杜遷 李志宏 吳兵

摘要：基于行業(yè)供給側改革的發(fā)展態(tài)勢下，我國的綜合國力和經(jīng)濟實力取得顯著提升，同時推進了動車組領域的發(fā)展。高速動車組的電氣系統(tǒng)作為關鍵技術之一，關乎著動車組運行的可靠性與穩(wěn)定性。然而傳統(tǒng)高速動車組電氣平臺的設計理念與目前的需求存在矛盾，應當優(yōu)化與升級動車組的電氣平臺設計。鑒于此，本文依據(jù)動車組車輛電氣計算系統(tǒng)作為入手點，概述了傳統(tǒng)動車組電氣開發(fā)存在的設計弊端，并闡述了動車電氣計算系統(tǒng)的設計與研究。

關鍵詞：動車組;電氣計算系統(tǒng);設計;功能;研究

現(xiàn)階段，動車組在高鐵系統(tǒng)作為核心裝備，其電氣系統(tǒng)的開發(fā)與設計顯得格外重要。電氣系統(tǒng)的設計主要目的在于為乘客提供更加舒適的乘坐體驗?，F(xiàn)如今，傳統(tǒng)的電氣開發(fā)模式已經(jīng)無法適應時代的要求，因此，在動車組電氣開發(fā)的設計理念上，可以將系統(tǒng)級作為設計基礎，繼而建立全新的電氣計算系統(tǒng)。新的電氣計算系統(tǒng)既能夠解決傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)時常發(fā)生的如效率低、仿真精準度低、安全系數(shù)低等問題，又能夠較大程度的節(jié)約設計維護成本。

一、概述新舊電氣系統(tǒng)平臺設計的缺陷與優(yōu)勢

（一）傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)平臺設計的缺陷

動車組的傳統(tǒng)電氣開發(fā)系統(tǒng)，在設計上存在以下幾點缺陷：一是，系統(tǒng)平臺設計效率較低;二是，在電氣系統(tǒng)平臺上運行仿真數(shù)據(jù)與真實運行數(shù)據(jù)存在較大偏差，致使仿真數(shù)據(jù)的精準度較低;三是，在電氣系統(tǒng)平臺上數(shù)據(jù)代碼需要人工的方式進行編寫和后期校對，既耗費人力資源又導致安全系數(shù)較低;四是，只有等到系統(tǒng)完成之后，才能夠對控制算法進行驗證工作。一旦在后續(xù)的控制算法驗證工作中出現(xiàn)問題，則需要重新開始系統(tǒng)的設計。除此之外，傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)的測試方法存在片面性，或多或少地存在隱性問題。久而久之，勢必會對動車組運行造成威脅[1]。

（二）新型電氣系統(tǒng)平臺設計的優(yōu)勢

動車組的新型電氣開發(fā)系統(tǒng)，在設計上有以下幾點優(yōu)勢：一是，預見性。在電氣開發(fā)系統(tǒng)的任何設計編程過程中，一旦發(fā)現(xiàn)相應的問題，都能夠及時作出修改，同時判斷與預定的需求是否符合，避免產(chǎn)生設計層次上的風險;二是，合理優(yōu)化系統(tǒng)組件在質量控制以及成本節(jié)約上的作用;三是，全自動生成代碼，避免手工代碼的輸入而引起的錯誤，進一步提高了代碼的安全性和執(zhí)行性。

二、闡述動車組電氣計算系統(tǒng)平臺的構建環(huán)節(jié)

（一）控制系統(tǒng)模型的設計平臺

全新的動車組車輛電氣計算系統(tǒng)設計平臺，在方案設計完成之后，不需要相應人員編程或代碼進行硬件集成工作，而是僅依靠輔助工具的幫助下，既可將控制方案圖轉換為相應的代碼程序并加載到硬件平臺，將方案設計以原型的方式快速展現(xiàn)。隨后，可以借助多種測試方式對預先控制方案的效果作出真實模擬，以得到最佳的控制方案。要想對模型作出幾點修改工作，僅在硬件平臺上即可操作，而且修改后的模型形成也不會耗費較長時間[2]。

（二）定制式實時嵌入式操作系統(tǒng)

對于動車組車輛電氣系統(tǒng)的開發(fā)與設計階段，為了更加滿足應用環(huán)境的需求，應當定制化操作系統(tǒng)。本文動車組電氣計算系統(tǒng)，采用微內(nèi)核的實時嵌入式操作系統(tǒng)，優(yōu)勢在于實時處理多任務。

（三）圖形化建模設計平臺

采用圖形化建模設計平臺，可優(yōu)化控制算法的體現(xiàn)方式。其中設計平臺內(nèi)部涵蓋模塊庫，極大程度的方便了圖形化建模和動態(tài)系統(tǒng)的搭建。

（四）代碼自動生成設計平臺

控制方案代碼自動生成設計平臺涵蓋通信功能、操作系統(tǒng)、啟動與加載、算法控制等多個環(huán)節(jié)，繼而加載到硬件平臺上，完成相應的控制方案檢測。

（五）網(wǎng)絡仿真建模平臺的設計

一方面，網(wǎng)絡仿真與建模平臺可以構建仿真節(jié)點和通訊功能，并判斷前期通訊功能設計的合理性與科學性;另一方面，實時模擬各個設計節(jié)點的控制指令以及通信功能，為接下來的設計與仿真創(chuàng)設良好的條件[3]。

（六）軟件與硬件仿真平臺的設計

在控制方案圖加載到硬件平臺后形成產(chǎn)品初樣，之后需要對產(chǎn)品初樣作好全面測試工作，以保證產(chǎn)品初樣和預先指標設計要求相一致。在產(chǎn)品初樣檢測時，通常來講，雖然無法用實際對象作為測試依據(jù)，存在環(huán)境條件和代價方面較大的劣勢，但是可以采用輔助工具完成測試工作。例如，借助半實物仿真系統(tǒng)能夠測試在不同情況下的使用情況。

（七）平臺標定，在線測量與調(diào)整

對于設計表格和特征曲線或者是特征值，可以用在線或離線的方式進行優(yōu)化調(diào)整。當對動車組車輛環(huán)境和百度車載專用計算平臺作出信號的采集工作時，能夠優(yōu)化相應的參數(shù)。除此之外，在標定平臺和在線測量工作之外，還擁有百度車載專用計算平臺的管理項目，以及數(shù)據(jù)分析和標定配置等作用。

三、分析動車組車輛電氣計算系統(tǒng)的設計與功能

（一）動車組電氣計算系統(tǒng)的設計分析

設計階段，參考國際先進的V設計模型，在專業(yè)性的功能驗證和理論性驗證的前提下，保證設計產(chǎn)品的每一個環(huán)節(jié)均與預期保持一致。同時根據(jù)現(xiàn)代計算機基本理念，用圖形化仿真模型搭建動車組電氣計算系統(tǒng)，按照Similink體系下，設計程序編程，以此保證系統(tǒng)模型的設計代碼與系統(tǒng)的功能相符。電氣計算系統(tǒng)與動車組的控制系統(tǒng)相關聯(lián)，涵蓋了軟件設計、算法控制以及模擬數(shù)據(jù)變化的全過程，且以可視化的形式展現(xiàn)。另外，采用與國際接軌的V型設計方式，為動車控制系統(tǒng)的調(diào)試與優(yōu)化提供良好的環(huán)境。還需要注意一點，電氣計算平臺的牽引系統(tǒng)，綜合考慮可能存在的因素，繼而制定針對性的仿真實驗與測試[4]。

（二）動車組電氣計算系統(tǒng)的功能分析

功能一，采用圖形化模擬仿真技術，既可以利用離線仿真建立系統(tǒng)控制模型，又能夠結合嵌入式軟件設計完成功能的精密驗證與檢測;功能二，采用控制方案圖原型的設計方式，可以直接生成實時仿真代碼，并在控制方案確定前，對最終方案展開進一步測試，保證了測試環(huán)境的實時性;功能三，采用針對性的標定與測量工具，進行百度車載專用計算平臺的標定，同時在分析與測試工具的支撐下，快速完成數(shù)字化測試工作。因此，電氣模擬仿真設計平臺，為動車組控制系統(tǒng)軟件的可控性提供了依據(jù)。

總結：綜上所述，動車組車輛電氣計算系統(tǒng)的設計與研究，既可以全方位驗證仿真模型的可靠性與精準度，又能夠保證產(chǎn)品自始至終均保持與預期的樣品一致。動車組電氣計算系統(tǒng)的系統(tǒng)化、參數(shù)化、模型化設計原則，均體現(xiàn)在電氣系統(tǒng)的功能控制環(huán)節(jié)中，最終為乘客提供高度的舒適感與更快的速度。

參考文獻：

[1]劉群欣，霍芳.CRH_2型動車組控制系統(tǒng)冗余安全設計[J].機車電傳動，2019（3）.

[2]謝興龍.動車組輔助電氣系統(tǒng)的分析與比較[J].信息周刊，2019（2）：0117-0117.

[3]呂?？瑮罘?，王奇勝.高速鐵路牽引計算與仿真系統(tǒng)研究[J].鐵道標準設計，2019（4）：9-16.

[4]矯健.動車組檢修成本管理系統(tǒng)研究[J].鐵路計算機應用，2019（9）.