張國慶，李明星，吉增建

(中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 技術(shù)中心，山東 青島 266111)

制動系統(tǒng)是車輛安全運(yùn)營的保障，設(shè)置乘客緊急制動系統(tǒng)主要為實(shí)現(xiàn)以下目的：

(1) 乘客將緊急情況通知司機(jī)；

(2) 車輛在站臺外時，收到乘客緊急情況后，由司機(jī)決定車輛繼續(xù)運(yùn)行或停止在安全位置；

(3) 車輛在站臺內(nèi)或站臺外但司機(jī)沒有確認(rèn)時自動停車。

據(jù)英國BBC報道，英國鐵路運(yùn)輸集團(tuán)(Rail Delivery Group)統(tǒng)計(jì)，2017—2019年，英國列車上配備的乘客通信和乘客緊急制動系統(tǒng)使用率逐年上升，其中僅在2019年前8個月使用次數(shù)已達(dá)8 561次，乘客緊急制動系統(tǒng)已成為歐洲軌道車輛至關(guān)重要的一部分。TSI 1302和EN 16334標(biāo)準(zhǔn)對乘客緊急制動系統(tǒng)(PAS)進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定，主要從功能要求、司機(jī)乘客通信、制動請求管理、降級模式管理、乘客報警手柄等方面作了規(guī)定。

國內(nèi)對乘客緊急制動系統(tǒng)的制動實(shí)現(xiàn)方式有不同的邏輯。CRH2、CRH6型動車組和部分城軌車輛在乘客緊急手柄或按鈕觸發(fā)后，司機(jī)會收到信息，由司機(jī)判斷并決定是否施加制動；CR400AF型中國標(biāo)準(zhǔn)動車組乘客緊急手柄動作后會立即觸發(fā)緊急制動EB，但司機(jī)可以通過操縱臺上的乘客緊急制動復(fù)位開關(guān)對緊急制動EB進(jìn)行旁路，繼續(xù)行車至合適位置停車。

1 乘客緊急手柄要求

EN 16334:2014標(biāo)準(zhǔn)對乘客緊急手柄的功能要求、電氣接口和安裝等方面進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對乘客緊急手柄進(jìn)行以下設(shè)計(jì)[1]。

1.1 功能要求

手柄通過上下拉動操作，如圖1所示，手柄從位置1到位置2，將激活乘客緊急制動系統(tǒng)，同時手柄位置被鎖住，需用專用鑰匙復(fù)位。

1.整備狀態(tài);2.動作狀態(tài)。圖1 乘客緊急手柄動作示意圖

如果手柄離開位置1，但沒有到達(dá)位置2，則返回位置1，乘客緊急制動系統(tǒng)狀態(tài)未改變。

向下拉動手柄需要的垂直作用力為65～120 N，如果手柄外部有保護(hù)罩，則打破保護(hù)罩的作用力不超過60 N。

1.2 電氣接口

乘客緊急手柄電觸點(diǎn)配置如圖2所示。手柄有2個速動開關(guān)，每個速動開關(guān)包含兩對電觸點(diǎn)，一對常閉觸點(diǎn)，一對常開觸點(diǎn)。整備狀態(tài)時，速動開關(guān)觸點(diǎn)1-1、1-2(2-1、2-2)閉合，觸點(diǎn)3-1、3-2(4-1、4-2)斷開；動作狀態(tài)時，速動開關(guān)觸點(diǎn)1-1、1-2(2-1、2-2)斷開，觸點(diǎn)3-1、3-2(4-1、4-2)閉合。

圖2 乘客緊急手柄電觸點(diǎn)配置圖

將乘客緊急手柄的一對常閉觸點(diǎn)串聯(lián)于乘客緊急回路中，手柄動作后，將斷開乘客緊急回路；一對常開觸點(diǎn)用于診斷，診斷信息在司機(jī)室顯示屏上進(jìn)行顯示，并觸發(fā)聲光報警信號。

1.3 乘客緊急手柄安裝要求

除了衛(wèi)生間和過道，每個隔間、每個入口門區(qū)至少有一套清晰可見的觸發(fā)乘客制動的手柄，操作手柄間走動距離不超過12 m；在垂直方向上，手柄底面距地面高度介于1.5～2.05 m，手柄在至少6 m外清晰可見。手柄接觸區(qū)域的外形尺寸如圖3所示。

1.手柄自由區(qū)域；2.手柄外層(非強(qiáng)制)；3.手接觸區(qū)域； 4.允許的邊緣半徑；5.地面。圖3 乘客手柄和封閉空間總體尺寸圖

2 乘客緊急制動總體要求

EN 16334:2014和UIC 541-6:2010標(biāo)準(zhǔn)對車輛離站標(biāo)準(zhǔn)、制動請求管理、降級模式等方面進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定[2]。

2.1 車輛離站標(biāo)準(zhǔn)

可以通過車載離站檢測系統(tǒng)判斷車輛是否離站，采取以下方法進(jìn)行確定：

(1) 車輛保持靜止?fàn)顟B(tài)且車門釋放，認(rèn)為停在站臺內(nèi)；

(2) 當(dāng)車門狀態(tài)由釋放變?yōu)殛P(guān)閉，且最后一輛車還未通過站臺時，仍認(rèn)為在站臺內(nèi)(正在離站)；

(3) 當(dāng)滿足以下任意一個條件時，認(rèn)為列車在站臺外：列車離開站臺距離(100±30) m，列車啟動后持續(xù)運(yùn)行(16±2) s。

2.2 制動請求管理

(1) 如果車輛在站臺內(nèi)或正在離站，乘客緊急手柄動作后立即觸發(fā)乘客緊急制動，制動力大小可為緊急制動力或最大常用制動力。這種情況下，只有車輛完全靜止后才允許司機(jī)取消乘客緊急制動系統(tǒng)觸發(fā)的制動行為。

(2) 如果車輛在站臺外，乘客緊急手柄動作后，(10±1) s后自動觸發(fā)至少2/3的最大常用制動力(允許施加最大常用制動力或緊急制動力)，但若在這段時間內(nèi)司機(jī)收到報警信息并進(jìn)行乘客緊急制動旁路，則取消施加制動力。這種情況下，允許司機(jī)在任何時候旁路乘客緊急制動系統(tǒng)觸發(fā)的制動行為。

(3) 如果乘客緊急手柄動作后，司機(jī)通過制動控制器施加緊急制動進(jìn)行確認(rèn)，允許乘客緊急制動系統(tǒng)額外請求制動施加。

(4) 如果車輛停在站臺內(nèi)，乘客緊急手柄動作后，即使司機(jī)進(jìn)行確認(rèn)，乘客緊急系統(tǒng)仍可請求制動，同時乘客緊急制動系統(tǒng)應(yīng)提示司機(jī)乘客緊急手柄已動作。

(5) 降級模式：對配置司機(jī)室的列車，在司機(jī)室應(yīng)設(shè)置隔離開關(guān)，允許授權(quán)的工作人員隔離乘客緊急制動功能，司機(jī)應(yīng)該被通知乘客緊急制動功能被隔離。

3 乘客緊急制動實(shí)現(xiàn)方案

從原理上劃分，制動系統(tǒng)分為直通式制動系統(tǒng)和自動式制動系統(tǒng)。針對以上2種不同的制動原理，分別進(jìn)行乘客緊急制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)[3]。

3.1 直通式制動系統(tǒng)

3.1.1 氣路控制原理

直通式制動系統(tǒng)的氣路控制原理見圖4，制動控制裝置根據(jù)司機(jī)控制器或乘客緊急制動回路發(fā)送的制動指令將總風(fēng)壓力轉(zhuǎn)換為制動缸壓力，傳遞到基礎(chǔ)制動裝置施加制動力，TCMS與EBCU(制動控制單元)之間進(jìn)行信息傳輸。

圖4 直通式制動系統(tǒng)氣路控制原理圖

3.1.2 電氣控制原理

乘客緊急制動系統(tǒng)電氣控制原理如圖5所示，以每輛車安裝2套乘客緊急手柄(PEBS1和PEBS2)為例，如果任何一套乘客緊急手柄動作，乘客緊急手柄常閉觸點(diǎn)將斷開，導(dǎo)致乘客緊急回路1斷開，PEBLR繼電器失電，乘客緊急回路2中的EBLR繼電器和EBLRTD延時繼電器(延時閉合時間為10 s)失電。此時針對以下2種工況實(shí)施不同的制動邏輯：

圖5 乘客緊急制動系統(tǒng)電氣原理圖

(1) 若檢測到車輛在站臺外，則廣播控制器主機(jī)控制KA100繼電器得電，乘客緊急回路3中的EBLRTD觸點(diǎn)延時10 s后閉合，將制動指令傳輸?shù)紼BCU，EBCU控制施加乘客緊急制動，乘客緊急制動力可根據(jù)需要設(shè)置為最大常用制動力或緊急制動力。

若TCMS檢測到手柄動作且司機(jī)按下操縱臺上的PEBSRS(乘客緊急制動復(fù)位開關(guān))，TCMS輸出PEBRYR繼電器得電，其常開觸點(diǎn)閉合，乘客緊急回路2重新建立，EBLR繼電器和EBLRTD延時繼電器得電，乘客緊急制動不施加，司機(jī)選擇合適位置停車處理，同時TCMS記錄乘客緊急制動旁路開關(guān)操作。當(dāng)乘客緊急手柄恢復(fù)后，PEBLR繼電器得電，同時TCMS停止PEBRYR繼電器輸出，當(dāng)手柄再次動作后，仍可觸發(fā)乘客緊急制動。

若乘客緊急手柄動作后，司機(jī)未按下PEBSRS，(10±1) s后自動觸發(fā)乘客緊急制動。但乘客緊急制動觸發(fā)后，司機(jī)仍可進(jìn)行旁路，緩解乘客緊急制動。

(2) 若檢測到車輛在站臺內(nèi)或正在離站過程中，則廣播控制器主機(jī)控制KA100繼電器失電，乘客緊急手柄動作后，EBCU立即接收到制動指令，車輛立即觸發(fā)制動，此時由于乘客緊急回路2中的KA100繼電器觸點(diǎn)保持?jǐn)嚅_，司機(jī)無法旁路乘客緊急制動，只能待車輛停止后通過恢復(fù)乘客緊急手柄進(jìn)行乘客緊急制動緩解。

另外，車輛設(shè)置乘客緊急制動隔離開關(guān)(PEBLRS)，進(jìn)行手動隔離乘客緊急制動功能，TCMS檢測隔離開關(guān)狀態(tài)，被隔離后通知司機(jī)。

3.2 自動式制動系統(tǒng)

3.2.1 氣路控制原理

自動式制動系統(tǒng)通過相關(guān)裝置調(diào)節(jié)列車管壓力，分配閥隨之根據(jù)列車管壓力變化輸出對應(yīng)的制動缸壓力。自動式制動系統(tǒng)氣路控制原理見圖6，以符合UIC標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)車牽引客車為例，總風(fēng)管壓力為850～1 000 kPa，列車管定壓為(500±10) kPa。乘客緊急制動控制氣路主要由乘客緊急電磁閥(1)、減壓閥(2)、截?cái)嗳T(3)、可調(diào)節(jié)縮堵(4)、總風(fēng)截止電磁閥(5)、活塞閥(6)和自動制動閥(7)組成。當(dāng)車輛制動完全緩解時，總風(fēng)管依次通過總風(fēng)截止電磁閥、活塞閥、自動制動閥給列車管充風(fēng)至(500±10) kPa，制動時通過控制列車管減壓量和減壓速率，控制制動缸壓力。

圖6 自動式制動系統(tǒng)氣路控制原理圖

當(dāng)車輛滿足乘客緊急制動施加條件時，車輛PLC控制乘客緊急電磁閥失電，導(dǎo)通列車管通向大氣的通路，同時控制總風(fēng)截止電磁閥失電截?cái)嗫傦L(fēng)管給列車管充風(fēng)的氣路。通過減壓閥和可調(diào)節(jié)縮堵分別控制列車管減壓量和減壓速率，各車的分配閥將列車管減壓量轉(zhuǎn)換為制動缸壓力，從而控制各車施加制動力；當(dāng)車輛滿足乘客制動緩解條件時，控制乘客緊急電磁閥和總風(fēng)截止電磁閥得電，列車管充氣至定壓，各車緩解制動。

通過計(jì)算和試驗(yàn)選擇適當(dāng)啟、閉壓力的減壓閥和可調(diào)節(jié)縮堵尺寸，保證制動施加時列車管減壓量和減壓速率，產(chǎn)生滿足需求的乘客緊急制動力。

當(dāng)控制氣路或電路發(fā)生故障導(dǎo)致乘客緊急電磁閥失電時，車輛也會誤施加制動，可通過關(guān)閉截?cái)嗳T將乘客制動控制氣路關(guān)閉，暫時隔離乘客緊急制動功能。

3.2.2 電氣控制原理

自動式乘客緊急制動系統(tǒng)電氣控制原理見圖7，X項(xiàng)代表輸入，Y項(xiàng)代表輸出。正常狀態(tài)下，PLC控制乘客緊急電磁閥和總風(fēng)截止電磁閥得電，乘客緊急制動不施加。如果乘客緊急手柄動作，手柄常閉觸點(diǎn)斷開，將使乘客緊急回路斷開，PEBLR繼電器失電。此時針對以下2種工況實(shí)施不同的制動邏輯：

圖7 自動式乘客緊急制動系統(tǒng)電氣控制原理圖

(1) 若PLC檢測到車輛在站臺外(KA100繼電器得電)、乘客緊急手柄動作(PEBLR繼電器失電)且司機(jī)在10 s內(nèi)按下PEBSRS，則PLC控制乘客緊急電磁閥和總風(fēng)截止電磁閥仍得電，乘客緊急制動未施加，由司機(jī)選擇合適位置停車處理，同時PLC記錄操作；若PLC檢測到車輛在站臺外、乘客緊急手柄動作且司機(jī)在10 s內(nèi)未按下PEBSRS，在手柄動作10 s后，PLC停止輸出乘客緊急電磁閥和總風(fēng)截止電磁閥的供電，觸發(fā)乘客緊急制動。但乘客緊急制動觸發(fā)后，司機(jī)按下PEBSRS仍可進(jìn)行乘客緊急制動旁路。

(2) 若PLC檢測到車輛在站臺內(nèi)或正在離站過程中，手柄動作后立即停止輸出乘客緊急電磁閥和總風(fēng)截止電磁閥的供電，車輛立即觸發(fā)乘客緊急制動至停車，司機(jī)無法進(jìn)行旁路，只有停車并將手柄恢復(fù)后PLC才能恢復(fù)控制乘客緊急電磁閥和總風(fēng)截止電磁閥得電，緩解乘客緊急制動。

另外，車輛設(shè)置PEBLRS進(jìn)行手動隔離乘客緊急制動功能，PLC檢測到隔離開關(guān)處于隔離位時通知司機(jī)，并控制乘客緊急電磁閥和總風(fēng)截止電磁閥得電，乘客緊急制動不施加。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的乘客緊急制動系統(tǒng)方案可滿足TSI標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，對進(jìn)行車輛TSI認(rèn)證有一定的參考價值。