论文部分内容阅读
[摘 要]本文介绍了高速动车组的制动控制与管理，由制动控制单元响应列车控制指令，实现网络通讯、常用制动控制、紧急制动控制、停放制动控制和防滑控制等功能。
[关键词]高速动车组 制动控制 制动控制单元 网络通讯
中图分类号：TP856 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）17-537-01
1 概述
高速动车组制动系统一般采用微机控制的直通式电空复合制动系统，由贯穿全列车的总风管向各车辆的制动设备供风，各车的制动控制单元通过列车网络与硬线等响应列车控制指令，并控制相应阀的动作实现列车常用制动、紧急制动、停放制动、保持制动、备用制动等诸多功能，并在列车制动过程中，实时的进行轴不旋转检测和防滑检测、保护和控制【1】。对于制动系统可能发生的故障、失效等情况，制动系统具有丰富的故障诊断和故障导向安全控制体系，保证行车安全。
2 制动系统控制
制动系统管理与控制分为三级，即列车级、单元级和车辆级，如图1所示。图1 制动控制与管理
1）列车级管理及控制：控制头车的BCU负责列车制动管理、压缩机管理和制动试验等功能，管理和汇总的信息通过MVB/WTB在列车中传输，作为列车制动控制管理器（TBM）。为了实现冗余，头车设有两个BCU，即BCU1.1和BCU1.2，在BCU1.1出现故障的情况下，列车管理功能自动切换到BCU1.2。
2）单元级管理及控制：EC01/08车的BCU负责本单元的制动管理、汇总本单元状态信息，并且完成TBM与车辆制动控制单元（BCU）、CCU之间信息的转发，作为单元制动管理器（SBM）。
3）车辆级管理及控制：各车厢BCU负责本车的制动控制、防滑控制、制动诊断等。BCU接收SBM转发的列车制动指令，并将控制和诊断的信息通过MVB传输给SBM。各级之间的管理与控制通过MVB和WTB进行数据传递，并与CCU、TCU进行实时信息交互。
2.1 常用制动控制
常用制动是正常运行中的列车组进行调速及每次进站时所施加的制定，其采用了减速度控制方式和全列车电空复合制动的控制模式，在充分发挥电制动作用的同时，能够充分的利用轮轨间的粘着力。BCU根据速度和司机制动控制器级位确定出目标减速度，进而计算出应该施加的制动力，减速度与制动力会随着列车制动指令、车重、速度和制动能力等实时调整。制动系统将该信息通过MVB发布，CCU将该信息作为司机操作过程记录。
ATP的制动指令通过CCU也传输给TBM（列车制动管理）。TBM接收到制动指令后，转化为列车的空电复合制动力控制指令，该指令通过MVB/WTB传输至列车中的所有BCU，进行制动施加和缓解。
2.2 紧急制动控制
紧急制动是在动车组遇到紧急情况或发生其它意外情况时，为使动车组快速停车而施加的制动，是安全等级最高的制动。紧急制动 时允许空气制动和电制动两种制动方式同时施加。当紧急制动启动，牵引系统将被封锁，车轮防滑系统启动。空气制动防滑功能集成在每辆车上的制动控制单元中。
当触发紧急制动后，紧急制动环路断开，紧急制动阀失电触发紧急制动，迅速产生紧急制动压力。紧急制动电磁阀通过紧急制动环路激活，不受BCU控制。BCU将同时监测紧急制动环状态以及接收来自 CCU的网络紧急制动指令，并在常用制动回路冗余施加（减速度与紧急制动减速度相等）。紧急制动控制原理如图2所示。图2 紧急制动控制原理
2.3 停放制动控制
动车组的停放制动控制通过停放制动施加和缓解列车线控制双脉冲电磁阀来实现，以保证列车能够在规定的坡道上停放。停放制动装置采用弹簧储能方式，能满足动车组定员载荷时在30‰坡道上不溜坡的安全停放要求，并设置防止空气制动力和停放制动力叠加的装置。停放制动充风缓解、排风施加，司机通过停放制动按钮（施加/缓解）控制停放制动电磁阀动作，实现停放制动缸的排风（停放施加）或充风（停放缓解）。停放制动电磁阀具有手动切换功能。
在安装停放制动装置的车轴两侧均设手动缓解装置，通过手动缓解裝置可以紧急缓解该停放制动。为了防止列车带着停放制动行车损坏基础制动，影响列车安全，制动系统具有停放制动监控功能，在列车上还设有停放制动监测环路，当列车运行速度大于5km/h意外施加停放制动时，动车组实施紧急制动停车。
2.4 防滑控制
列车制动力的实施取决于轮轨粘着状态，而轮轨粘着系数随着速度的提高呈下降趋势，这使得高速制动时发生滑行的可能性增大。高速动车组的防滑控制技术，保证列车能够在各种速度制动时迅速适应轮轨状态的变化，既能有效进行车轮滑行保护控制，又能充分利用轮轨间的粘着力。
防滑系统采用具有专用测速处理的微控制器，可以在较宽的范围内实现精确测速。防滑系统具有空电混合防滑控制的特点，空气制动防滑由制动系统实现，电制动防滑由牵引系统实现。
空气制动防滑系统采用速度差和减速度判据进行滑行检测，根据速度差和减速度的变化，相应地控制制动力变化。当通过减速度和速度差判据检测到车轮滑行，防滑系统就会对滑行轴的制动缸进行保压、阶段排风或快速排风控制，以尽快减小滑行轴上的制动缸压力和空气制动力。当检测到滑行轴达到粘着恢复的判据时，开始阶段充风或快速充风，制动缸压力和制动力开始恢复。
3 结论
高速动车组制动系统一般采用微机控制的直通式电空复合制动系统，采用先进的减速度控制方式，由制动控制单元响应列车制动指令，控制相应阀的动作，从而控制管路压力的变化，实现列车各种制动方式的控制。
参考文献：
[1] 曹宏发等. 和谐号动车组电子制动控制单元[J]. 铁道机车车辆，2011.31（5）：15- 19.
作者简介：
张利平，男，工学硕士学位，工程师，主要从事轨道车辆研发设计工作。
[关键词]高速动车组 制动控制 制动控制单元 网络通讯
中图分类号：TP856 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）17-537-01
1 概述
高速动车组制动系统一般采用微机控制的直通式电空复合制动系统，由贯穿全列车的总风管向各车辆的制动设备供风，各车的制动控制单元通过列车网络与硬线等响应列车控制指令，并控制相应阀的动作实现列车常用制动、紧急制动、停放制动、保持制动、备用制动等诸多功能，并在列车制动过程中，实时的进行轴不旋转检测和防滑检测、保护和控制【1】。对于制动系统可能发生的故障、失效等情况，制动系统具有丰富的故障诊断和故障导向安全控制体系，保证行车安全。
2 制动系统控制
制动系统管理与控制分为三级，即列车级、单元级和车辆级，如图1所示。图1 制动控制与管理
1）列车级管理及控制：控制头车的BCU负责列车制动管理、压缩机管理和制动试验等功能，管理和汇总的信息通过MVB/WTB在列车中传输，作为列车制动控制管理器（TBM）。为了实现冗余，头车设有两个BCU，即BCU1.1和BCU1.2，在BCU1.1出现故障的情况下，列车管理功能自动切换到BCU1.2。
2）单元级管理及控制：EC01/08车的BCU负责本单元的制动管理、汇总本单元状态信息，并且完成TBM与车辆制动控制单元（BCU）、CCU之间信息的转发，作为单元制动管理器（SBM）。
3）车辆级管理及控制：各车厢BCU负责本车的制动控制、防滑控制、制动诊断等。BCU接收SBM转发的列车制动指令，并将控制和诊断的信息通过MVB传输给SBM。各级之间的管理与控制通过MVB和WTB进行数据传递，并与CCU、TCU进行实时信息交互。
2.1 常用制动控制
常用制动是正常运行中的列车组进行调速及每次进站时所施加的制定，其采用了减速度控制方式和全列车电空复合制动的控制模式，在充分发挥电制动作用的同时，能够充分的利用轮轨间的粘着力。BCU根据速度和司机制动控制器级位确定出目标减速度，进而计算出应该施加的制动力，减速度与制动力会随着列车制动指令、车重、速度和制动能力等实时调整。制动系统将该信息通过MVB发布，CCU将该信息作为司机操作过程记录。
ATP的制动指令通过CCU也传输给TBM（列车制动管理）。TBM接收到制动指令后，转化为列车的空电复合制动力控制指令，该指令通过MVB/WTB传输至列车中的所有BCU，进行制动施加和缓解。
2.2 紧急制动控制
紧急制动是在动车组遇到紧急情况或发生其它意外情况时，为使动车组快速停车而施加的制动，是安全等级最高的制动。紧急制动 时允许空气制动和电制动两种制动方式同时施加。当紧急制动启动，牵引系统将被封锁，车轮防滑系统启动。空气制动防滑功能集成在每辆车上的制动控制单元中。
当触发紧急制动后，紧急制动环路断开，紧急制动阀失电触发紧急制动，迅速产生紧急制动压力。紧急制动电磁阀通过紧急制动环路激活，不受BCU控制。BCU将同时监测紧急制动环状态以及接收来自 CCU的网络紧急制动指令，并在常用制动回路冗余施加（减速度与紧急制动减速度相等）。紧急制动控制原理如图2所示。图2 紧急制动控制原理
2.3 停放制动控制
动车组的停放制动控制通过停放制动施加和缓解列车线控制双脉冲电磁阀来实现，以保证列车能够在规定的坡道上停放。停放制动装置采用弹簧储能方式，能满足动车组定员载荷时在30‰坡道上不溜坡的安全停放要求，并设置防止空气制动力和停放制动力叠加的装置。停放制动充风缓解、排风施加，司机通过停放制动按钮（施加/缓解）控制停放制动电磁阀动作，实现停放制动缸的排风（停放施加）或充风（停放缓解）。停放制动电磁阀具有手动切换功能。
在安装停放制动装置的车轴两侧均设手动缓解装置，通过手动缓解裝置可以紧急缓解该停放制动。为了防止列车带着停放制动行车损坏基础制动，影响列车安全，制动系统具有停放制动监控功能，在列车上还设有停放制动监测环路，当列车运行速度大于5km/h意外施加停放制动时，动车组实施紧急制动停车。
2.4 防滑控制
列车制动力的实施取决于轮轨粘着状态，而轮轨粘着系数随着速度的提高呈下降趋势，这使得高速制动时发生滑行的可能性增大。高速动车组的防滑控制技术，保证列车能够在各种速度制动时迅速适应轮轨状态的变化，既能有效进行车轮滑行保护控制，又能充分利用轮轨间的粘着力。
防滑系统采用具有专用测速处理的微控制器，可以在较宽的范围内实现精确测速。防滑系统具有空电混合防滑控制的特点，空气制动防滑由制动系统实现，电制动防滑由牵引系统实现。
空气制动防滑系统采用速度差和减速度判据进行滑行检测，根据速度差和减速度的变化，相应地控制制动力变化。当通过减速度和速度差判据检测到车轮滑行，防滑系统就会对滑行轴的制动缸进行保压、阶段排风或快速排风控制，以尽快减小滑行轴上的制动缸压力和空气制动力。当检测到滑行轴达到粘着恢复的判据时，开始阶段充风或快速充风，制动缸压力和制动力开始恢复。
3 结论
高速动车组制动系统一般采用微机控制的直通式电空复合制动系统，采用先进的减速度控制方式，由制动控制单元响应列车制动指令，控制相应阀的动作，从而控制管路压力的变化，实现列车各种制动方式的控制。
参考文献：
[1] 曹宏发等. 和谐号动车组电子制动控制单元[J]. 铁道机车车辆，2011.31（5）：15- 19.
作者简介：
张利平，男，工学硕士学位，工程师，主要从事轨道车辆研发设计工作。