城轨车辆制动控制系统

第六章制动控制系统

制动控制系统是空气制动系统的核心，它接受司机或自动驾驶系统（ATO）的指令，并采集车上各种与制动有关的信号，将指令与各种信号进行计算，得出列车所需的制动力，再向动力制动系统和空气制动系统发出制动信号。动力制动系统进行制动时将实际制动力的等值信号反馈给制动控制系统，制动控制系统通过运算协调动力制动和空气制动的制动量。空气制动系统将制动系统发来的制动力信号经流量放大后使执行部件产生相应的制动力。这就是制动控制系统的主要功能。

6.1 制动控制系统的组成

如图6.1制动控制系统主要由电子制动控制单元（EBCU）、空气制动单元（BCU）和电气指令单元等组成。

图6.1制动控制系统的组成

6.1.1 电子制动控制单元

在电子技术和微机技术的迅猛发展下，列车的制动控制由微机综合列车运行中的所有参数，经过判断和运算，给制动系统发出精确的指令。以微机为中心的电子控制装置被称为电子制动控制单元（EBCU）、微机制动控制单元(MBCU)

或制动控制电子装置（BCE）等。

它有一下主要功能：

（1）接受司机控制器或ATO的指令，与牵引控制系统协调列车的制动和缓解。

（2）将接收到的动力制动实际值经 EP转换，将电信号转换成气动信号发送给空气制动控制单元。

（3）控制供气系统中空气压缩机组的工作周期，监控主风缸输出压力等参数。

（4）在列车制动过程中始终收集列车所有轮对速度传感器发来的速度参数，对轮对在制动过程中出现的滑行进行监视。

（5）对列车制动时的各种参数和故障进行监视与记录。

6.1.2空气制动控制单元

空气制动控制单元是制动系统中电气制动和空气制动的联系点，也是电子、电子信号与气动信号的转换点。在过去论述中称为中继阀或EP。

（一）EP

由电磁线圈、铁芯、顶杆和活塞等组成。当它的电磁线圈没有励磁时，铁芯和连杆落在阀底，通路阻断或通路与大气连通。当线圈励磁，铁芯被吸引上移，推动顶杆和活塞上移，通路与储风缸压力空气连通。

（二）中继阀

它上部是给排阀，下部是腔室。腔室中是活塞和膜板，活塞和膜板带动有空心通路的顶杆上下移动。

中继阀也是一个将电信号转换成压力空气的电磁阀，只是电信号的变化不是励磁电流的变化，而是通过电磁阀励磁线圈和消磁状态的不同组合，将多个电信号输入转换成对应空气压力输出。

（三）空重车调整阀

空重车调整阀的作用是根据车辆载重的变化，即根据乘客的多少，输出一个空气压力信号，并通过中继阀使单元制动机风缸保持一个恒定的制动力。

空重车调整阀的输入是车辆二系弹簧的空气压力信号。考虑到车辆载重的不平衡，一般采取前后转向架对角的两个空气弹簧压力为输入信号，这样就能比较准确地使空重车调整阀的输出压力信号与乘客负载成一定比例关系。

由于电子技术的发展，现在许多空重车信号已经直接将空气弹簧压力转换成电子信号输入BCE或MBCU，空重车调整阀输出的空气压力信号在常用制动时根本不起作用。但是在紧急制动时，空重车调整阀输出的空气压力信号还是可以越过中继阀，对紧急制动起到限制冲动的作用。

6.1.3 电气指令单元

现在城市轨道交通车辆的制动系统无一例外地采用电气指令单元来快速、准确、可靠地传递司控器的指令。采用电气指令可以使列车制动、缓解迅速、停车平稳无冲动，缩短制动距离。

（一）数字式电气指令制动控制系统

数字式指令指开关指令的组合，属于分档控制。这样的分档制动指令通过具有多块气动膜板的中继阀的动作，使制动缸获得恒定的七级压力。

数字式电气指令制动控制系统操作灵活，可控性能好。我国自行制造的北京地铁车辆使用的SD型制动系统即为数字式电气指令制动控制系统。

（二）模拟式电气指令制动控制系统

模拟式电气指令制动系统可以实现无极制动和连续操纵。常用的模拟电信号有电流、电压、频率和脉冲等，这些模拟量可以传递制动控制信号。理论上，模拟式电气指令制动控制系统的操纵比数字式的更方便，但它对指令传递的设备性能要求比较高。如果设备性能不能满足要求，其精度会降低，从而会影响制动效果。

从目前趋势来看，城市轨道交通车辆采用脉冲宽度调制的模拟式电气指令制动控制系统，应当是较为先进的列车制动控制系统。

6.2 制动控制策略

6.2.1恒制动率控制

城市轨道交通车辆载客情况变化很大，无论空载、满载或超员，都应保证列车的减速度与司机制动命令相对应。因此，列车控制系统必须检测各界车辆的负载重量，对应于各动车和拖车的负载重量变化而自动调整各级制动缸压力。在运行过程中，司机控制器的各制动级位都可以保持恒定制动率，得到恒定减速度。

列车控制系统将每节车各个空气弹簧的压力信号由压力传感器变换为电压信号后，取平均值；按照满载和空载极限值设置上下界，作为车辆负载信号电压输出。

车辆负载信号与制动指令相乘得到对应于各车负载的制动力指令曲线，将一个动车组单元中的各动车和拖车制动力指令曲线相加、放大后作为需求制动力指令送入列车制动系统，就能实现恒制动率控制。

6.2.2空气制动滞后控制

实现指令减速度目标，列车编组内的各车有多种分担制动力的方法。过去一般采用的控制方法就是各节车各自承担自己需要的制动力，即均匀制动方式。采用这种控制方式，拖车所需的制动力将全部由自己的空气制动系统承担，拖车的闸瓦磨损要比有电气制动的动车快得多。

随着近年来逆变控制的三厢感应电动机牵引系统的大量应用，由于三厢感应电动机优良的自身再黏着特性，使黏着系数的期望值大大提高，既可以最大限度地使用点制动力而不会发生滑行。因此，各节车在分担制动力时，在其利用黏着不超过限制的范围内，提高动车的制动里而减少拖车的制动力，以实现最大利用动力制动的目的。所以，采用VVVF控制或斩波控制的列车，可以取得较高的期待黏着系数，在不超过年捉限制的范围内充分利用动车的电气制动力，不足部分再由拖车的空气制动力补充，这样可以节约能源，降低拖车机械制动的磨耗。这种控制方式称为空气制动滞后控制。