程宏明， 章 陽， 華 皛， 曹宏發(fā)

(1 北京縱橫機電科技有限公司， 北京 100094；2 中國鐵道科學研究院集團有限公司 機車車輛研究所， 北京 100081)

制動試驗是為了確保制動系統(tǒng)工作正常，性能穩(wěn)定而設計的一整套制動系統(tǒng)檢測試驗。制動試驗可以確保制動系統(tǒng)故障能夠及時發(fā)現(xiàn)、明確作業(yè)人員交接發(fā)生時刻的設備狀態(tài)。動車組故障時，利用制動試驗配套診斷功能對系統(tǒng)當前狀況進行診斷，以明確是否存在未消除的隱形故障，為行車提供依據(jù)。因此，制動試驗在動車組運營、維護中具有重要作用。

從確保故障及時得到發(fā)現(xiàn)的角度考慮，制動試驗頻度要求要嚴，但頻繁進行試驗會影響到車輛運用效率。為了達到及時發(fā)現(xiàn)故障，又最大限度不影響運用效率的目的，制動試驗頻度應適中。目前要求是，動車組在庫內(nèi)檢修作業(yè)完成后，地勤司機出庫前在列車兩端進行完整的制動試驗，確認全列制動可用性。在列車投入運用之前，正線司機需要確認列車制動可用性，如果無制動可用性則在列車兩端進行完整的制動試驗。在運用過程中，僅在換端時施加一次緊急制動即可。

“復興號”中國標準動車組具有制動試驗功能，包括菜單引導制動試驗(Menu Guided Brake Test，簡稱MBT)和自動制動試驗(Auto Brake Test,簡稱ABT)。其中，自動制動試驗屬于列車整備試驗的一部分，依據(jù)CCU發(fā)送的試驗開始指令，制動系統(tǒng)自動完成相應測試內(nèi)容。MBT制動試驗是司機依據(jù)HMI提示進行試驗，完成對制動系統(tǒng)工作狀態(tài)的確認。MBT制動試驗是動車組車輛運營前必須進行的環(huán)節(jié)，是制動系統(tǒng)故障確認的參考依據(jù)，也是使用頻度最高的制動試驗。

目前，我國既有高速動車組(和諧號)制動試驗(MBT)軟件控制仍由外方設計，試驗時間較長。試驗失敗時HMI僅提示試驗最終結果，司機無法確定試驗失敗車輛，無法快速解決問題，若熱備車輛不足，會造成車輛晚點，影響高速鐵路有序運營。

基于上述分析，非常有必要結合國內(nèi)實際情況，開展適合我國高速動車組實際應用的制動試驗研究，滿足我國高速動車組快速試驗、快速定位故障的技術要求。

結合中國標準動車組制動系統(tǒng)技術平臺的設計和開發(fā)經(jīng)驗，詳細介紹了MBT制動試驗的設計思路、試驗方法及對現(xiàn)車運用過程中常見的故障工況進行了分析。

1 MBT制動試驗設計思路

1.1 和諧號動車組制動試驗的現(xiàn)有情況

在中國既有和諧號動車組中，3型車、5型車具有MBT制動試驗功能，但試驗項目較多(3型車制動試驗包括6項子試驗[1])，完成一次完整的制動試驗需18 min。5型車完成一次完整制動試驗需16 min。出庫前，兩個端車需要分別執(zhí)行一次制動試驗，耗時需30 min 以上。當制動試驗失敗時，制動系統(tǒng)僅提示試驗失敗，無法給司機更多提示，導致司機處理故障比較困難，效率較低。因此，3型車、5型車存在制動試驗耗時久、不易處理故障等問題。2型車無MBT制動試驗，只通過司機操作制動手柄完成制動系統(tǒng)性能確認，雖然試驗快速，但屬于人為判斷，試驗結果不夠準確客觀。

1.2 復興號動車組制動試驗的設計思路

基于制動試驗的定位與頻度原則，在仔細研究運營車輛的優(yōu)缺點后，中國標準動車組借鑒各方長處，形成了一套高效的中國標準的MBT制動試驗，既滿足從嚴診斷、快速定位制動系統(tǒng)故障的原則，又最大限度的保證車輛運營效率，實現(xiàn)準確、快速試驗的目的。

2 MBT制動試驗的設計

2.1 制動系統(tǒng)制動試驗的架構管理

MBT制動試驗包括直通制動試驗、緊急制動EB及EB轉(zhuǎn)UB試驗、緊急制動UB試驗、防滑試驗、總風貫通性試驗等5項子試驗組成。試驗是基于制動系統(tǒng)三層架構(TBM-SBM-LBCU)進行控制管理的。架構如圖1所示：

圖1 8編組制動系統(tǒng)三層架構管理

其中，TBM(Train Brake Management)負責列車級的試驗管理，包括與CCUHMI交互，向SBM下發(fā)試驗指令，匯總SBM上報的試驗結果等，同時端車BCU1.1與BCU1.2都可以做TBM，實現(xiàn)冗余控制。SBM(Segment Brake Management)負責所在網(wǎng)段內(nèi)制動指令的下發(fā)與車輛試驗結果匯總，也采用冗余控制。LBCU(Local Brake Control Unit)負責本車制動試驗的執(zhí)行及結果反饋。三層構架層層管理，功能明確。

2.2 制動試驗期間信息流的交互

“復興號”中國標準動車組信息交互是基于MVB(Multifunction Vehicle Bus)總線進行的。

TBM與CCUHMI的信息交互如表1所示。

表1 制動試驗TBM層面交互信息

TBM與SBM的信息交互，如表2所示。

表2 制動試驗SBM層面交互信息

LBCU與SBM、CCUHMI的信息交互，如表3所示。

表3 制動試驗LBCU層面交互信息

制動試驗期間，司機通過操作HMI顯示屏進行相關試驗。CCUHMI依據(jù)司機操作將指令發(fā)送給TBM進行制動試驗，TBM與CCUHMI采用應答式指令交互，一方等待另一方響應后才能進行下一步操作，保證TBM與CCUHMI時序的準確性。TBM向SBM下發(fā)試驗指令，并在試驗過程中匯總試驗結果(8輛編組車，TBM匯總2個SBM網(wǎng)段試驗結果，重聯(lián)車16輛編組TBM匯總4個SBM網(wǎng)段試驗結果)。

2.3 MBT試驗的啟動

當TBM收到CCUHMI試驗開始指令后，檢測列車試驗環(huán)境是否滿足要求(檢測內(nèi)容包括總風壓力是否正常與車輛是否靜止等)。如圖2所示，當條件滿足要求時，TBM反饋給CCUHMI試驗條件滿足要求，HMI提示司機開始進行制動試驗。司機通過點擊試驗按鈕開始進行試驗。CCU收到TBM發(fā)送的停放制動已施加可進行制動試驗信號后，緩解全列保持制動，CCUHMI向TBM發(fā)送試驗項目號、試驗步驟號，開始進行各項子試驗，如圖3所示。

圖2 MBT制動試驗開始界面

2.4 MBT試驗的中止與退出

為了確保車輛的安全與試驗的準確且合理，中國標準動車組制動試驗對車輛工況條件有一定要求。當TBM監(jiān)測到如下工況不滿足時，制動試驗會被中止。

當TBM診斷出外部工況不滿足時(參照表4)，不進行制動試驗，或退出試驗。

圖3 HMI激活MBT試驗

表4 制動試驗中止條件

2.5 MBT試驗的各項子試驗

“復興號”中國標準動車組制動系統(tǒng)MBT試驗具有5項子試驗，通過直通制動試驗、緊急制動EB試驗及EB轉(zhuǎn)UB試驗、緊急制動UB試驗、防滑系統(tǒng)試驗、總風管貫通性試驗等制動核心功能來確認制動系統(tǒng)性能，保障動車組安全。試驗全部完成時間約8 min。

(1) 直通制動試驗

用于判斷直通制動功能是否正常的試驗。試驗過程中，HMI提示司機施加最大常用制動和緩解最大常用制動，LBCU診斷在單位時間內(nèi)制動施加、緩解是否正常。診斷內(nèi)容包括控制軟件中常用制動控制部分、MVB通訊、CAN通訊、閥類、列車線、相關傳感器等。

(2) 緊急制動EB試驗、EB轉(zhuǎn)UB試驗

用于判斷緊急制動EB施加是否正常，EB轉(zhuǎn)UB繼電器輸出是否正常，UB環(huán)路是否正常斷開。HMI提示司機施加EB，司機施加EB后LBCU控制EB轉(zhuǎn)UB繼電器輸出來斷開緊急制動UB環(huán)路，LBCU檢測EB是否正常施加，緊急制動環(huán)路UB是否正常斷開且車輛是否施加UB制動。診斷內(nèi)容包括控制軟件中緊急制動EB控制部分、MVB通訊、CAN通訊、相關繼電器、列車線、閥類、相關傳感器、CCU冗余指令等。

(3) 緊急制動UB試驗

用于診斷緊急制動UB施加、緩解是否正常。進入試驗后BCU診斷UB是否緩解，HMI提示司機施加UB，司機按下UB按鈕后全列施加UB制動，LBCU診斷制動缸壓力、UB環(huán)路狀態(tài)、UB相關故障診斷是否正常。診斷內(nèi)容包括控MVB通訊、CAN通訊、列車線、閥類、相關傳感器、CCU冗余指令等。

(4) 防滑系統(tǒng)試驗

用于診斷車輛防滑系統(tǒng)性能是否正常。HMI提示司機開始防滑試驗。為提高效率，各車LBCU并行進行防滑閥排風、保壓等測試工作，該項試驗耗時最長，約3 min。診斷內(nèi)容包括控制軟件中防滑控制部分、MVB通訊、CAN通訊、防滑閥、列車線等。

(5) 總風貫通性試驗

用于診斷空壓機工作是否正常、總風管是否貫通、是否有泄漏。HMI提示司機開始總風貫通試驗，BCU控制近占用端空壓機啟動(若重聯(lián)時，控制近占用端的兩臺空壓啟動)，通過頭尾車的總風壓力傳感器對總風壓力上升值進行診斷，判斷單位時間Δt內(nèi)，頭尾車總風壓力是否同時上升一個合理值ΔMRΔt。計算公式如下：

ΔMRΔt=MRt1-MRt2

(1)

診斷內(nèi)容包括控制軟件中單車空壓機控制部分、MVB通訊、CAN通訊、空壓機、相關傳感器等。

2.6 MBT試驗結果

MBT制動試驗后，TBM向CCUHMI反饋各項子試驗結果及各項子試驗對應的單車試驗結果。HMI匯總試驗結果及完成時間。如圖4所示，試驗結果左側(cè)顯示欄中顯示5項子試驗結果及完成時間，右側(cè)顯示欄中提示各個子試驗對應的單車結果，綠色圓點表示單車試驗成功。若試驗失敗，左側(cè)顯示欄狀態(tài)一項顯示失敗，司機根據(jù)左側(cè)顯示欄中的提示信息明確失敗項目，根據(jù)右側(cè)顯示欄中白色圓點(白色圓點表示失敗)定位故障單車。中國標準動車組制動試驗能夠迅速定位到故障車輛及失敗試驗項目，提高故障定位精度，有利于快速解決問題。

圖4 MBT試驗各子項試驗結果與各個單車試驗結果

2.7 空氣制動可用性

空氣制動可用性是對制動系統(tǒng)性能的評估，為確保行車安全，要求根據(jù)可用性進行限速行車。其中空氣制動可用性表示單車空氣制動可用。制動可用性與制動力是獨立概念，在全列制動可用性完全丟失時也可能具有正常的制動力，特殊情況下按如下要求進行補充試驗確認制動力正常后亦可放行：

(1) 施加各級常用制動，確認各車制動缸壓力正常；

(2) 施加緊急制動EB，確認各車制動缸壓力正常；

(3) 施加緊急制動UB，確認各車制動缸壓力正常。

2.7.1空氣制動可用性的置位與復位條件

LBCU診斷以下結果都成立，則設置本車空氣制動可用性有效，否則為無效。

(1) 3項子試驗成功(直通式制動試驗、緊急制動EB試驗及EB轉(zhuǎn)UB試驗、緊急制動UB試驗)，這表明常用制動、緊急制動EB及EB轉(zhuǎn)UB、緊急制動UB功能和性能正常；

(2) 影響空氣制動的隔離塞門均為開位置，制動未隔離；

(3) 無緊急制動UB相關故障；

(4) 制動供風R壓力有效。

如圖5所示，空氣制動狀態(tài)圖標下方藍色小框表示各車空氣制動可用，各車LBCU診斷后直接上報給CCUHMI。

圖5 16輛編組動車組空氣制動可用性顯示

若LBCU檢測到本車制動試驗失敗(前3項試驗)、空氣制動被隔離、緊急制動UB相關故障，制動供風R壓力過低等條件，則上報空氣制動可用性無效。

2.7.2車輛運營中空氣制動可用性的復位與置位

列車出庫前，司機須分別在兩端完成制動試驗，HMI顯示全列空氣制動可用性。列車上線運用過程中，當司機進行換端操作時，司機鑰匙重新占用后，BCU復位全列空氣制動可用性，司機須通過司控器施加緊急制動EB，BCU檢測到緊急制動EB正常施加后，置位全列空氣制動可用性。

兩列單編動車組各自完成制動試驗后進行重聯(lián)操作，重聯(lián)后全列空氣制動可用性復位，司機重新占用后施加緊急制動EB，BCU檢測到緊急制動EB施加正常后，置位全列空氣制動可用性。

3 MBT制動試驗在中國標準動車組運營中的應用及故障分析

3.1 現(xiàn)場應用情況

綜合考慮整個運用檢修過程中各類工況下的試驗要求，按照分級的原則，可分為5類典型工況：一級修及不檢修出庫時的試驗、二級修試驗、運用中各類交接試驗、動車組技術狀態(tài)變更(重聯(lián)解編等)試驗、制動運用故障及無動力回送等特殊工況試驗。

目前，速度350 km/h中國標準動車組運營在京滬線、京廣線等主干線。在列車的一端司機室完成整套MBT試驗約8 min，極大提高了制動狀態(tài)確認效率，為標準動車組車輛提高運營效率創(chuàng)造有力條件。

3.2 未按要求操作導致試驗失敗的典型工況分析

由于中國標準動車組試驗為全新設計，操作人員在不熟悉的情況下可能造成試驗條件不滿足導致試驗失敗的情況。

2018年某日，CR400BF-5004速度350 km/h中國標準動車組8車主控，司機進行MBT制動試驗，試驗失敗，TBM上報停放未施加故障。

技術人員下載WTD數(shù)據(jù)并進行了分析，根據(jù)圖6數(shù)據(jù)可知，07:23:53開始進行第4項試驗(防滑試驗)，07:24:10司機緩解停放制動，隨后BCU中止試驗，并于07:24:12上報停放制動未施加中止試驗故障。最終造成制動試驗失敗。司機施加停放制動后重新進行防滑試驗，試驗通過。

圖6 停放制動未施加WTD數(shù)據(jù)

2017年某日，CR400AF-2008與CR400AF-2009列速度350 km/h中國標準動車組重聯(lián)車進行制動試驗，8車主控，進行防滑試驗，試驗失敗， HMI顯示全列BCU報重大故障。

經(jīng)WTD數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，根據(jù)圖7數(shù)據(jù)可知，在防滑試驗過程中，司機施加了緊急制動UB，從而導致防滑試驗失敗，同時造成了BCU上報重大故障。之后，司機緩解緊急制動UB后重新進行防滑試驗，試驗通過。

圖7 防滑試驗中施加緊急制動UB導致試驗失敗

較常見的故障工況除了以上兩個外，還有總風壓力過低導致試驗失敗、列車施加ATP7級導致制動試驗失敗等。因此操作人員在進行制動試驗前一定要確定好列車是否處于正常的試驗狀態(tài)，避免意外工況帶來的試驗失敗。

4 結束語

從MBT制動試驗應用的角度，結合中國標準動車組MBT制動試驗的設計與開發(fā)經(jīng)驗，介紹了MBT制動試驗的定位、設計思路與方案方法，并結合現(xiàn)場實際情況介紹了應用中常見的問題及注意事項。