CRH3型动车组列车网络传输介质电气特性分析

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CRH3型动车组列车网络传输介质电气特性分析

发布日期： 2014-02-12 发布：  

  2014年2期目录       本期共收录文章20篇

　　摘要：CRH3型动车组列车在我国的客运中的应用越来越广泛，且凭借其自身运行的安全性、舒适性以及可靠性等优势，得到了各界人士的好评和信赖。此外，人们对CRH3型动车组列车控制网络的研究也越来越重视。本文从多个角度，对CRH3型动车组列车网络传输介质电气特性进行了探讨，并针对相关参数提出了优化建议，旨在提升其运营水平。
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　　关键词：CRH3型动车组 控制网络 传输介质 电气特性
　　CRH3型动车组列车的控制网络，是动车组相关构件实现其功能的依据，也是各个环节的诊断和监控中心，其参照的是TCN标准。CRH3型动车组列车控制网络的主干网的由车辆总线MVB（Multifunction VehiclesBus）和列车总线WTB（Wire Train Bus）双层通信总线构成，伴随着列车网络传输受到干扰和限制的出现，使其布局在设计上且待优化。
　　一、 CRH3型动车组列车通信网络概述
　　1. CRH3型动车组列车通信网络的构成要素
　　CRH3型动车组由2个牵引单元（各4辆车）构成，由MVB总线将各单元内的4辆车相连接，WTB总线则连接2个牵引单元，以此来完成列车的网络传输。即CRH3型动车组中WTB为列车总线，MVB为车辆总线。其中，各牵引单元中的MVB总线设置了中央控制（CCU）单元2个，且彼此之间互为冗余，此外，还有制动控制单元（BCU）、牵引控制单元（TCU）、充电机单元（BC）以及辅助控制单元（ACU）、旅客信息中央控制器、门控制单元、分布式输入输出站、人机显示接口、集成式输入输出站等相关设备。
　　2. CRH3型动车组总线（TCN）的电缆参数介绍
　　CRH3型动车组中包含的WTB总线和MVB总线都属于屏蔽双绞线。其中，WTB总线常见的是无卤电缆，由黑白两色的线圈各2条，其直径在2.5mm左右，线芯采用的是绝缘材料，电缆护套无卤、绝缘，符合国家标准，其运行温度控制在-40～80℃之间；MVB总线较为常见的是星型四线扭绞结构，有红、黑、白、黄四色线圈各1条，其绝缘部分是聚乙烯泡沫层绝缘材料，运行温度控制在-40～80℃之间。
　　3. CRH3型动车组列车网络总线传输介质电气特性分析
　　3.1衰减
　　CRH3型动车组电缆电阻会对其绝缘材料和电能造成电能泄露和损耗，使得信号传输量减小。受到临近效应和集肤效应的影响，衰减现象造成了初始信号与最终接收信号之间存在强度变化，若衰减达到临界值时，会导致信号严重受损。
　　3.2传输偏离与延迟
　　所谓传输偏离，指的是电缆传输中速率信号传播最大值与速率信号传播最小值的速度差别情况；传输延迟指的是电缆中信号由初始端传向接收端的所用时间情况。
　　3.3串扰
　　串扰与噪音雷同，在通信领域又被理解为串音，指的是一对线到另一对线（测量链路中）的信号耦合，被看成是电缆性能中的一项关键参数。串扰是由临近绕对经过电感耦合或电容时引起信号幅度产生的变化，会对信号造成干扰，使信号接收器接收信号的能力受到限制，影响传输信号的可靠性和误码率（BER）。对间串扰力度大小通常通过近端串扰（NEXT）与远端串扰（FEXT）、近端串扰功率和（PSNEXT）与远端串扰功率和（PSFEXT）等指标进行衡量。其中，近端串扰指的是一个线对与另一个线对之间（相邻2个线对）发生的信号耦合干扰，信号耦合干扰会影响信号的传输质量。
　　3.4回波损耗（Return Loss）
　　回波损耗，多用来表示传输信号的发射性能，又被称为反射损耗，是电缆链路由阻抗不相匹配引起的电缆发射，是一项常用参数。抗阻不相匹配的发源地多在连接地方，回波损耗表示反射回的一部分入射功率返回到信号源。
　　3.5衰减串扰比（ACR）
　　所谓衰减串扰比，指的是衰减和近端串扰的数差，表示信号经过传输介质时，信号接收端所接收到的衰减信号受串扰噪声的影响程度，误码率直接受到衰减串扰比的影响，因此，衰减串扰比的大小决定了信号有无重发的必要。
　　二、 优化近端串扰参数及TVN总线相关参数
　　1.网络总线与TVN总线的分布参数优化
　　经过多方探索和研究，建立了CRH3型动车组列车通信网络传输线的模型。在对该模型进行电路分析时，其传输线（由2个长度对等的导体构成的回路连接）在信号的传输过程中需要一定的时间，故而又被称之为延迟线。由于电路分析中得到网络呈现出了集总参数系统这一理想状态，因此，务必要使电路参数呈现出空间分布形态。然后在基于精密计算的前提条件下，将TVN总线的分布参数进行了调整。通过对建立的CRH3型动车组列车通信网络传输线模型的数次实验和仿真，最终各项参数均趋于最优化设计，经过多次推导得出：MVB与WTB总线电阻（Ω/m）参数为3.312×10-2。
　　2.近端串扰参数
　　由于当前CRH3型动车组列车双绞电缆中近端串扰参数经常会出现不达标现象（经CRH3型动车组处于生产和调整阶段时总结发现），因此，有必要分析影响其参数不合格的因素，促使其达标，更好的作用于CRH3型动车组列车网络信号传输。
　　串扰参数是TCN总线电缆参数中关键的因素，由电缆结构的尺寸决定，因此，有必要对2个绞线之间的电容参数和耦合电感参数进行优化。由于电缆结构的尺寸取决于布线弯折程度和电缆特性参数，故而以CRH3型动车组电缆中的某根MVB电缆（W12345）为例，结合FLUX-DTX1800方法，得到了该MVB电缆近端串扰参数。基于FLUX-DTX1800方法下，得到的相关结论如下：当MVB电缆近端串扰值较之于限定值，处于低值时，其频率范围在0～90MHz之间，完全符合要求的。
　　电缆传输特性的达标与否取决于TVN总线电缆的相关结构参数，因此电缆布线过程尤为重要。主要源于电缆布线中造成的弯折同样会对电缆的近端串扰等参数产生较大影响，故而减少电缆布线的走线长度，对其进行合理布线，是优化相关参数的前提。
　　结语：
　　综上所述，CRH3型动车组列车网络传输介质电气相关参数设计还不够合理，使得信号传输过程中经常出现串扰、延迟等问题，表明了CRH3型动车组列车网络总线在设计上尚待完善。只有将CRH3型动车组列车网络总线的设计方案进行优化，调整TCN总线结构参数和近端串扰参数，并注意电缆布线的合理化，才可以保证列车的网络传输质量，从而提升我国CRH3型动车组列车的运营水平。
　　参考文献：
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　　[3]奚国华，，路向阳，夏寅.我国列车通信网络的实践与开发探讨[J].机车电传动，2011（03）.
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