HXD2型机车是目前大秦线2万吨重载组合列车的主力牵引机车类型之一。HXD2型机车采用法国ALSTOM公司的法维莱制动系统。确保制动机系统正常工作对机车安全运行意义重大,需要开发HXD2型机车法维莱制动机测试系统。论文以法维莱制动系统为研究对象,对制动机内部结构、工作机理和重要模块特点进行分析,进一步研究了制动机电气系统和气路系统的故障特性,为测试系统的设计打下基础。针对法维莱制动系统结构复杂,电气和气路能量耦合的特点,利用功率键合图理论解决多种能量耦合的系统建模问题的优势,建立制动系统数学模型。基于键合图理论定义系统相关变量实际物理意义,描述建模规则。依据故障特征,采用多层次分解机制,将制动系统进行模块化分解。详细阐述利用键合图构建制动系统整体模型和各独立子模块模型,确定模块间及模块内部元件特征。针对制动系统中存在工况模式繁多,故障不确定,查找故障点耗时长效率低的问题,利用解析冗余方法实现系统故障检测和隔离。通过在系统数学模型中加入观测器的方法,推导系统ARR(analytical redundancy relations)方程,获得故障特征矩阵进而得到故障候选集和可隔离部件集。对于可隔离部件数目有限,提出一种改进型ARR算法。引入非独立ARR方程,提取不确定一致型和确定不一致型ARR方程信息。定义相关信息合并规则精简故障候选集,扩展可隔故障部件集,实现及时准确的检测隔离故障部件。利用实际电路定性模拟基于ARR的制动机系统故障检测算法的有效性。依据系统总体结构,设计系统实现的硬件平台和软件结构。论文研制的基于解析冗余关系的HXD2型机车法维莱制动的测试系统已在太原铁路局湖东机务段HXD2型机车法维莱制动机上进行应用测试,并获得用户的好评。实际应用证明,该系统在保障制动机运行方面是完全可行的、有效的。