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摘要：本文针对CR400AF型中国标准动车组，系统介绍了牵引系统与制动系统的结构及配置，并深入分析了两大系统的电气原理、网络控制技术以及配合运行的关系，对动车组的设计改进与故障诊断具有重要意义。
关键词：标准动车组;牵引系统;制动系统;网络控制技术
中图分类号：文献标识码：文章编号：
0 引言
CR400AF型中国标准动车组，是高速铁路复兴号的车型之一，由中国铁路总公司组织中国中车自主研发，在中国铁路客运专线及高速铁路上运营。CR400AF为动力分散式电动车组，最高持续营运速度为350km/h。动车组的车体为薄壁中空承载结构，主要采用铝合金材料，经过锻造、挤压、以及焊接等工艺制造而成。
CR400AF型动车组采用8编组形式，由2个基本动力单元组成，动力配置为“Tc+M+Tp+M+M+Tp+M+Tc”，其中Tc为带驾驶室的拖车，Tp为带受电弓的拖车，M为向动车组提供牵引力的动车。在动车组动力单元的参数配置与网络控制方式一定的情况下，只需改变牵引电机的工作特性即可得到不同的动车组运行速度目标值。另外，不同的动力单元还可以灵活地进行编组连挂，可以满足不同的客流量需求。
1 牵引系统
1.1 系统结构
全列车分为2个动力单元：M02+TP03+MH04，MB05+TP06+M07，每3节车厢作为一个动力单元。每个动力单元车中均配备一台牵引变压器、两台牵引变流器及八台牵引电机，其中，牵引变流器主要包括整流器、逆变器和辅助逆变器等部分。牵引主回路的设备配置如图1-1所示。
图1-1 牵引主回路设备配置图
1.2 工作原理分析
25kV/50Hz单向交流特高压电源通过3号车或6号车的受电弓从接触网受电，经由特高压接头、主断路器VCB与牵引变压器1次侧绕组连接。
牵引变压器2次侧由4个牵引绕组构成，其中2个牵引绕组与2号车、4号车的牵引变流器连接，另外2个牵引绕组与5号车、7号车的牵引变流器连接。牵引变压器2次侧的牵引绕组分别在1次侧绕组的励磁作用下感应出1900V的电压，并输入到牵引变流器的整流器部分。
牵引变流器的主电路包括两个四象限模块、两个VVVF逆变器模块和一个辅助逆变器模块。其中，每个VVVF逆变器模块集成三相桥臂及斩波相桥臂，驱动两台异步牵引电机。牵引变流器在列车运行时向牵引电机提供电能，在列车制动时将产生的再生电能反馈回供电网中。另外，牵引变流器对动车组还具有保护功能。
在牵引工况下，受电弓从接触网吸收电能，通过逆变器变频变压给牵引电机供电，牵引电机将电能转换成机械能，通过联轴器和齿轮箱，传递到车轮，驱动车辆前进。
1.3 网络控制技术
TCU通过机车MVB网络接收司机指令，实现机车的牵引控制，并把牵引系统的工况反馈给网络。在网络故障时，TCU通过硬线获得司机的各种指令，完成列车紧急牵引。对动车组的牵引控制主要包括动车组的牵引特性控制、制动特性控制、运行逻辑控制、设备故障保护、牵引变流器与交流异步牵引电机的实时控制、粘着利用控制等多种控制策略，能够保证动车组运行时的实时动力控制与故障监测。
在司机室内可以通过动车组网络系统将相应的控制命令发送至TCU，结合牵引变流器的工作状态与运行故障保护命令，以实现主断路器与充电短接接触器的时序控制，变流器启、停时序控制，牵引制动最大包络线控制，过无电区逻辑，隔离保护逻辑等。另外还能实现TCU系统自检，系统初始状态设置等功能。
2 制动系统
CR400AF型动车组的制动系统采用微机控制的直通式电空制动系统，即再生制动与盘型制动的复合制动方式，M车、T车均采用气压盘式基础制动装置，其中T车采用轴装制动盘，M车采用轮装制动盘。制动系统具备常用制动、紧急制动EB、紧急制动UB、保持制动、停放制动、清洁制动等制动模式。制动系统主要由制动控制系统、压缩空气供给系统及基础制动系统三大部分以及其他附件组成。其中，制动控制装置是制动控制系统的核心设备，具有模块化、集成化的设计特点。制动控制装置主要包括空气制动控制单元（PBCU）和电子制动控制单元（EBCU）两个功能模块，负责制动指令的接收、处理以及制动设备状态的监测与故障诊断。
2.1 电气连接
标准动车组的制动系统与其他设备之间的电气连接形式主要分为硬线接口与网络接口，如图2-1所示。
制动系统与司控器、ATP、列车线、安全环路、TCU等之间采用硬线接口，与列车网络系统、TCU之间采用MVB网络接口。其中，制动系统与TCU之间采用硬线接口与MVB网络接口两种形式，提高了列车制动的高效性与可靠性。另外，制动系统与空压机、防滑排风阀、速度传感器、截断塞门等其他子部件之间也采用硬线接口。
2.2 网络控制技术
CR400AF型动车组的制动系统采用空气制动与电制动两种制动方式，制动控制单元（BCU）负责控制空气制动的实施，牵引控制单元（TCU）负责控制电制动的实施。8编组的标准动车组分为2个牵引单元，每个牵引单元由4个BCU和2个TCU组成。制动系统共用列车TCN网络，车辆级數据总线MVB用于实现每个牵引单元内部的通信，列车级数据总线WTB用于实现每个牵引单元之间的通信。制动系统的网络控制框图如图2-2所示。
图2-2 制动系统的网络控制框图
制动控制系统分为列车级管理单元（TBM）、网段级管理单元（SBM）、本地制动控制管理单元（LBCU）三个级别，不同的管理单元之间能够实现全列车的制动力管理、分配和计算，主控功能均满足冗余要求。
列车正常运行时，司控器、CCU等通过硬线和MVB网络，发出制动指令（除紧急制动UB外）至TBM;TBM通过网关接收来自其他牵引单元SBM的相关数据，计算制动控制相关指令，通过网关传递至SBM;SBM将TBM发送的制动控制相关指令通过MVB网络发送至各BCU和TCU。当网络异常或紧急牵引时，各BCU根据贯穿全列的硬线制动指令进行制动控制。
网络控制系统（TCMS）参与列车的电空混合制动控制，制动力的计算和分配由制动系统完成。具体控制指令传输过程如下：
1、司控器执行不同的制动控制操作，TCMS产生相应的控制指令，并将控制指令通过MVB网络发送给制动系统。
2、制动系统根据接收到的制动指令，综合制动级位与制动载荷，计算动车组总制动力的需求值。按照在无故障的情况下优先使用电制动的原则，将动车组总制动力的需求值分配成电制动力的需求值，再经过TCMS发送到各车的牵引系统。
3、牵引系统根据电制动力的需求值施加再生制动，并将电制动力的实际值反馈到TCMS。
4、TCMS将各车牵引系统电制动力的实际值反馈给制动系统。
5、制动系统根据反馈的电制动力的实际值判断电制动力是否满足动车组的制动力需求，若不满足，则通过气制动力来进行补充制动。
3 结论
复兴号CR400AF型动车组是完全具有自主知识产权的中国标准动车组列车，这标志着我国的高速动车组设计技术达到了世界先进水平，相比于CRH系列动车组，CR400AF型动车组的技术标准化程度更高、运行噪声更小、车上设备配置更完善，整体的运行性能得到了很大的改进与提升。动车组的牵引系统与制动系统相互协调、配合运行，同时还具有多种保护机制，提高了动车组运行的安全性与平稳性。
参考文献
[1] 罗昭强，尚大为，韩东宁.复兴号动车组牵引系统参数分析[J].大连交通大学学报，2019，40（02）：113-116.
[2]王景波，王吉松，张鹏.350km/h中国标准动车组网络控制系统[J].机车电传动，2018（02）：12-15.
[3]卜文娟.复兴号：高端装备制造的国产化成就[J].中国战略新兴产业，2018（01）：60-61.
[4]程宏明，章阳，华皛，曹宏发.“复兴号”中国标准动车组制动试验设计与应用[J].铁道机车车辆，2019，39（02）：31-35.
[5] 李建新.以太网在CR400AF型动车组检修方面的应用[J].山东工业技术，2018（04）：73.
关键词：标准动车组;牵引系统;制动系统;网络控制技术
中图分类号：文献标识码：文章编号：
0 引言
CR400AF型中国标准动车组，是高速铁路复兴号的车型之一，由中国铁路总公司组织中国中车自主研发，在中国铁路客运专线及高速铁路上运营。CR400AF为动力分散式电动车组，最高持续营运速度为350km/h。动车组的车体为薄壁中空承载结构，主要采用铝合金材料，经过锻造、挤压、以及焊接等工艺制造而成。
CR400AF型动车组采用8编组形式，由2个基本动力单元组成，动力配置为“Tc+M+Tp+M+M+Tp+M+Tc”，其中Tc为带驾驶室的拖车，Tp为带受电弓的拖车，M为向动车组提供牵引力的动车。在动车组动力单元的参数配置与网络控制方式一定的情况下，只需改变牵引电机的工作特性即可得到不同的动车组运行速度目标值。另外，不同的动力单元还可以灵活地进行编组连挂，可以满足不同的客流量需求。
1 牵引系统
1.1 系统结构
全列车分为2个动力单元：M02+TP03+MH04，MB05+TP06+M07，每3节车厢作为一个动力单元。每个动力单元车中均配备一台牵引变压器、两台牵引变流器及八台牵引电机，其中，牵引变流器主要包括整流器、逆变器和辅助逆变器等部分。牵引主回路的设备配置如图1-1所示。
图1-1 牵引主回路设备配置图
1.2 工作原理分析
25kV/50Hz单向交流特高压电源通过3号车或6号车的受电弓从接触网受电，经由特高压接头、主断路器VCB与牵引变压器1次侧绕组连接。
牵引变压器2次侧由4个牵引绕组构成，其中2个牵引绕组与2号车、4号车的牵引变流器连接，另外2个牵引绕组与5号车、7号车的牵引变流器连接。牵引变压器2次侧的牵引绕组分别在1次侧绕组的励磁作用下感应出1900V的电压，并输入到牵引变流器的整流器部分。
牵引变流器的主电路包括两个四象限模块、两个VVVF逆变器模块和一个辅助逆变器模块。其中，每个VVVF逆变器模块集成三相桥臂及斩波相桥臂，驱动两台异步牵引电机。牵引变流器在列车运行时向牵引电机提供电能，在列车制动时将产生的再生电能反馈回供电网中。另外，牵引变流器对动车组还具有保护功能。
在牵引工况下，受电弓从接触网吸收电能，通过逆变器变频变压给牵引电机供电，牵引电机将电能转换成机械能，通过联轴器和齿轮箱，传递到车轮，驱动车辆前进。
1.3 网络控制技术
TCU通过机车MVB网络接收司机指令，实现机车的牵引控制，并把牵引系统的工况反馈给网络。在网络故障时，TCU通过硬线获得司机的各种指令，完成列车紧急牵引。对动车组的牵引控制主要包括动车组的牵引特性控制、制动特性控制、运行逻辑控制、设备故障保护、牵引变流器与交流异步牵引电机的实时控制、粘着利用控制等多种控制策略，能够保证动车组运行时的实时动力控制与故障监测。
在司机室内可以通过动车组网络系统将相应的控制命令发送至TCU，结合牵引变流器的工作状态与运行故障保护命令，以实现主断路器与充电短接接触器的时序控制，变流器启、停时序控制，牵引制动最大包络线控制，过无电区逻辑，隔离保护逻辑等。另外还能实现TCU系统自检，系统初始状态设置等功能。
2 制动系统
CR400AF型动车组的制动系统采用微机控制的直通式电空制动系统，即再生制动与盘型制动的复合制动方式，M车、T车均采用气压盘式基础制动装置，其中T车采用轴装制动盘，M车采用轮装制动盘。制动系统具备常用制动、紧急制动EB、紧急制动UB、保持制动、停放制动、清洁制动等制动模式。制动系统主要由制动控制系统、压缩空气供给系统及基础制动系统三大部分以及其他附件组成。其中，制动控制装置是制动控制系统的核心设备，具有模块化、集成化的设计特点。制动控制装置主要包括空气制动控制单元（PBCU）和电子制动控制单元（EBCU）两个功能模块，负责制动指令的接收、处理以及制动设备状态的监测与故障诊断。
2.1 电气连接
标准动车组的制动系统与其他设备之间的电气连接形式主要分为硬线接口与网络接口，如图2-1所示。
制动系统与司控器、ATP、列车线、安全环路、TCU等之间采用硬线接口，与列车网络系统、TCU之间采用MVB网络接口。其中，制动系统与TCU之间采用硬线接口与MVB网络接口两种形式，提高了列车制动的高效性与可靠性。另外，制动系统与空压机、防滑排风阀、速度传感器、截断塞门等其他子部件之间也采用硬线接口。
2.2 网络控制技术
CR400AF型动车组的制动系统采用空气制动与电制动两种制动方式，制动控制单元（BCU）负责控制空气制动的实施，牵引控制单元（TCU）负责控制电制动的实施。8编组的标准动车组分为2个牵引单元，每个牵引单元由4个BCU和2个TCU组成。制动系统共用列车TCN网络，车辆级數据总线MVB用于实现每个牵引单元内部的通信，列车级数据总线WTB用于实现每个牵引单元之间的通信。制动系统的网络控制框图如图2-2所示。
图2-2 制动系统的网络控制框图
制动控制系统分为列车级管理单元（TBM）、网段级管理单元（SBM）、本地制动控制管理单元（LBCU）三个级别，不同的管理单元之间能够实现全列车的制动力管理、分配和计算，主控功能均满足冗余要求。
列车正常运行时，司控器、CCU等通过硬线和MVB网络，发出制动指令（除紧急制动UB外）至TBM;TBM通过网关接收来自其他牵引单元SBM的相关数据，计算制动控制相关指令，通过网关传递至SBM;SBM将TBM发送的制动控制相关指令通过MVB网络发送至各BCU和TCU。当网络异常或紧急牵引时，各BCU根据贯穿全列的硬线制动指令进行制动控制。
网络控制系统（TCMS）参与列车的电空混合制动控制，制动力的计算和分配由制动系统完成。具体控制指令传输过程如下：
1、司控器执行不同的制动控制操作，TCMS产生相应的控制指令，并将控制指令通过MVB网络发送给制动系统。
2、制动系统根据接收到的制动指令，综合制动级位与制动载荷，计算动车组总制动力的需求值。按照在无故障的情况下优先使用电制动的原则，将动车组总制动力的需求值分配成电制动力的需求值，再经过TCMS发送到各车的牵引系统。
3、牵引系统根据电制动力的需求值施加再生制动，并将电制动力的实际值反馈到TCMS。
4、TCMS将各车牵引系统电制动力的实际值反馈给制动系统。
5、制动系统根据反馈的电制动力的实际值判断电制动力是否满足动车组的制动力需求，若不满足，则通过气制动力来进行补充制动。
3 结论
复兴号CR400AF型动车组是完全具有自主知识产权的中国标准动车组列车，这标志着我国的高速动车组设计技术达到了世界先进水平，相比于CRH系列动车组，CR400AF型动车组的技术标准化程度更高、运行噪声更小、车上设备配置更完善，整体的运行性能得到了很大的改进与提升。动车组的牵引系统与制动系统相互协调、配合运行，同时还具有多种保护机制，提高了动车组运行的安全性与平稳性。
参考文献
[1] 罗昭强，尚大为，韩东宁.复兴号动车组牵引系统参数分析[J].大连交通大学学报，2019，40（02）：113-116.
[2]王景波，王吉松，张鹏.350km/h中国标准动车组网络控制系统[J].机车电传动，2018（02）：12-15.
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[5] 李建新.以太网在CR400AF型动车组检修方面的应用[J].山东工业技术，2018（04）：73.