ω，電阻較小，說明碳刷和轉子接觸良好。電機拆解檢查碳刷和碳刷支架，工作狀態良好，沒有磨損過大或變形的現象。因此電機部件沒有問題，不是引起電機線路破損故障、導致車門無法打開的原因。

2.2 故障模擬

現場出現故障后檢查車門功能正常，故障無法復現，且沒有發現線路破損電機損壞的現象。因此有必要進一步調查故障發生的條件，以分析出故障原因。

調取車廂內監控視頻發現，4起故障發生時均為該車出庫后第一次操作集控開門，且在故障發生的前一站，乘務人員均通過操作外緊急裝置的方式將車門打開，乘務人員上車后手動將車門關閉到鎖閉位置。經確認乘務人員通過操作緊急裝置開門的原因是，該車正線運營之前，乘務人員需要打開一個車門往車內運貨。通過分析可以確定，該故障跟車門被操作緊急打開并手動關閉到位有關聯。

根據《車門功能說明書》在操作緊急裝置將車門打開，然后手動關閉到位后，電機會往關閉方向動作一次，以確保車門關緊［3］。關閉過程的電機曲線如圖2所示，車門關閉到位后（車門開度變為0）門控器給電機輸出約33V的電壓，持續時間約0.3s,電機線路關閉方向的電流約6A。

圖2 手動關閉車門電機曲線

此后操作列車集控開門按鈕，車門正常打開。開門過程的電機曲線如圖3所示，門控器輸出控制電壓，控制車門打開，車門開度由0逐漸打開到100%位置。

圖3 集控開門電機曲線

通過車門診斷軟件實時監控車門的電機曲線，在庫內按照下述步驟實驗：

a.操作緊急裝置打開車門；b.手動將車門關閉；c.操作集控開門；d.操作集控關門。

由于該車門為塞拉門系統，手動關閉車門時需要以適當的力量將車門拉到鎖閉位置。若力量太小則無法將車門拉到鎖閉位置；若力量太大，則門扇拉到鎖閉位置時，會因門板撞擊車體導致門板被彈開一條縫，而無法關到鎖閉位置。按照上述步驟反復實驗，最終復現了該故障，故障發生時的電機曲線如圖4所示，在手動將車門關到鎖閉位置之前，門控器沒有輸出控制電壓，但電機回路上產生了電流（電流值＜1A）。此后將車門關閉到位后門控器輸出控制電壓嘗試關緊車門，但電機回路上卻沒有產生電流。

圖4 手動關門電機曲線

此后操作集控開門命令，門控器輸出電壓以驅動車門打開，但車門電機回路無電流，車門保持在關閉位置無法打開（如圖5）。故障現象與正線故障完全一致。

圖5 集控開門命令無法開門時的電機曲線

2.3 故障原因分析

由上述模擬可知，手動將車門關閉過程中，電機回路上檢測到電流；此后操作集控開門時門控器控制電機開門但電機回路上沒有產生電流，導致車門無法打開。該故障不是由電機線路和插頭引起的，也不是電機引起的，需要進一步分析門控器內部的控制回路。

門控器內部電機控制回路功能框圖如圖6所示［4］。電機的正轉和反轉分別通過H橋驅動器控制H橋電路切換實現。電機控制電路中有溫度傳感器和電壓傳感器，用于電機電路的過熱保護和過壓保護。車門打開時，微控器輸出Motor Enable信號，H橋驅動器切換為Open回路導通；車門關閉時，微控器輸出Motor Enable信號，H橋驅動器切換為Close回路導通。Umot_Sense為電機回路上的電壓測量值，過壓狀態下RS觸發器輸入端S=1,R=0，輸出端（Overvoltage shutdown）Q=1。Motor Enable信號和過壓信號（Overvoltage shutdown）和過熱信號（Overtemperature shutdown）通過與門芯片控制H橋驅動器，過壓信號（Overvoltage shutdown）激活的情況下，與門芯片輸出為0，H橋驅動器切斷Open∕Close電路，此時無法驅動電機轉動。Umot_Sense電壓恢復正常后，微控器可通過輸出復位過壓信號（Reset Overvoltage shutdown），使RS觸發器的輸出Q過壓狀態信號（Overvoltage shutdown）置0，從而使與門芯片控制H橋電路恢復導通。

圖6 門控器內部電機控制回路功能框圖

由于電機是感性負載，在用手將車門拉到關閉位置的過程中，電機回路上會產生感應電壓。圖4中手動關門過程中的檢測到的電流即是感應電壓產生的。手動關門過程中微控器輸出控制電壓為0V，而電機回路中檢測到比較大的電壓，電機電路被H橋驅動器自動切斷。因此車門收到集控開門命令時，微控器雖然輸出電壓驅動電機轉動，但電機回路上的電流為0，車門無法打開，并報出電機回路破損故障。

3 改進方案及驗證

通過以上分析可知，車門無法打開的原因是用手拉動車門關閉過程中，電機回路產生感應電壓，門控器內部檢測到過壓信號后切斷了電機電路，此后的開門過程中因電機回路斷開，導致車門無法打開。

根據上述分析，在電機回路電壓測量值Umot_Sense正常的情況下，可通過復位過壓信號（Reset Overvoltage shutdown）使H橋驅動器電機電路恢復導通。復位過壓信號（Reset Overvoltage shutdown）由門控器軟件控制，可優化控制器軟件控制邏輯，在車門電機往開門方向或關門方向動作之前，微控器首先輸出一次復位過壓信號（Reset Overvoltage shutdown），使輸出端處于激活狀態的RS觸發器被復位，從而使H橋電機電路閉合。此后再操作開門信號，車門即可正常打開。

按照該邏輯升級門控器軟件，以2.2節同樣的實驗步驟，在庫內反復驗證超過100次，故障現象沒再出現。實驗結果證明上述分析是正確的。

2021年6月份將新軟件刷新到列車上運行，截至2021年11月底，該故障沒再出現過，表明采取的優化措施合理、有效。

4 結束語

車門無法打開故障是一種非常規故障，通過線路檢測無法找到故障原因，因此從門控器內部的控制原理著手，全面分析了電機回路的控制回路和過壓保護原理，優化控制邏輯，采取車門電機動作前復位過壓保護信號，消除因電機感應電壓導致的過壓保護，保證電機回路復位導通，從而使車門能正常打開。經實踐證明，確認該故障徹底消除，保障了車輛的安全運營。