浅谈城轨车辆制动控制系统

浅谈城轨车辆制动控制系统
作者：施祖银
来源：《科技视界》2014年第14期
【摘要】城市轨道交通的发展，已成为城市交通现代化的重要标志之一，地铁、轻轨等城市轨道交通因其具有快速、准时、安全、舒适、污染少、运量大、运输效率高等诸多特点，成为解决城市及与卫星城市之间的交通拥挤问题、建设现代化城市交通系统的重要手段。

制动系统是城轨车辆关键系统之一，直接关系到列车的运行安全。

即使列车在运行中出现故障，也要保证列车的安全。

了解和学习其工作原理具有重要的意义。

【关键词】制动控制系统；紧急制动；常用制动
0 前言
城轨列车需要制动停车时，要保证有足够的制动力，确保列车能够安全停车，避免列车“放肠”。

在列车运行而不希望制动时，是要避免产生不希望的制动力，以使列车能够维持运行，避免列车“意外制动”。

在制动系统故障而列车需要运行时，制动系统缓解而使列车受控地运行，以免列车长时停靠在站台或线路上而影响线路正常的运营环境，避免列“趴窝”。

下面以北京地铁四号线（以下简称“北四”）为例具体的讲述制动控制系统。

1 北四制动控制系统概述
北四制动控制系统的核心是G阀和RIO阀，主要完成列车保持制动、常用制动、紧急制动、防滑保护，以及输出空压机的启动请求，并且将列车制动控制系统接入TCMS系统中。

北四采用德国KNORR公司的EP2002型[1]制动系统。

G阀和RIO阀（下文同时讲到G阀和RIO阀时，简称为两阀）是整个制动系统的核心部件，是制动管路系统和制动控制系统的枢纽。

G阀可以采集总风压、制动缸风压、空簧风压、副风缸风压以及回送管风压；RIO阀可以采集制动缸风压、空簧风压、副风缸风压以及停放制动缸风压。

这些采集到的风压值对制动系统的控制起着非常重要的作用。

RIO阀主要由气路模块和电子控制模块组成。

电子控制模块主要由微控制器和电源电路组成。

G阀在RIO阀的基础上增加了数据管理模块。

该模块由通讯电路和缓冲控制器组成。

每节车G阀和RIO阀各一个。

G阀是主控制阀，RIO阀是从控制阀。

为了便于系统维护，每两节车为一个单元（TC1、M1为一个单元，M3、T3为一个单元，TC2、M2为一个单元），每个单元的四个阀构建CAN总线网络，相互之间进行通讯和数据共享。

另外，每个车的G阀通过MVB总线连接到TCMS网络中，通过TCMS网络将制动系统的状态实时的传给TCMS系统。

TCMS系统网络，向G阀发出制动指令，两阀将参考空簧风压（空簧风压反映列车重量）大小，通过阀内部软件分析，计算出所需的制动力，然后控制向制动缸提供的风压，施加保持制动。

保持制动力的大小和空簧风压大小有关，平均有2.4bar左右。

常用制动的信号来源于司机手柄。

当G阀得到常用制动信号时，两阀将参考空簧风压大小，通过阀内部软件分析，计算出所需的制动力，然后控制向制动缸提供的风压，施加常用制动。

除了空簧风压，常用制动力的大小还与控制信号有关，从无到有，但最大不超过紧急制动力。

紧急制动的信号来源于紧急制动控制电路。

当两阀得到紧急制动信号时，两阀将参考空簧风压大小，直接通过其内部继电器的动作，控制向制动缸提供的风压，施加紧急制动。

紧急制动力的大小和空簧风压大小有关，但比其他制动力大，平均有3bar左右。

防滑保护的信号来源于车轮的速度差或减速度。

各车的两阀通过安装于车轴的速度传感器，实时监测列车运行速度。

在列车运行中施加制动时，当两阀检测到某轮轴速度比标准速度低，而且速度差超过标准速度的5%时（或当两阀检测到某轮轴的减速度大于4.5m/s2时），两阀将参考空簧风压大小，通过阀内部软件分析，控制低速车轮反复制动缓解和施加，使之速度趋向于标准速度，直到列车因制动而停止运行。

标准速度取单元内车轴的最大速度（如Knorr制动系统[2]）或单车车轴的最大速度（如Nabtesco制动系统[3]）。

G阀与外界连接的电气接口有PL1、PL2、PL3、PL4和SK1。

PL1接二位转向架两车轴的速度传感器，用于采集车轴的速度。

PL2接110V制动电源为G阀供电，以及接紧急制动信号（信号线为443T），启动紧急制动施加或缓解。

PL3接列车牵引制动参考信号、回送模式信号、备用模式信号、副风缸压力开关（只有TC1和TC2车有）以及空压机启动请求信号（只有TC1和TC2车有）。

PL4接TCMS系统网络，将列车制动状态实时传给TCMS系统。

SK1用来构建制动控制系统的CAN总线网络，方便制动系统的维护。

RIO阀与外界连接的电气接口有PL1、PL2、PL3和SK1。

PL1接一位转向架两车轴的速度传感器，用于采集车轴的速度。

PL2接110V电源为RIO阀供电，以及接紧急制动信号，启动紧急制动施加或缓解。

PL3接列车零速线、制动切除阀B04和停放制动切除阀B05。

SK1用来构建制动控制系统的CAN总线网络。

RIO阀没有PL4插口，不能直接和TCMS系统通讯。

TC1和TC2车G阀PL3口有H和G针，其中H针接BPCB制动电源。

在G阀控制空压机的情况下，当总风压力小于8bar左右时，其中一个TC车G阀PL3的H和G针接通，G针得电，向TCMS系统的DX87模块发出空压机启动请求信号，经DX87处理后，向该车的空压机控制电路发出空压机启动指令，启动空压机；当总风压力大于9bar左右时，该TC车G阀PL3的H和G针断开，G针不得电，向TCMS系统的DX87模块发出空压机停止请求信号，经DX87处理后，向该车的空压机控制电路发出空压机停止指令，停止空压机。

如果风压降到
7.5bar左右时，另一个TC车会以同样的方式启动本车的空压机，两台空压机一起工作，直到总风压力为9bar左右时停止。

各车G阀PL4口接入TCMS系统网络，将列车的制动状态实时传给TCMS系统。

每个单元的四个阀通过SK1口连接在一起，构建CAN总线网络，其中TC1、T3和TC2车上设置维护插座，方便CAN总线网络与电脑连接。

B04、B05接入其所在车的RIO阀，通过CAN总线网络和TCMS系统网络，将其状态输入TCMS系统。

2 结论
城轨车辆制动系统从设计、研制的整个过程中一直将故障导向安全作为重要的考核指标、必须从控制原则出发，通过切实可行的措施来保证设计理念的实现，虽然在制动系统的设计中体现了导向安全的原则，但是作为故障发生后的安全处理同样重要，处理不当将可能影响线路的正常运行。

现代控制系统中，各系统都不再孤立工作，而会通过网络连接起来，相互之间进行通讯和数据共享，方便系统的集中监控和管理。

北四各系统即通过MVB总线，构建了便于集中监控和管理的TCMS系统）。

TCMS系统网络就像人体的神经网络，将各子系统紧密的联系在一起，使控制系统的结构更加紧凑、功能更加强大、设计更加灵活。

如此全面、人性化的设计，确保了列车的安全运行，同时也为乘客提供了一个舒适的乘车环境。

【参考文献】
[1]姜祥禄，蔡永丽.地铁车辆EP2002制动系统防护保护[J].电力机车与城轨车辆，2008，31（4）：47-49.
[2]吴新宇.克诺尔模拟式地铁制动系统概述[J].铁道车辆，2000，38（Z1）.
[3]阳建鸣.纳博特斯克车辆制动技术[J].现代城市轨道交通，2007，3：54.
[责任编辑：薛俊歌]。