近年来，我国动车组列车发展迅速，取得了举世瞩目的成绩，行驶速度不断刷新世界记录。随着《中长期铁路网规划》的颁布，我国高速铁路的总里程将达到4万 km，彰显出高速铁路在我国基础交通设施中的重要地位。随着民众生活水平的不断改进，出行方式也愈加多样化，加快了我国高速铁路的发展进程。高速铁路凭借其速度快、服务好、安全舒适等优势深受民众青睐。国内铁路客运量持续提升，应此需求，我国于2019年将“复兴号”17辆编组投入商业化运营。列车总长达440 m，最大可承载乘客数达1283人次。从我国传统电力动车组到当前正在商业运营的“复兴号”动车组，基本都采用8辆或16辆编组设计^[1]。使用多功能车辆总线（MVB，Multifunction Vehicle Bus）^[2]与绞线式列车总线（WTB，Wire Train Bus）^[3]组成通信网络。本文研究“复兴号”17辆编组动车组列车总线网段的扩展方案，并测试“复兴号”17辆编组动车组列车的网络控制系统MVB及WTB通信质量。

1   17编组网段扩展设计方案

1.1   MVB网段扩展测试设计方案

目前，“复兴号”16辆编组动车组每4辆车为1个牵引单元^[4]，本文在第1个牵引单元内增加1辆车的线路及设备，验证MVB通信网络质量^[5]和信号传输状况，并测试5辆车编组构成的MVB牵引单元网段实现的可能性。牵引单元网段扩展前后的网络拓扑结构，如图1、图2所示。

图  1  4辆车编组牵引单元网段MVB拓扑结构

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图  2  5辆车编组牵引单元网段MVB拓扑结构

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MVB网段扩展具体方案为：

（1）以1～4车牵引单元作为测试单元，在3车和4车间桥接一辆车辆总线（含设备）作为扩充网段；

（2）把原5车的中继器（REP）接入到3车和4车之间，原4车网段变更为5车网段，新接入的网段为4车网段；

（3）新的4车网段需要挂载相应设备来模拟真实的网络环境，为保证设备地址不发生冲突，对部分设备进行断电处理。新接入设备包括制动控制单元、牵引控制单元和轴温报警装置；

（4）通电后，完成所有系统设备初始化，把分析设备接入1车驾驶室等位置，进行MVB网络通信质量测试；

（5）由于MVB网段设计线路冗余，单线模式中并未出现帧丢失、错误帧等情况。

1.2   WTB网段扩展测试设计方案

把当前“复兴号”16辆编组动车组列车总线长度加长60 m，同时监测列车总线信号传输状况；在此基础上，测试拓展后的“复兴号”17辆编组动车组列车总线的通信网络情况与信号减弱过程。WTB网段扩展拓扑结构，如图3所示。

图  3  WTB网段扩展拓扑结构

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WTB网段扩展具体方案为：

（1）在1车WTB节点处外接约60 m长的WTB，并按原接口接入1车网关节点（1CCU2-GW）；

（2）在1车网关1（1CCU1-GW）和网关2（1CCU2-GW）间接入WTB分析仪；

（3）在1车网关2和WTB分析仪间接入示波器，显示WTB上各个网关节点的信号减弱程度。

2   17编组网段扩展测试

2.1   MVB网段扩展测试

2.1.1   扩展网段A线通信质量测试

MVB分析仪接入新增中继器的MVB接口处，将分析仪的线路模式设为A线，获得连接在通信网络中所有设备的状态帧状态。

利用MVB分析仪测试约200 s的总线数据帧，对数据进行过滤，查看通信质量。测试结果显示，连接在通信网络中所有设备的状态帧未出现异常，同时，分析仪未检测出错误帧、不合理帧丢失等情况。MVB网段扩展A线通信质量统计，如图4所示。

图  4  MVB网段扩展A线通信质量统计详情

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2.1.2   扩展网段B线通信质量测试

因MVB总线采用A、B线冗余模式^[6]，不需要更换连接方式，将分析仪的线路模式设为B线，获得连接在通信网络中所有设备的状态帧状态^[7]。

利用MVB分析仪测试约200 s的总线数据帧，对数据进行过滤，查看通信质量。测试结果显示，连接在通信网络中所有设备的状态帧未出现异常，同时，分析仪检测未出现错误帧、不合理帧丢失等情况。MVB网段扩展B线通信质量统计，如图5所示。

图  5  MVB网段扩展B线通信质量统计详情

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2.1.3   MVB网段扩展测试结论

在“复兴号”16辆编组动车组网络拓扑结构基础上，在1~4车牵引单元中增加1辆车，前5辆车为一个牵引单元，经过实验验证，通信质量未受影响，未出现错误帧、异常丢帧问题，测试结果满足IEC—61375标准，因此，MVB网段由4辆车增加为5辆车可行。

2.2   WTB网段扩展测试

2.2.1   16辆编组WTB网段测试

车辆总线扩展前，在“复兴号”的司机室接入分析仪，监测4辆车编组牵引单元信号减弱情况，用于与扩展后的网段做对比。

如图6所示，对于16辆编组，此时WTB网段数据帧信号最小峰值约为±2.71 V。按照1车、8车、9车和16车网关从左到右的数据帧信号情况，WTB总线各网关节点信号随距离增长而减弱。

图  6  WTB总线最小数据帧信号波形

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如图7所示，对于16辆编组，此时WTB网段数据帧信号最大峰值约为±4.98 V。按照1车、8车、9车和16车网关从左到右的数据帧情况，WTB总线各网关节点信号随距离增长而减弱。

图  7  WTB总线最大数据帧信号波形

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2.2.2   扩展后的17辆编组WTB网段测试

本文在“复兴号”16辆编组动车组基础上，扩展17辆编组动车组WTB总线，在1车网关节点接入示波器，监测WTB网段扩展后4个牵引单元信号减弱情况，并与扩展前的WTB网段信号减弱程度做对比。WTB总线采用A、B线冗余设计，连接器及总线均具备冗余功能，测试时不需要进行接口变更，设置示波器线路可分别监控。

（1）WTB网络A线扩展测试

如图8所示，WTB网络A线上的数据帧信号最小峰值约为±2.49 V，此时WTB网段A线数据帧信号最小峰值约是±2.71 V，信号减弱极值约为±0.2 V，从左到右依次为1车、8车、9车、16车网关数据帧发送情况。

图  8  扩展后WTB网络A线最小数据帧信号波形

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如图9所示，WTB网络A线上的数据帧信号最大峰值约为±4.79 V，此时WTB网段A线数据帧信号最大峰值约为±4.98 V，信号减弱极值约为±0.2 V，从左到右依次为1车、8车、9车、16车网关数据帧发送情况。

图  9  扩展后WTB网络A线最大数据帧信号波形

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（2）WTB网络B线扩展测试

如图10所示，WTB网络B线上的数据帧信号最小峰值约为±2.50 V，此时WTB网段B线数据帧信号最小峰值约为±2.71 V，信号减弱极值约为±0.2 V，从左到右依次为1车、8车、9车、16车网关数据帧发送情况。

如图11所示，WTB网络B线上的数据帧信号最大峰值约为±4.89 V，此时WTB网段B线数据帧信号最大峰值约为±4.98 V，信号减弱极值约为±0.1 V，从左到右依次为1车、8车、9车、16车网关数据帧发送情况。

图  10  扩展后WTB网络B线最小数据帧信号波形

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图  11  扩展后WTB网络B线最大数据帧信号波形

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2.2.3   WTB网段扩展测试结论

在16辆编组动车组基础上扩展为17辆编组动车组WTB总线时，WTB数据帧信号幅值减弱较小，满足IEC—61375标准要求，WTB网络通信正常，具备将16辆编组的WTB网段扩展为17辆编组的WTB网段的能力^[8]。

3   结束语

本文在16辆编组动车组MVB及WTB网段基础上进行了17辆编组的网段扩展测试，测试结果均符合IEC—61375及GB/T—28029相关标准，数据帧信号的减弱及通信质量均正常，理论上可以满足将16辆编组动车组扩充至17辆编组动车组的网络系统设计要求。但在实验过程中所有动车组均停靠在站台，处于采用蓄电池供电的工况，因此动车组在实际运用中可能受到多设备同时在线、长大交路运营、电磁干扰及外界环境等影响，测试结果会存在一定误差，所以编组扩充需在动车组实际运用考核中进一步验证。

动车组编组扩展在满足站台长度、检修库长度、总线长度要求的情况下，可显著提升客运动车组的载客量。网络系统总线网段的扩展，使动车组编组形式更加灵活多样，增加动车组附加价值，提高利用率。