基于混合故障注入的列控车载设备测试方法研究

摘要

列车运行控制系统（以下简称列控系统）是保证高速铁路安全的核心设备。作为一个典型的安全苛求系统，列控系统一旦发生故障，将会对人员和生命财产造成严重的危害，因此如何保证系统的安全性尤其重要。
　　作为列控系统的核心设备，列控车载设备的安全性对整个列控系统的安全起着十分重要的作用。任何设备应用于实际线路之前，都要进行测试。所以本文针对列控车载设备提出了一种基于故障注入的安全测试方法，通过给车载设备注入故障，来对车载设备的响应进行分析，以便验证车载设备的安全性是否满足要求。依托于CTCS-3级列控系统互联互通测试平台，本文研究设计了基于故障注入的安全测试平台结构，并针对一些典型的故障进行测试分析。论文的主要工作如下:
　　首先，对国内外列控系统的测试现状以及故障注入技术的研究情况进行了综述，分析了故障注入的结构、原理，对不同的故障注入方式进行了比较。
　　其次，提出了一种基于故障注入的列控系统车载设备安全测试方法，该方法包括系统安全分析、失效模式影响分析、故障模式分析、故障形式化建模、安全测试案例生成、基于故障注入的安全测试平台构建、安全测试等过程。
　　然后，针对CTCS-3级列控车载系统的特点，采用FMEA方法对其进行了安全分析，采用CPN方法对车载设备速度传感器模块的安全分析结果进行了形式化建模，并生成了测试案例。
　　最后，在车载设备安全测试平台需求分析和故障注入层次划分的基础上，构建了CTCS-3级车载设备安全测试平台，并对车载设备测速测距模块进行了故障注入测试。测试结果表明本文提出方法是可行的。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题的目的和意义

1．2 CTCS列控系统简介

1．3 列控系统测试现状研究

1．4 故障注入技术的国内外研究现状

1．5 论文的研究内容与结构安排

2 故障注入技术研究

2．1 故障注入的目的和意义

2．2 故障注入的相关术语

2．3 故障注入结构和原理

2．3．1 故障注入的结构

2．3．2 故障注入的原理

2．4 故障注入分类

2．4．1 故障注入方法比较

2．5 典型的故障注入平台研究

2．5．1 MESSALINE故障注入平台

2．5．2 CBTC故障注入平台

2．6 本章小节

3 基于故障注入的安全测试方法研究

3．1 安全测试研究

3．1．1 安全测试概念和方法

3．2 系统安全分析方法

3．2．1 失效模式和影响分析

3．2．2 故障树分析

3．2．3 失效逻辑分析方法

3．3 基于CPN的故障模型建模

3．3．1 有色petri网(CPN)理论

3．3．2 CPN的层次化建模方法

3．3．3 CPN的性质

3．3．4 CPN TOOLS

3．4 测试案例生成

3．4．1 测试案例

3．4．2 基于模型的测试案例生成

3．4．3 基于CPN状态图的测试充分性准则

3．4．4 完全路径覆盖测试方法

3．4．5 基于CPN状态空间的测试案例生成方法

3．5 本章小节

4 列控车载设备的安全测试方法

4．1 车载设备介绍

4．2 车载设备安全测试方法流程

4．3 车载设备安全分析

4．3．1 测速测距故障模型

4．3．2 车载设备安全功能FMEA

4．4 车载设备CPN故障模型

4．4．1 车载设备分层建模

4．5 基于CPN的车载设备安全测试案例生成

4．6 本章小节

5 车载设备安全测试平台设计实现

5．1 安全测试平台需求分析

5．1．1 针对车载内部功能的故障

5．1．2 针对接口的故障

5．1．3 实际发生的故障

5．1．4 故障注入功能需求分析

5．2 安全测试平台结构

5．2．1 车载设备故障注入层次划分

5．2．2 安全测试平台总体结构

5．3 安全测试平台设计

5．3．1 故障注入器设计

5．3．2 速度信号发生器响应模块设计

5．3．3 故障模型库设计

5．4 速度传感器故障注入实例分析

5．4．1 测试方案设计

5．4．2 测试过程说明

5．4．3 测试结果分析与结论

5．5 本章小节

6 结论与展望

6．1 工作总结

6．2 研究展望

参考文献

图索引

表索引

作者简历

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