司 麗 杜慧杰 楊永勤 張興旺 李童生 許紅梅

(中車唐山機(jī)車車輛有限公司，063035，唐山//第一作者，高級工程師)

中低速磁浮列車采用全動車配置,制動控制系統(tǒng)采用微機(jī)控制直通式電空制動系統(tǒng)，且制動力混合以單輛車為單元。制動指令通過網(wǎng)絡(luò)和硬線傳輸;制動系統(tǒng)與牽引控制單元的信號通過MVB(多功能車輛總線)傳輸，亦可以通過硬線傳輸。中低速磁浮列車的監(jiān)控通過列車監(jiān)控管理系統(tǒng)(TCMS)實(shí)現(xiàn),且列車具有常用制動、保持制動、快速制動、緊急制動和落車制動等功能。

1 中低速磁浮列車制動控制原理

中低速磁浮列車制動控制的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1中,制動控制單元是磁浮列車制動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。它與電子制動控制單元(EBCU)組成閉環(huán)控制;根據(jù)制動力需求，它能準(zhǔn)確而穩(wěn)定地控制制動缸壓力。

當(dāng)采用常用制動時，空氣制動控制單元根據(jù)EBCU傳來的電信號，通過電空轉(zhuǎn)換閥將來自制動儲風(fēng)缸的空氣壓力轉(zhuǎn)換成與電信號相對應(yīng)的預(yù)控制壓力。當(dāng)預(yù)控制壓力到達(dá)空重車調(diào)整閥，受到空重車調(diào)整閥的檢測和限制;從空重車調(diào)整閥出來的預(yù)控制壓力到達(dá)中繼閥，打開中繼閥中制動儲風(fēng)缸與制動缸的通路，最后使制動缸獲得符合制動力要求的空氣壓力。

注:M表示動力車;Mc表示帶司機(jī)室的動力車

當(dāng)采用緊急制動(見圖2)時，預(yù)控制壓力不受電空轉(zhuǎn)換閥控制，來自制動儲風(fēng)缸的壓縮空氣直接經(jīng)緊急制動電磁閥到達(dá)空重車調(diào)整閥，此時預(yù)控制壓力僅受空重車調(diào)整閥控制，并使之與空氣彈簧的壓力即載荷情況相適合。緊急制動采用純空氣制動，電制動未參與，平均減速度不小于1.3 m/s2。

圖2 緊急制動觸發(fā)方式

另外,中低速磁浮列車還具備獨(dú)特的落車制動功能。該功能可使“低速飛行”中的磁浮列車垂直降落在軌道上。落車制動時，緊急制動被觸發(fā)，牽引被封鎖，懸浮系統(tǒng)處于緊急斷電狀態(tài)，車輛依靠自身質(zhì)量緊急落車，同時安裝在懸浮架上的滑橇與軌道相互機(jī)械摩擦，從而產(chǎn)生制動力。

2 中低速磁浮列車制動控制邏輯

2.1 常用制動

列車常用制動由EBCU掌控，并通過MVB與TCMS進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞與邏輯控制。當(dāng)TCMS檢測到端口輸入為低電平時，TCMS將該指令信號通過MVB傳遞至EBCU;當(dāng)EBCU接到制動指令后，根據(jù)車輛載荷計(jì)算出所需制動力，并將此作為電制動需求指令提供至TCMS，進(jìn)而提供給牽引控制單元;牽引控制單元將該指令和根據(jù)司機(jī)控制器指令計(jì)算出的制動需求進(jìn)行比較，按照取大的原則來施加電制動力，并將測得的實(shí)際電制動力反饋給EBCU;由EBCU計(jì)算制動力需求和實(shí)際電制動力之間的差值，并根據(jù)該差值施加相應(yīng)的空氣制動力。

2.2 保持制動

非牽引工況下，當(dāng)列車速度達(dá)到設(shè)定值時，TCMS發(fā)出電制動衰退信號，EBCU檢測到電制動衰退信號后,按照沖動限制斜率的要求，使空氣制動上升、電制動下降，且制動力應(yīng)保持恒定，形成符合制動指令要求的制動缸壓力。保持制動施加應(yīng)全部由EBCU自身負(fù)責(zé)。網(wǎng)絡(luò)不發(fā)送保持制動的施加信號，網(wǎng)絡(luò)僅對EBCU發(fā)送保持制動緩解信號。

圖3為列車保持制動特性曲線示意圖。圖3中,在t0時刻,列車速度為7.0 km/h，此時列車僅收到制動指令；t0—t1段,延遲施加液壓制動；t1—t2段,再生制動力將減少至0，液壓制動力將接管整個制動力；在t2時刻,列車速度為1.5 km/h；在t3時刻,施加液壓制動,此時檢測到列車速度為0；在t4時刻,列車已停車至速度為0。

圖3 列車保持制動特性曲線示意圖

在ATO(列車自動運(yùn)行)模式下，列車保持制動的施加和緩解均由ATO來控制;在人工模式下，當(dāng)列車接近靜止時，保持制動自動施加。保持制動緩解信號由牽引系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行發(fā)送。

2.3 電空制動配合

為了盡量降低閘片的磨耗，當(dāng)列車運(yùn)行速度高于設(shè)定值，即制動級位介于B1級至B4級之間時，空氣制動暫不投入;當(dāng)制動級位介于B5級至B7級之間時，空氣制動的投入不受速度的限制，此時按照混合制動力的要求進(jìn)行制動力補(bǔ)充。

2.4 速度信號控制策略

牽引制動設(shè)備對測速系統(tǒng)4路速度信號的選取采用最優(yōu)控制策略(4路速度信號兩兩作差，取測速誤差范圍內(nèi)差值最小的2路速度脈沖信號的平均值作為列車速度)來確保電空制動的良好配合。如果4路速度信號全部異常，即輸出的4路速度信號兩兩差值全部超出列車測速范圍時，若列車處于制動狀態(tài)下切除電制動，則由空氣制動進(jìn)行管理；若列車處于牽引狀態(tài)下，則采取限速運(yùn)行措施。

3 基礎(chǔ)制動裝置

中低速磁浮列車在正常運(yùn)行時，基于磁浮列車的懸浮特性，車體與軌道不接觸，此時懸浮架與軌道存在8～10 mm的間隙。制動夾鉗能夠適應(yīng)車輛在起浮和降落過程中的豎向位移變化。制動夾鉗上的浮動機(jī)構(gòu)，用于在制動時調(diào)整因列車高度變化而產(chǎn)生的位移量，使得制動夾鉗在制動時，能夠在懸浮和落車狀態(tài)間自由轉(zhuǎn)換。

4 結(jié)語

通過對中低速磁浮列車制動特性的分析研究,磁浮列車制動時不受輪軌間黏著的限制,制動減速度在設(shè)計(jì)時可高于輪軌列車,制動方式能夠滿足磁浮列車的制動需求。中低速磁浮列車具有乘坐舒適、安全性高、爬坡能力強(qiáng)和響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代城市軌道交通的重要補(bǔ)充，同時也是城市軌道交通領(lǐng)域的一種新的交通系統(tǒng)。