施祖銀

（南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東 青島266000）

0 前言

城軌列車需要制動(dòng)停車時(shí)，要保證有足夠的制動(dòng)力，確保列車能夠安全停車，避免列車“放腸”。在列車運(yùn)行而不希望制動(dòng)時(shí)，是要避免產(chǎn)生不希望的制動(dòng)力，以使列車能夠維持運(yùn)行，避免列車“意外制動(dòng)”。在制動(dòng)系統(tǒng)故障而列車需要運(yùn)行時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)緩解而使列車受控地運(yùn)行，以免列車長時(shí)?？吭谡九_(tái)或線路上而影響線路正常的運(yùn)營環(huán)境，避免列“趴窩”。下面以北京地鐵四號(hào)線（以下簡稱“北四”）為例具體的講述制動(dòng)控制系統(tǒng)。

1 北四制動(dòng)控制系統(tǒng)概述

北四制動(dòng)控制系統(tǒng)的核心是G閥和RIO閥，主要完成列車保持制動(dòng)、常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)、防滑保護(hù)，以及輸出空壓機(jī)的啟動(dòng)請求，并且將列車制動(dòng)控制系統(tǒng)接入TCMS系統(tǒng)中。

北四采用德國KNORR公司的EP2002型[1]制動(dòng)系統(tǒng)。G閥和RIO閥（下文同時(shí)講到G閥和RIO閥時(shí)，簡稱為兩閥）是整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的核心部件，是制動(dòng)管路系統(tǒng)和制動(dòng)控制系統(tǒng)的樞紐。G閥可以采集總風(fēng)壓、制動(dòng)缸風(fēng)壓、空簧風(fēng)壓、副風(fēng)缸風(fēng)壓以及回送管風(fēng)壓；RIO閥可以采集制動(dòng)缸風(fēng)壓、空簧風(fēng)壓、副風(fēng)缸風(fēng)壓以及停放制動(dòng)缸風(fēng)壓。這些采集到的風(fēng)壓值對制動(dòng)系統(tǒng)的控制起著非常重要的作用。RIO閥主要由氣路模塊和電子控制模塊組成。電子控制模塊主要由微控制器和電源電路組成。G閥在RIO閥的基礎(chǔ)上增加了數(shù)據(jù)管理模塊。該模塊由通訊電路和緩沖控制器組成。每節(jié)車G閥和RIO閥各一個(gè)。G閥是主控制閥，RIO閥是從控制閥。為了便于系統(tǒng)維護(hù)，每兩節(jié)車為一個(gè)單元（TC1、M1 為一個(gè)單元，M3、T3 為一個(gè)單元，TC2、M2 為一個(gè)單元），每個(gè)單元的四個(gè)閥構(gòu)建CAN總線網(wǎng)絡(luò)，相互之間進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)共享。另外，每個(gè)車的G閥通過MVB總線連接到TCMS網(wǎng)絡(luò)中，通過TCMS網(wǎng)絡(luò)將制動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)實(shí)時(shí)的傳給TCMS系統(tǒng)。

TCMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，向G閥發(fā)出制動(dòng)指令，兩閥將參考空簧風(fēng)壓（空簧風(fēng)壓反映列車重量）大小，通過閥內(nèi)部軟件分析，計(jì)算出所需的制動(dòng)力，然后控制向制動(dòng)缸提供的風(fēng)壓，施加保持制動(dòng)。保持制動(dòng)力的大小和空簧風(fēng)壓大小有關(guān)，平均有2.4bar左右。

常用制動(dòng)的信號(hào)來源于司機(jī)手柄。當(dāng)G閥得到常用制動(dòng)信號(hào)時(shí)，兩閥將參考空簧風(fēng)壓大小，通過閥內(nèi)部軟件分析，計(jì)算出所需的制動(dòng)力，然后控制向制動(dòng)缸提供的風(fēng)壓，施加常用制動(dòng)。除了空簧風(fēng)壓，常用制動(dòng)力的大小還與控制信號(hào)有關(guān)，從無到有，但最大不超過緊急制動(dòng)力。

緊急制動(dòng)的信號(hào)來源于緊急制動(dòng)控制電路。當(dāng)兩閥得到緊急制動(dòng)信號(hào)時(shí)，兩閥將參考空簧風(fēng)壓大小，直接通過其內(nèi)部繼電器的動(dòng)作，控制向制動(dòng)缸提供的風(fēng)壓，施加緊急制動(dòng)。緊急制動(dòng)力的大小和空簧風(fēng)壓大小有關(guān)，但比其他制動(dòng)力大，平均有3bar左右。

防滑保護(hù)的信號(hào)來源于車輪的速度差或減速度。各車的兩閥通過安裝于車軸的速度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測列車運(yùn)行速度。在列車運(yùn)行中施加制動(dòng)時(shí)，當(dāng)兩閥檢測到某輪軸速度比標(biāo)準(zhǔn)速度低，而且速度差超過標(biāo)準(zhǔn)速度的5%時(shí)（或當(dāng)兩閥檢測到某輪軸的減速度大于4.5m/s2時(shí)），兩閥將參考空簧風(fēng)壓大小，通過閥內(nèi)部軟件分析，控制低速車輪反復(fù)制動(dòng)緩解和施加，使之速度趨向于標(biāo)準(zhǔn)速度，直到列車因制動(dòng)而停止運(yùn)行。標(biāo)準(zhǔn)速度取單元內(nèi)車軸的最大速度（如Knorr制動(dòng)系統(tǒng)[2]）或單車車軸的最大速度（如Nabtesco制動(dòng)系統(tǒng)[3]）。

G閥與外界連接的電氣接口有PL1、PL2、PL3、PL4和SK1。PL1接二位轉(zhuǎn)向架兩車軸的速度傳感器，用于采集車軸的速度。PL2接110V制動(dòng)電源為G閥供電，以及接緊急制動(dòng)信號(hào)（信號(hào)線為443T），啟動(dòng)緊急制動(dòng)施加或緩解。PL3接列車牽引制動(dòng)參考信號(hào)、回送模式信號(hào)、備用模式信號(hào)、副風(fēng)缸壓力開關(guān)（只有TC1和TC2車有）以及空壓機(jī)啟動(dòng)請求信號(hào)（只有TC1和TC2車有）。PL4接TCMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),將列車制動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)傳給TCMS系統(tǒng)。SK1用來構(gòu)建制動(dòng)控制系統(tǒng)的CAN總線網(wǎng)絡(luò)，方便制動(dòng)系統(tǒng)的維護(hù)。

RIO閥與外界連接的電氣接口有PL1、PL2、PL3和SK1。PL1接一位轉(zhuǎn)向架兩車軸的速度傳感器，用于采集車軸的速度。PL2接110V電源為RIO閥供電，以及接緊急制動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)緊急制動(dòng)施加或緩解。PL3接列車零速線、制動(dòng)切除閥B04和停放制動(dòng)切除閥B05。SK1用來構(gòu)建制動(dòng)控制系統(tǒng)的CAN總線網(wǎng)絡(luò)。RIO閥沒有PL4插口，不能直接和TCMS系統(tǒng)通訊。

TC1和TC2車G閥PL3口有H和G針，其中H針接BPCB制動(dòng)電源。在G閥控制空壓機(jī)的情況下，當(dāng)總風(fēng)壓力小于8bar左右時(shí)，其中一個(gè)TC車G閥PL3的H和G針接通，G針得電，向TCMS系統(tǒng)的DX87模塊發(fā)出空壓機(jī)啟動(dòng)請求信號(hào)，經(jīng)DX87處理后，向該車的空壓機(jī)控制電路發(fā)出空壓機(jī)啟動(dòng)指令，啟動(dòng)空壓機(jī)；當(dāng)總風(fēng)壓力大于9bar左右時(shí)，該TC車G閥PL3的H和G針斷開，G針不得電，向TCMS系統(tǒng)的DX87模塊發(fā)出空壓機(jī)停止請求信號(hào)，經(jīng)DX87處理后，向該車的空壓機(jī)控制電路發(fā)出空壓機(jī)停止指令，停止空壓機(jī)。如果風(fēng)壓降到7.5bar左右時(shí)，另一個(gè)TC車會(huì)以同樣的方式啟動(dòng)本車的空壓機(jī)，兩臺(tái)空壓機(jī)一起工作，直到總風(fēng)壓力為9bar左右時(shí)停止。

各車G閥PL4口接入TCMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，將列車的制動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)傳給TCMS系統(tǒng)。每個(gè)單元的四個(gè)閥通過SK1口連接在一起，構(gòu)建CAN總線網(wǎng)絡(luò)，其中TC1、T3和TC2車上設(shè)置維護(hù)插座，方便CAN總線網(wǎng)絡(luò)與電腦連接。B04、B05接入其所在車的RIO閥，通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)和TCMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，將其狀態(tài)輸入TCMS系統(tǒng)。

2 結(jié)論

城軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、研制的整個(gè)過程中一直將故障導(dǎo)向安全作為重要的考核指標(biāo)、必須從控制原則出發(fā)，通過切實(shí)可行的措施來保證設(shè)計(jì)理念的實(shí)現(xiàn)，雖然在制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中體現(xiàn)了導(dǎo)向安全的原則，但是作為故障發(fā)生后的安全處理同樣重要，處理不當(dāng)將可能影響線路的正常運(yùn)行。

現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，各系統(tǒng)都不再孤立工作，而會(huì)通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，相互之間進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)共享，方便系統(tǒng)的集中監(jiān)控和管理。北四各系統(tǒng)即通過MVB總線，構(gòu)建了便于集中監(jiān)控和管理的TCMS系統(tǒng)）。TCMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)就像人體的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將各子系統(tǒng)緊密的聯(lián)系在一起，使控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加緊湊、功能更加強(qiáng)大、設(shè)計(jì)更加靈活。如此全面、人性化的設(shè)計(jì)，確保了列車的安全運(yùn)行，同時(shí)也為乘客提供了一個(gè)舒適的乘車環(huán)境。

［1］姜祥祿，蔡永麗.地鐵車輛EP2002制動(dòng)系統(tǒng)防護(hù)保護(hù)[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2008，31(4)：47-49.

［2］吳新宇.克諾爾模擬式地鐵制動(dòng)系統(tǒng)概述[J].鐵道車輛，2000，38(Z1).

［3］陽建鳴.納博特斯克車輛制動(dòng)技術(shù)[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2007，3：54.