近年來，在車載列車自動控制裝置( 以下稱ATC 裝置) 的系統結構中，軟件所占的比例在不斷擴大。2017 年 2 月，山陽區間為實行單級控制，取消了車載裝置的多級控制功能。隨著車輛技術的進一步發展，提高了獲取車輛數據的功能，并通過設置車輛數據分析中心建立狀態監測體制，構成可確認運行車輛數據的體系。
1 研究目的
ATC 裝置擴大了軟件占比，東海道—山陽區間全線信號為采用單級控制而取消了多級控制功能。隨著車輛技術的發展，提高了獲取車輛數據的功能，并通過車輛數據分析中心建立狀態監測體制。基于上述背景，將本次研究的目標設定為“利用車輛數據建立*佳的 ATC 特性檢查體制”。
2 檢查項目的研究
ATC 裝置在車輛側接收由地面發送的 ATC 信號，基于 ATC 信號和車輛性能信息，在車載裝置上計算列車信號。結合列車速度和位置的計算，對列車當前的信號與速度進行比較，自動輸出制動指令，使速度不超過信號。圖 1 為 ATC 裝置基本動作的示意圖。
ATC 裝置在 90 天以內進行所謂“ATC 特性檢查”的定期檢查。ATC 特性檢查可大致分為“ATC動作狀態檢查”、“外觀檢查”、“功能檢查”。表 1列示出 ATC 特性檢查的項目。
“ATC 動作狀態檢查”要從大型的試驗機輸入速度信息、ATC 信號，根據模擬生成的運行條件，確認輸出的制動以及異常時操縱器件的完好性。此外，還對 ATC 裝置及其相關聯設備進行“外觀檢查”與“功能檢查”。首先研究 “ATC 動作狀態檢查”的相關項目。
“ATC 動作狀態檢查”有 138 個檢查項目，大體可劃分為 3 部分。由于取消了多級控制功能，故無需檢查與多級控制模擬運行相關的項目。但需要對單級控制模擬運行的 ATC 信號接收電路、制動輸出狀態以及異常處理功能進行定期檢查，為此，研究了利用車輛數據的*佳檢查方法。
3 檢查方法的研究
3．1 ATC 信號接收電路
鐵道車輛利用受電器接收由地面發送的 ATC信號。接收的 ATC 信號經過調整、放大，在接收部進行解調( 反調制) 等信號處理后，發送到各控制部。由于信號處理與軟件有關，所以無需定期檢查。但接收 ATC 信號的受電器等屬于硬件設備，需要進行定期檢查。圖 2 為 ATC 裝置信號接收電路的示意圖。
受電器等硬件通過監測 ATC 信號的接收電壓把握電壓狀態。由于接收的電壓狀態作為車輛數據的數值被記錄下來，所以，通過讀取車輛數據，就可把握運行時接收電壓的狀況。圖 3 為車輛側接收電壓的曲線圖，縱軸表示接收電壓，橫軸表示列車位置，列車從左至右運行。接收電壓隨列車位置的變化而變動，不是恒定值。由于受車輛與發送器的距離以及軌道電路長度的影響，接收電壓不是恒定值。此外，接收電壓顯著降低的部位是軌道電路的邊界。對于這個數據，需要設定檢查替代標準值。由于要在全線路區間范圍內接收 ATC 信號，需對地面側所發送的 ATC 信號進行管理，故基于這些信號設定了標準值。此外，根據 4 萬個實際車輛數據的分析結果，確認了設定標準值的合理性。
原來的檢查方法是，使用大型試驗機輸入 ATC 信號，然后，對超過檢測電壓的顯示信號進行確認。
由于檢測閾值及檢測判定功能是通過軟件來實現的，所以無需定期檢查。但需要對接收信號的受電器等硬件設備的完好性進行確認。在新的檢查體制中，加強了硬件設備的檢查，對能夠在全線區間范圍內接收超過標準值的電壓的情況進行確認檢查。
通過更新檢查體制，每次檢查的確認次數是原來的 100 倍以上，提高了檢查精度。圖 4 為新、舊兩種檢查方法的對比情況。而且，在到站停車時，通過數據分析可把握每列車接收電壓的分布趨勢，并有效應用于設備老化診斷等的狀態監測( 圖 5) 。
3．2 制動輸出狀態
ATC 裝置根據信號、速度、車輛性能及線路條件等信息，選擇制動擋位并輸出制動指令。由于其內部的傳輸功能及運算處理是通過軟件來實現的，故不需要定期檢查。但通用部的繼電器是硬件，故圖 6 制動輸出狀態需要對通用部的完好性進行確認。圖 6 為 ATC 裝置的制動輸出狀態。
運轉控制部的制動指令經通用部輸入到配電盤以及記錄車輛數據的監測部。配電盤繼電器的反饋信息輸入到監測部。由于采用的機械式繼電器存在動作遲滯，故通過監測動作遲滯，即可確認通用部的完好性。利用車輛數據監測繼電器動作遲滯時，由于車輛數據中記錄的數值存在傳輸滯后，所以，需要研究附加傳輸滯后的標準值。圖 7示出考慮了繼電器動作遲滯和傳輸滯后而設計的“制動遲滯”系統。
對于繼電器動作遲滯與傳輸滯后，考慮了設計校準值，設定了制動遲滯的標準值。根據 17 萬個實際車輛數據的分析結果，確認了標準值的合理性。
在原來的檢查體制中，由試驗機輸入信號和速度后，對制動動作和緩解狀態進行確認; 而在新檢查體制中，由于有效利用了從制動指令信息到配電盤反饋的制動遲滯，不僅掌握了制動動作和緩解狀態，而且還能把握故障預兆。原來檢查方法的確認次數是20 次左右，而利用車輛數據的新檢查方法的確認次數是 1 300 次左右。
由于繼電器動作狀態確認次數是原來的 60 倍以上，所以，提高了檢查精度。圖 8 示出新、舊檢查方法的對比情況。
通過上述分析對比可知，單級控制模擬運行的“ATC 信號接收電路”及“制動輸出狀態”可利用車輛數據實現替代檢查。圖 8 檢查方法的比較
3．3 異常時操縱器件的檢查項目
原來的檢查方法是，由大型試驗機向 ATC 裝置輸入信號和速度，根據此時的信號顯示操縱異常時使用的開關( SW) 等器件，對 ATC 裝置輸入接點狀態及傳輸處理、信號顯示等功能進行確認檢查。由于各控制部分之間的傳輸處理及信號顯示的功能是通過軟件實現的，故無需定期檢查，但有關接點輸入狀態等的硬件設備需要檢查。
異常時操縱器件的檢查項目大致可劃分為 3類。第 1 類是“正常時接通而故障時斷開的器件”;第 2 類是“異常時接通的器件”; 第3 類是“轉換至備用功能的動作器件”。表 2 列示出異常時操縱器件的檢查項目。
( 1) 正常時接通而故障時斷開的器件
這類檢查適合車體傾斜列車控制器件的檢查，要對接點無焊接以及兩種電源無混觸進行確認。
( 2) 異常時接通的器件
這類檢查與制動軸比率開關及換向開關操作有關，要對操作開關時沒有接點**及斷線進行確認。
( 3) 轉換至備用功能的動作器件
這類檢查與 ATC 配電斷路器( ATCNFB) 操作有關，要進行系統轉換動作的確認。
針對上述 3 類檢查項目，研究了有效利用車輛數據的替代檢查方法，但由于正常運行時不操縱這些器件，故在車輛數據方面不能確認其完好性。然而，在操縱器件時，由于接點的狀態記錄在車輛數據中，故研究了利用這些數據進行檢查的方法。
利用在 ATC 裝置內的各控制部之間共有的LAN 傳輸信息，可確認異常時操縱器件的接點信息，故采用直接獲取 LAN 傳輸信息的確認檢查方法。
在原來的檢查方法中，必須將大量的信息輸入到大型試驗機中。而新方法中，只需取得 LAN 傳輸信息，故不僅可使試驗裝置小型化，而且還可確保原來的檢查質量。
3．4 外觀、功能檢查
ATC 裝置的外觀檢查采用傳統的方式，而速度發電機及輪徑需定期檢查確認，故這些裝置及部件均可在定期檢查中統一進行確認。地點檢測振蕩器因取消多級控制功能而被拆除，故無需檢查。由于 ATC 裝置具有實時狀態監測的功能，故檢查中無需對列車號碼設定進行確認。由于制動綜合動作與模擬運行 ATC 動作狀態檢查的項目相同，所以，采用替代檢查方式。
對檢查項目的分類及內容進行**調查后，研究了新檢查方法，表 3 列出所制定的*佳的特性檢查方法。
4 利用車輛數據的檢查體制
原來，每隔 90 天進行一次 ATC 特性檢查; 而有效利用車輛數據，1 次讀取數據可進行約 7 天的數據分析，而且，通過讀取、分析兩個駕駛操縱臺的數據，可實現高精度的檢查。新、舊兩種檢查體制的比較見圖 9。
原來，在大型試驗機上進行檢查; 而更新檢查方法后可在小型試驗機上進行檢查，故隨時隨地都可進行 ATC 特性檢查( 見圖 10) 。
基于選定的檢查項目及車輛數據可實現部分項目的替代檢查，以往每個操縱臺的檢查作業時間為 170 min; 而采用新檢查體制，每個操縱臺用 90min 就可完成檢查作業，效率比原來提高了 47%。
在縮短檢查時間的效果方面，新檢查體制符合定期檢查的工作日制，實施天數由原來的 365 天縮短為224 天，效率比原來提高了 39%。
5 結語
新檢查方法利用車輛數據替代了部分檢查工作，提高了檢查頻度及精度。此外，通過更新檢查方法，實現了試驗機小型化。通過替代檢查工作及更新檢查方法，縮短了檢查時間。由以上研究結果，確立了*佳的 ATC 特性檢查體制。
6 今后的展望
在N700S列車上讀取、獲得的車輛數據，在地面上即使不讀取也能取得、分析這些數據，所以，可實現高效且高精度的檢查。此外，利用車輛數據進行頻度分布以及多年變化的趨勢數據、設備異常動作狀態的分析，可把握故障征兆、強化狀態監測。今后還要在檢查項目中利用數據分析積累的經驗，實現更高精度的檢查。
