[发明专利]高速铁路列车运行控制车载系统故障逻辑建模方法

摘要

本发明公开了属于列车运行控制系统故障诊断技术领域的一种高速铁路列车运行控制车载系统故障逻辑建模方法。所述车载系统故障逻辑建模方法是根据一个UML模型的系统研发过程将车载系统的各个组件及功能模块分别进行充分的描述，具体包括输入故障模式、内部故障以及输出故障模式描述，可以以表格、文本或者图形的方式存在。然后组合成列控车载系统的故障逻辑模型，并对故障逻辑模型进行仿真，得出故障传播路径及故障结果。本发明使分析的故障模式更加具有系统性，故障逻辑建模时更容易从全局角度出发，有的放矢和有效降低列控系统安全分析的复杂度，缩短列控系统开发周期。

主权项

一种高速铁路列车运行控制车载系统故障逻辑建模方法，其特征在于，所述列车运行控制车载系统故障逻辑建模方法是根据一个UML模型的系统研发过程将车载系统的各个组件及功能模块分别进行充分的描述，故障逻辑模型分为五大子系统共13个模块，分别为应答器、小型天线单元CAU、应答器传输模块BTM、无线通信电台GSM‑R、通用保密装置GCD、车载安全传输单元STU、安全数字输入输出VDX、雷达、速度传感器、测速测距单元SDU、速度距离处理单元SDP、人机界面DMI和车载安全计算机单元ATPCU；具体包括输入故障模式、内部故障以及输出故障模式描述，其建模步骤如下：步骤1.确定列控车载系统结构及各组件功能,高速铁路列车运行控制车载系统非常复杂，子系统众多，每个子系统又由众多模块组成，总计多达百余个；每个子系统间通过多维度、多层次的接口有机连接，形成了一个完整的控制系统；根据高速铁路列控系统总体技术方案、列控车载系统结构图及系统UML模型，确定列控车载系统结构并理清各模块、组件间的功能关系，为后期故障模式分析做好原始资料的准备工作；由于整个系统模块及器件数量非常庞大，故采用全英文、首字母大写的统一格式对其分别进行命名，避免了后期由于命名不规范带来的建模软件报错，提高了工作效率；步骤2.基于历年列控车载系统故障统计总表，结合头脑风暴分析各组件的故障模式，所谓故障模式是指元器件或产品能被观察到的故障现象，由于车载系统具有多个子系统及多个模块，其故障模式具有复杂性和模糊不确定性，需要通过查阅大量的文献资料搜索出各组件的全部可能的故障模式；结合真实现场数据，补全由于人工分析经验不足造成的故障模式缺失，使得分析结果更加合理、科学、准确；步骤3.构建FMEA表格归纳各组件的故障模式及双重故障采用FMEA分析方法，根据系统可以划分为子系统、设备和元件的特点，按实际需要将系统进行分割，然后分析各自可能发生的故障类型及其产生的影响，以便采取相应的对策；利用步骤2.历年列控车载系统故障统计总表，列出列控车载系统各模块、组件的故障模式，表格中包含的信息有：故障部件、输入部件、输入故障模式、自身故障模式、输出故障模式、双重故障模式和输出部件；故障部件自下而上逐级排列进行分析总结；对每一个部件进行输入故障、自身故障、输出故障、双重故障分析，依次首尾相传，直至故障到达顶端ATPCU，由此通过故障模式来辨识系统危险，并在此基础上评估故障模式对系统的影响；步骤4.采用Stateflow建模工具，实现对故障传播模型的编辑和仿真功能，根据步骤3，将总结的各模块、部件故障模式和结构关系抽象为互为映射的故障逻辑模型，结合仿真技术并遵循系统设计生成系统级和组件级故障逻辑模型；在Matlab/simulink中建立故障逻辑模型的整体架构及模块间的故障传播关系；为了实现复杂控制和有效监督，自身故障及底层模块的输入故障也编辑在simulink中，并以开关switch形式所产生的布尔值表示故障是否发生，“1”表示故障发生，“0”表示故障未发生；stateflow中建立事件驱动模型，驱动条件即为外部simulink中的输入故障及自身故障，若状态A与状态B之间的驱动条件C被激活，则由从箭头起点状态转移至箭头终点处状态，且转移路线即故障传播路线变蓝清晰可辨识，底层故障层层转移直至ATPCU中，在ATPCU的输出端设置display器件便可得到最终仿真结果。