国产化地铁A型车牵引与制动系统的配合

国产化地铁 A 型车牵引与制动系统的配合引言随着城市轨道交通装备国产化进程的日益推进，地铁车辆的核心装备，车辆电气牵引系统也已经由株洲南车时代电气XX公司完成自主开发并已在国内多个地铁市场完成推广应用。

国内早期的A型地铁列车车辆均由国外整体引进，外方主导了列车各子系统的功能关系。

当列车牵引系统实施国产化后，有关牵引与制动系统之间的关系必然由国内车辆集成商与自主牵引供货商共同制订和完成。

做为国内最早投入地铁运营的城市之一深圳市为响应国家发改委的号召，在深圳地铁 5 号线部分列车上实施了牵引系统国产化。

其中的电气牵引系统采用了时代电气自主研发的电气牵引系统，列车制动系统采用了KNOR公司的EP2002制动系统。

自主的牵引系统与车辆制动系统的之间配合关系牵涉到列车的牵引与制动性能，因此完善的接口及功能设计至关重要。

本文就深圳地铁5号线国产列车牵引系统、制动系统以及两者之间相互配合关系进行了阐述。

1、电气牵引系统国产 A 型列车地铁采用 4 动 2 拖六辆编组，具体编组型式为-A*B*C=C*B*A- ；三辆车为一单元车组，六辆车为列车编组。

列车采用DC1500V 架空接触网受流。

自主电气牵引系统包含牵引传动系统、辅助电源系统和网络控制和诊断系统。

整个列车电气系统包括受电弓、高压电器箱、牵引逆变器、辅助电源箱、110V 蓄电池充电机、牵引电机、齿轮装置、滤波电抗器、制动电阻、避雷器、司控器以及网络控制系统组成。

高压主电路通过B车受电弓受流，首先经过高压电器箱HV01,主要功能是进行电路分配，以及实现为主电路的隔离及保护。

经过高压箱HV01分配后的高压电路，一部分送到动车（B车与C车）高压电器箱HV02为牵引主电路供电，另一部份为辅助系统提供高压输入。

高压电器箱HV02主要实现牵引主回路的前级充放电功能，另外还提供接地检测及电抗器储能吸收保护等电路，经过HV02后的高压电送至线路电抗器后到牵引逆变器以提供牵引逆变器的高压输入，经过牵引逆变器的逆变控制产生三相交流电驱动异步牵引电机，最终实现列车的驱动。

牵引逆变器配置相应的制动电阻，以提供电阻制动时的能量消耗。

牵引传动系统采用目前地铁车辆较为广泛所采用的VVVF牵引逆变器- 异步牵引电动机构成的交流传动系统。

逆变器控制装置即传动控制单元（DCU集成于牵引逆变中，采用“异步电动机直接转矩控制”、“粘着利用控制”软件和“交流传动模块化设计” 硬件，主要完成对IGBT逆变器暨交流异步牵引电机的实时控制、粘着利用控制、斩波控制，同时具备完整的牵引变流系统故障保护功能、模块级的故障自诊断功能和一定程度的故障自复位功能以及部分车辆级控制功能，DCL具有符合列车通信网络IEC61375标准的MVB通信接口，对外与列车网络系统的车辆总线相连，与列车中央控制单元等形成控制与通讯系统。

由高压电器箱HV01分配的高压电送至辅助电源系统，辅助电源系统分为辅助逆变器及充电机。

辅助逆变器在各车均配置，以提供三相四线AC380V 电源。

辅助逆变器故障时，采用单元内扩展供电策略。

充电机只在A车设置，以提供110V电源及蓄电池充电功能。

车辆内的电子部件和控制系统通过多功能车辆总线MVB连接。

牵引逆变器、辅助逆变器与列车网络控制系统通过MVB总线联系起来，形成控制与通讯系统。

2、制动控制单元基本配置制动系统根据列车单元配置，在每个单元的A车与C车设置网关阀与智能阀，在B车只设置智能阀。

智能阀具备基础制动的实施以及防滑控制功能，网关阀除具备智能阀所有功能外，还具备制动力的管理与分配职能，同时网关阀还提供与车辆控制电路的I/O电气接口，并具备与车辆网络控制与诊断系统的MVB通信接口。

单元内网关阀与智能阀通过内部的CAN总线联系，两个网关阀在上电后将随机配置，一个为主，另一个为从。

从监视主的工作状态，主网关阀一旦失效，为了不影响制动力的连续发挥，从网关阀将在短时间内转变为主，接替失效的网关阀完成制动力的实施。

制动系统实现的基本功能：1）制动力分配与管理2）制动载荷补偿3）基础制动4）防滑控制5）紧急制动6）故障诊断、状态监视等3、牵引与制动系统的相关接口制动系统同时通过车辆硬线控制电路及网络通讯获取牵引、制动、快速制动、紧急牵引、紧急制动指令。

通过轮对轴端速度传感器获取速度。

为尽量发挥网络控制的优势，减少硬线电路，制动系统与牵引系统之间的配合基本通过网络实现。

制动系统与列车网络控制系统之间的通信接口采用MVB^口进行通信，通过过程数据传输其工作指令、工作状态、故障信号、软件版本等信息。

对于主要的控制相关数据采用快速通信周期，对于状态和监视数据采用慢速通信周期。

4、制动控制功能的协调配合4.1制动控制原则制动时优先使用电气制动（再生制动），电气制动不足部分自动由空气制动补充。

紧急制动仅使用空气制动。

列车充分利用轮轨粘着条件, 并按列车载重量从空车到超员范围内自动调整电制动力的大小及补充空气制动，使列车在空车至超员范围内保持制动减速度基本不变，并具有反应迅速、有效可靠的防滑行控制。

4.2制动力管理列车总制动力计算及分配由制动系统负责，制动系统根据列车载荷及车辆网络控制系统发送的制动级位（0- 100%）计算总制动力，并根据车辆网络控制系统发出的电制动有效状态和可以发挥的电制动能力，将每台动车所需的电制动力要求发给车辆网络控制系统，车辆网络控制系统将每台动车的实际电制动力信息反馈给制动系统，制动系统根据反馈的实际电制动力补充空气制动力。

所有正常发挥电制动力的动车综合考虑粘着利用的限制后给出最大能发挥的电制动能力给予制动系统。

正常情况下考虑：1）取动车最大设计制动力F1；2）取限定的粘着限制卩，则制动力限制F2=y MgF1与F2取小值后提交给制动系统作为牵引系统可以发挥的电制动能力；列车优先采用电制动力，制动系统根据列车载荷大小分配电制动力给每台动车。

当所有动车的实际发挥的电制动力满足列车制动需求时，则列车制动力完全由电制动力承担，空气制动系统只在列车进入低速混合制动停车阶段介入。

当所有动车的实际发挥的电制动力不能满足列车制动需求时，则优先在拖车上补充空气制动。

当某个动车电制动力失效时，则制动系统首先将该车损失的制动力尽可能地分配到其他动车上，同时将该车当拖车对待，与其他拖车一起分配气制动以承担剩余欠缺的制动力。

紧急制动仅施加空气制动。

紧急牵引模式下，由牵引控制单元实施限速控制。

制动系统不考虑MVE网络信号，制动命令取硬线信号用于控制，制动系统接收到硬线制动命令后施加安全的固定的空气制动力。

4.3 停车混合制动列车在进入低速段（一般速度低于8kM/h）停车过程中，需要完成电制动与空气的转换。

转换过程的配合极其重要，牵涉到列车停车过程的平稳性以及自动驾驶停车对门的控制，所以需要制订合适的配合策略并在列车投入运营前需要上线进行参数的调整。

由于空气制动的执行需要一定的响应时间，所以当列车速度到接近混合制动转换点时，牵引控制系统向制动系统输出电制动退出预告信号，同时牵引控制系统在混合制动进入点时开始逐渐退出电制动力，制动系统根据电制动的减少进行差额补充空气制动。

电制动力按一定的斜率减少直至退出。

整个过程电制动退出斜率对应气制动上升斜率，电制动退出时，气制动完成替代，由气制动实现列车停车并追加保持制动。

在有牵引指令时，牵引控制系统将撤消电制动退出信号。

当列车在速度低于混合制动转换点发出制动指令时，考虑到混合转换时间以及制动过程的平顺，列车制动完全由空气制动实施。

4.4 保持制动控制1）保持制动的缓解保持制动缓解指令由列车网络控制系统发出，当满足以下条件之一时，列车网络控制系统向制动系统发出保持制动缓解命令列车处于牵引工况且有速度；列车处于牵引工况且牵引力输出大于列车在线路上可能出现的最大下滑力；2）保持制动施加保持制动的施加由制动系统自动完成。

在ATO模式下由ATO提供保持制动施加指令，制动系统参考ATO的指令施加保持制动。

也可由网络发送保持制动施加指令。

在列车处于制动或惰行工况，且列车速度趋于静止时网络控制系统向制动系统发送保持制动施加指令。

3）在紧急牵引模式下，考虑网络处于非正常状态，保持制动的缓解与施加将由制动系统自行完成。

紧急牵引模式下，制动系统根据硬线制动指令在零速附近自动施加保持制动；当制动系统收到牵引硬线指令且没有制动硬线指令，列车有速度时，制动系统自动缓解保持制动。

4.5 载荷控制制动系统检测和发送每个转向架重量值到牵引系统，该重量包含转动惯量。

牵引系统根据实际的载荷实施相应的牵引/ 制动力，制动力将按车辆重量的比例进行分配。

当出现某个载重信号出错或超出正常范围时，相应的制动阀可对该检测信号进行智能判断后给出缺省的数值，网络控制系统将使用该缺省的数值进行控制。

列车载荷值只在列车停车和低级位牵引时被存储，直到列车速度再次为零时才被允许更新，从而参与列车的牵引/ 制动控制。

牵引控制载荷补偿：1）传动控制单元通过网络获取本动车及本单元拖车重量数据，按本动车实际重量加上本单元拖车二分之一的重量（T）进行从AW0至AW2T况下的载荷补偿：2）救援模式下为获得更高的加速性能，无须进行载荷补偿；3）制动工况下，由制动系统进行载荷补偿控制。

4.6 空压机及风压管理空压机负责提供列车制动所需要的风源，每列车配置 2 台空压机，位于每辆C车上。

空压机由辅助电源系统三相380V供电。

空压机的管理正常情况下由列车网络系统负责，空气制动系统采集管压力信号并通过MVB®信发给网络控制系统，由网络控制系统进行相应控制及状态监视：1）当列车主管压力低于680kPa时，2台空压机同时工作到900kP a 止。

2）主管压力降至750kPa时，启动1台空压机工作至900kPa止。

单、双日轮流启动 1 台空压机。

3）主管压力低于750kPa且持续时间10分钟后，网络控制系统可以使列车继续运行至停车。

停车后将封锁牵引，禁止列车起动，同时在监控显示器上提示相应信息。

4）当列车主管压力信号低于500kPa时，牵引系统输出紧急制动指令，通过紧急回路断开实施列车紧急制动。

5）当列车出现制动缸压力不足时，牵引系统将根据制动风缸故障数量情况实施相应的列车限速控制或者直接封锁牵引。

6）正常情况下空压机的工作状态可以通过列车网络控制系统进行监视。

为了监视充风时间以及有足够压力，网络监视每一个压缩机工作时间。

每一个运行的空压机必须在有效时间内完成供风，否则就会在监控显示器上提示“空压机工作时间过长”。

7）列车紧急牵引情况下网络将不再参与压缩机的控制，压缩机的启动停止直接通过压力开关进行控制。

4.7 防滑控制牵引控制单元将在实施电制动过程中进行有效的滑行检测与保护，牵引控制单元针对轮对滑行进行抑制，同时将滑行保护信号发送给制动控制单元。