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高速动车组单手柄牵引控制改进方法研究

摘要：通过对单手柄牵引控车方法进行研究，针对产生此类问题的根本原因进行分析，通过优化中央控制单元的控制算法、调整显示终端的采样策略等方式全面解决了单手柄控车跟随速度慢、操作频繁的问题。
关键词：单手柄控车；中央控制单元；采样策略；
1 引言
单手柄控车是“复兴号”动车组特有的控车模式。单手柄司控器结构集成了牵引控制、制动控制和恒速控制三种功能，但是单手柄司控器本身也有其局限性，即一次只能发出一种控制指令，导致指令输出滞后，列车在进行牵引控制时，设定值发出延时较长，起车较慢，且在显示屏上的预设速度与实际设定值不同步，导致司机需要频繁操作手柄进行调节。
2 单手柄控车方式原理分析
主操纵手柄分为牵引控制区、牵引保持位、“0”位、制动控制区、紧急制动EB位。其中牵引区有K1、K2、C、K3、K4四个卡位，对应控制速度/级位设定快慢程度的不同上升斜率。在运营过程中，通过单手柄控制列车牵引行车时，设定一恒定的目标速度值，显示屏显示目标速度设定值滞后，存在控制不稳定的问题。
3 优化方案
司机需要不停变换手柄位置来调节列车速度，软件中需要识别司机设定的意图，识别时间过长时，起车缓慢，识别时间较短时，会导致设定值与预期值不一致。针对各个影响因素，中央控制单元CCU在处理手柄位置时根据手柄上标记的实际位置的不同设置不同的识别时间，即当K1位在手柄牵引扇区的末端，将K1位识别的500ms删除，K2、K3位处于牵引扇区的中部，到达K1位会经过这些位，因此这两个位置需要做延时，以防止误识别。经过试验验证，设置K2、K3位延时为200ms既可满足防止误识别，又能快速设置牵引值。K4位是进入牵引区的第一个位置，且属于大减速位，当手柄从牵引位直接进入零位时需经过这个位置，这个位置又和零位相邻，为了防止误缩小设置值触发制动，这一位的延时缩小为350ms。
改进后通过查看现车数据，手柄在K1位时，前10s按照每秒5km/h增速，21点46分31秒时的设定速度为180km/h，21点46分33秒时的设定速度为190km/h，目标速度每秒增加5km/h，符合设计要求。

图1 手柄设定目标速度
手柄设置时间较长除了受CCU逻辑本身对手柄设置时间信号处理影响外，还与网关和CCU交互时间以及CCU底层处理时间（100ms）有关，各信号传输过程如下图。

图2 车辆网络传输延时
复兴号动车组CCU程序的任务周期执行的先后顺序是：按照“执行顺序号”由小到大顺序执行，即T4、T5、T6。而CCU应用层模块放在T5模块中，CCU底层模块放在T4模块中用于发送给网关，也就是说在同一执行周期里T5和T6更新的信号值得等到下一周期才能被T4中输出模块任务发送出去，因此会造成CCU应用模块的数据发送到CCU底层输出模块的时间滞后100-200ms。针对CCU应用和底层程序执行顺序导致延时问题对CCU程序做如下优化：将原来放在底层T4中的输出模块放到T6任务周期；将原来放在底层T4中的CCU输入模块放到T5任务周期；优先执行T5任务周期中输入模块，再执行应用模块。
优化后的CCU应用程序经现车测试表明，CCU应用程序产生的目标速度值能在同一执行周期中发给CCU底层逻辑，不再有100-200ms。
另一项重要的优化措施为调整HMI数据处理周期。HMI接收P3报文来显示目标速度值，目标速度值都是按秒级累加，以手柄处于K1位为例，每1秒增加5km/h或25km/h，存在网络数据更新时间与HMI数据处理时间存在不匹配的情况。通过对HMI开发程序的分析，发现“设定速度”模块的显示刷新周期为1000ms，如果速度的变化发生在每个周期的开始，就会有1000ms左右的延迟。CCU传输“设定速度”的端口周期优化为100ms后，那么将HMI的刷新周期定为100ms既能接收到CCU发出的数据，又能解决失误。
通过以上一系列优化手段解决了一直困扰司机的驾驶难题，具备较强的应用意义。
4 结语
本文重点分析单手柄控制的特殊性，探讨了动车组司机驾驶车辆时车辆无法准确按照司机意图准确调整自身状态的原因，通过软件优化和现车试验验证，最终解决了单手柄控车时司机驾驶意图识别和车辆快速响应的矛盾，最大限度地减小了司机调整手柄的频率，提高了手柄设定的准确度。
参考文献：
1. 杨致琛.司控器模拟值超差问题分析[J].科技创新与应用,2017(28):166-168.
2. 夏鹏.CRH5型动车组司控器工作原理及故障预防策略[J].中国科技纵横,2017(6):58.

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