城轨车辆制动系统常用制动控制方案

城轨车辆制动系统常用制动控制方案

温金宇 刘志新 康全全 姜轲

中车大连机车车辆有限公司 辽宁大连 116022

摘要

常用制动是列车运营过最常用的一种制动模式，本文详细介绍网络正常模式和通信异常时常用制动的控制方案，并对常用制动的制动力管理方案、制动力分配和电空配合方案等问题进行了分析，为地铁车辆制动系统常用制动方案设计提供参考。

城轨车辆；制动系统；常用制动；制动力管理；

城市轨道地铁车辆制动系统具有常用制动、快速制动、紧急制动、保持制动、停放制动等多种制动模式[1]。常用制动是调节列车运行速度或使列车在预定地点停车的制动，是列车在正常运营中施加的一种制动模式。常用制动作为车辆制动系统最常用的功能之一[2]，本文以架控制动系统为例对常用制动控制方案和制动力管理方案进行分析。

1常用制动控制方案

常用制动通过主司控器的牵引/制动手柄、ATO/ATP信号指令实现。常用制动的原则为电制动和空气制动实时协调配合、电制动优先，电制动不足时由空气制动补充。常用制动指令逻辑如表1所示

表1 常用制动指令逻辑表

注：硬线：1-高电平，0-低电平，X-高电平/低电平；网络：1-有效，0-无效，X-有效/无效

1.1正常工况

在网络通信正常工况下，制动系统根据网络中的“制动指令”信号、“制动级位”信号、电制动相关信号执行电空混合常用制动。当牵引和制动指令同时有效时，TCU封锁牵引，BCU 响应制动指令（制动级位有效，按级位施加制动；制动级位无效，施加最大常用制动）。

1.2MVB 通信异常工况

任一制动网络单元无法与 TCMS 通信（无法检测到 CCU 生命信号）或无法检测到另外一个制动网络单元两个主阀生命信号时，判断为网络异常，通过 MVB 向 DCU 发出切除全列电制动力信号。此时，与 TCMS 通信正常的制动网络单元采信网络信号进行本单元制动管理及分配。（该工况下，正常通信制动网络单元立即施加最大常用制动停车，信号控车由 FAM 进入蠕动模式，人工驾驶模式也应限速运行）。

1.3CAN 通信异常工况

制动网络单元内采用 CAN 通信，CAN 通信总线分为 CAN1 和 CAN2 总线，互为冗余。若 CAN1和 CAN2 总线从两个主阀中间断裂，两个主阀之间不能进行数据交互，本单元热备主阀变成主控主阀，本单元存在两个主控主阀，主控主阀从 CAN 总线断裂处各自进行制动力管理分配。

若整条 CAN 总线不可用，两个主控主阀只能进行本转向架的制动力管理，本网络单元 4 个辅阀导向缓解。

2常用制动力管理及分配

牵引系统、制动系统根据 TCMS 发送的制动指令、制动级位和制动系统发送的车辆载重（含转动惯量）分别计算列车所需制动力，牵引系统负责总电制动力计算、各车电制动力分配和电制动力的执行，BCU 负责总制动力计算、各车空气制动力计算和管理。

常用制动的总制动力在各级位全速度范围采用恒定目标减速度控制。常用制动总制动力计算公式：F=kma，m 为带转动惯量的列车车重(AW0*转动惯量系数+列车重量)，k 为实际的制动级位（0%~100%），a 为根据最高运行速度等级确定最大常用制动级位目标减速度。

制动系统接收到制动指令 1.5s 内，采用“电制动能力值”进行空气制动力的补充，1.5s（暂定）后根据“电制动实际值”进行空气制动力的补充。牵引系统通过网络配置的快速端口实时将“电制动可用”信号、“电制动有效”、“电制动滑行”信号、“电制动实际值”和“电制动能力值”(电制动能力值为当前载重下在电制动粘着极限下最大可发挥的能力)按车发给制动系统。

2.1正常工况制动力分配

牵引系统根据 TCMS 制动级位、列车重量（含转动惯量）和牵引系统能力施加电制动力，并将 “电制动实际值”发送给制动系统。制动系统根据 TCMS 制动级位、列车重量（含转动惯量）和“电制动实际值”决定是否补充空气制动力，电制动不可用的动车按照拖车处理。在电制动力不能满足整车制动需求时，空气制动力补充，在各个转向架上制动力不超过黏着极限的情况下，空气制动按照“等磨耗[3]”的原则分配制动力。

2.2电制动异常工况制动力分配过程

TCU 诊断各车牵引系统的工作状态，若存在有牵引系统异常时，TCU 根据剩余正常牵引系统的电制动能力及列车电制动总需求值，将电制动力分配至剩余正常的牵引系统中，保证最大化利用电制动能力。

2.3空气制动力分配

电空混合制动采用电制动与空气制动实时协调配合、电制动优先、电制动不足时在全列车平均分配空气制动力的混合制动方式，即按“等磨耗”方式进行全列车制动混合控制。空气制动计算最大粘着系数：0.15。

当所有动车的实际电制动力之和可以满足全列车的制动力需求，全部制动力由电制动承担，动车和拖车都不施加空气制动。

当实际电制动力不能满足全列车的制动力需求时，全列车需要补充的制动力将平均分配到各辆车上，以空气制动的形式进行补充，各车均受粘着极限限制。

若在制动过程中出现电制动滑行造成制动力的损失，空气制动不进行补偿，以便于电制动的防滑控制。

2.4制动力补偿

当某制动控制装置常用制动不可用，相应的制动控制装置常用制动和快速制动缓解，同时报出制动控制装置常用制动不可用，通过 CAN 单元内的主阀传输给 TCMS，同时 TCMS 传输全列车的主阀。其他制动控制装置根据空气制动最大能力将丧失的制动力分配给全列车各正常状态的制动控制装置，实现制动力补偿。空气制动最大能力按照紧急制动的制动缸压力和粘着 0.15 为上限。

2.5制动初期电空配合

在常用制动和快速制动模式下，为避免在电制动建立过程中施加空气制动，空气制动在接收到制动指令 1.5 秒（暂定）内采用“电制动能力值”与“电制动可用”进行空气补偿力的计算，1.5 秒（暂定）后采用“电制动实际值”与“电制动有效”进行电空配合计算，并完成空气制动补偿。

电制动力实际值的建立时间：牵引系统从接收到制动指令到电制动力达到需求值的时间小于 1.5秒(暂定)。

2.6停车阶段电空转换

TCU 负责计算电制动起始退出速度点，并将“电制动退出请求”信号反馈给 TCMS，TCMS 收到任一 TCU 反馈的“电制动退出请求”信号后将“电制动退出”状态发送给制动系统和牵引系统，制动系统立即施加空气制动，各车电制动延时 400ms（暂定）后同时退出。电制动按 1.0m/s3进行电制动衰退，空气制动按 1.0m/s3的斜率进行气制动补偿。电空转换完成时列车速度不小于 1.5km/h。电-空转换速度点在列车型式试验中确定。

2.7制动缸预压力控制

在速度低于低于一定值时，制动工况，为保证电制动退出时，空气制动能迅速响应，制动控制装置在电制动力足以承担列车制动力需求的情况下，向制动缸预充一定的初始制动缸压力，制动缸预压力为 20kPa。

3结束语

本文对常用制动控制方案及制动管理和分配方案进行了总结分析，为制动系统常用制动方案设计提供参考。但具体方案还需根据项目实际需求进行具体的设计，并结合运营的实际情况在后续项目的设计中不断优化。

参考文献

[1]肖玉琪,何文丰,金铭.地铁车辆制动原理分析及制动性能初步计算[J].内燃机与配件.2023(22):84-86.

[2]于洪桥,王斌.地铁列车制动系统故障原因及改进措施[J].动力与电气.2023(12):59-62.

[3]王宇鑫.地铁列车空气制动系统分析与研究[J].中国高新科技.2022(22):83-84.