孟祥龙

哈尔滨地铁集团有限公司 黑龙江哈尔滨 150000

实践表明，城市轨道车辆具有较高的运行速度和较短的站间距离行驶特点，需要频繁的启动、加速、快速制动等工况，针对这一情况，现代轨道交通地铁车辆一般均采用微机控制的、总线架构的电控设备，具有性能优越、可靠性好、集成度高、通讯能力强，系统响应时间短、成熟可靠等特点。同时为缩短空气执行机构的响应时间，制动控制阀尽可能安装在靠近走行部位置，以减少制动阀到制动缸之间的管路连接件的数量，缩短管路距离，多数车辆均采用架控的方式，从而有效缩短制动响应时间，缩制短动距离。本文件主要介绍轨道交通辆制动系统的原理，对制动系统统构成、制动控制、系统功能、状态监控、故障诊断、系统接口等进行了详细描述。

1 系统构成

车辆通常为六辆车编组，具体如下：

列车编组：+Tc×Mp×M=M×Mp×Tc+

其中：Tc车为有司机室的拖车 Mp为带受电弓的动车M为无受电弓的动车。

2 制动模式

制动系统主要有以下几种制动模式。①常用制动，通过司机或ATP系统发出指令，通常它用于在各种速度和载荷条件下快速有效地控制列车运行和停止。常用制动通常采用动力制动和电空摩擦制动的混合制动（动力制动优先）。②快速制动，是一种和紧急制动减速度相同的常用制动。快速制动时，可实现复合制动和防滑控制，安全回路不断开，车辆不会发生紧制情况。③紧急制动，保证在特定的时间内提供预期的制动力。为避免潜在的危险状态，司机发出紧急制 动指令，使列车在最短的距离内停车。④停放制动，防止列车在静止状态溜车，用于保证列车安全可靠停放。⑤保持制动，用于列车在坡道启动时不溜车。在这种情况下，当制动系统仍施加一定制动力的条件下，列车可以施加牵引。备注：动力制动（ED），是通过电机产生的电制动力实现无磨耗制动，这种制动只能在动车实现，不能在拖车上实现。电空摩擦制动（EP），直接作用在车轮上（动车），或者在安装了盘的轴上（拖车）。这种制动方式在动车上也能用，甚至比拖车更好些。

3 制动原理

3.1 常用制动和快速制动控制原理

列车总线收到制动指令信号，列车硬线线路进行备份（冗余安全设计），车辆网络会根据该制动指令计算的总的制动动力需求，并经列车总线传送给牵引系统优先施加电制动力，当电制动力不足情况下，缺失部分由制动动系统承担，制动系统网关阀通过内部总线网络分配到各个制动控制阀，进行补充。制动控制阀加常用制动时，其内部板卡通过与空簧连接的管路进行空簧压力信号采集（即车重信息），制动控制阀内部内部板卡按照网关阀要求，对制动缸压力进行动态调节，阀体内部设置各类传感器进行检测反馈，形成动态、实时的闭环控制系统，实现所需的制动力输出需求，并最终通过闸瓦与车轮表面贴合，形成摩擦阻力，实现车辆制动功能。快速制动时，整个制动系统将会施加一个与紧急制动具有相同减速度大小的制动，且此时仍然可以使用电制动。制动力将会按照常用制动模式来分配。

3.2 紧急制动控制

制动控制阀接收到紧急制动指令时，会施加一个经过载荷补偿的紧急制动力。紧急制动（EB）功能可以对每个转向架上的与载荷成正比的制动缸压力进行独立地控制，同时切断常用制动（SB）控制。紧急制动功能通过列车控制系统发出的失电的紧急制动输入信号来触发[1]。紧急制动系统完全是遵循以“故障导向安全”为原则进行设计的，它主要通过以下措施保证紧急制动的可靠实施。①完全独立于常用制动系统之外，确保常用制动故障时，不影响紧急制动。②紧急制动列车线为贯串于全列车的列车环路，列车紧急制动指令线从头车开始直至尾车，再由尾车回到头车，利用双线双断的安全原则保证紧急制动指令的准确实施。③紧急制动指令线采用失电紧急，得电缓解的形式，以确保在列车中的任何一辆车的紧急制动线断路时，都能保证紧急制动指令线失电，列车实施紧急制动。

3.3 保持制动控制

保持制动可分为以下两部分。①施加保持制动。当检测到速度低于一定值时，系统会自动进入保持制动阶段，保持制动为一恒定值，通常为最大常用制动的70%，这样可以确保列车在AW3载荷下停放在线路的最大坡道上而不溜车。保持制动一旦施加，就会一直处于实施状态，直到启动缓解保持制动指令。②缓解保持制动。车辆开始运行时，保持制动在一定条件下才会被缓解，以确保牵引力足够防止车辆向后移动的情况下才可对保持制动缓解信号进行设定。如果“保持制动缓解”信号出现故障，则当检测到车辆速度大于5km/h时，保持制动也会自动被缓解，以防止在牵引模式下产生制动，出现车轮擦伤故障发生。

4 制动网络结构形式

其中G代表网关阀，S代表智能阀，每半组车设置一个总线型局域网（can网），首、尾两个局域网通过车辆级的多功能车辆MVB总线实现连接，所有制动控制阀均连接在局域网内部，各个制动控制阀将自身数据、状态反馈给局域网内部的网关，网关阀负责与车辆进行数据的互通，实现彼此信息交互。

5 结语

本文通过对地铁车辆制动系统技术原理的介绍，对某国内主流的制动系统系统的构成、基本功能、网络结构形式做了简要介绍，分析其基本原理。现阶段的制动系统均是基于固定黏着进行控制的系统，无法做到黏着检测，黏着的有效控制，尤其地面线路，因温度、环境等因素变化较大，无法对黏着状态做出准确、有效的预测，提高黏着利用率，进而无法进一步提高行车效率，提高行车安全性。但从国外同行近期对轨道交通未来车辆的整体规划中，可以看出，制动系统方面尤其是对制动系统黏着进行动态控制，是提升车辆加、减速度，实现列车更大的运力的一个有效解决方向。