劉恩鵬

(重慶市軌道交通(集團(tuán))有限公司，重慶 401120)

1 引 言

重慶B型地鐵列車采用車輛與地面變電站緊密配合的再生制動能量吸收反饋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)再生制動能量吸收利用。在列車制動時，采用電制動與空氣制動實(shí)時協(xié)調(diào)配合、電制動優(yōu)先使用、空氣制動延時投入的混合制動方式。當(dāng)電制動不足時，優(yōu)先在拖車上補(bǔ)充空氣制動，即電空配合采用“電制動優(yōu)先，當(dāng)電制動不足時，先補(bǔ)拖再補(bǔ)動”的控制模式，以最大效率地利用電制動，從而降低車輛運(yùn)營維修成本。

目前，重慶軌道所有地鐵車輛全部采用電空混合制動模式，以最大程度利用電制動，從而降低運(yùn)營維護(hù)成本。重慶地鐵6號線法維萊制動系統(tǒng)車輛在下雨天正線運(yùn)營時，經(jīng)常出現(xiàn)因車輛超速而導(dǎo)致信號系統(tǒng)觸發(fā)緊急制動的問題。前期因裝設(shè)有法維萊制動系統(tǒng)的列車數(shù)量較少，未對正線運(yùn)營造成較大影響。然而，自2019年5月開始，重慶地鐵6號線又新增了21列法維萊制動系統(tǒng)列車。新增的21列地鐵列車與既有車輛存在較大區(qū)別，使得該問題日益突出，從而迫切需要得到及時解決。

2 法維萊制動系統(tǒng)電空制動控制

空氣制動系統(tǒng)是能在司控器、ATO或ATP的控制下對列車進(jìn)行階段或一次性制動與緩解的設(shè)備。重慶地鐵6號線部分車輛采用法維萊生產(chǎn)的EPAC2架控制動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)反應(yīng)迅速、操縱靈活、能與電制動混合使用，兼具防滑控制、緊急制動、常用制動等功能。

重慶地鐵6號線列車制動采用電制動與空氣制動實(shí)時協(xié)調(diào)配合、電制動優(yōu)先使用、空氣制動延時投入的混合制動方式。當(dāng)電制動不足時，優(yōu)先在拖車上補(bǔ)充空氣制動。

全列車交叉混合制動時，當(dāng)總的電制動力能夠滿足全列車制動力的需求時，各車都不需要補(bǔ)充空氣制動；當(dāng)總的電制動力不滿足全列車的制動力需求時，則先在拖車上根據(jù)拖車載荷來補(bǔ)充剩余所需要的制動力。如果總的電制動力大于動車所需要的制動力，動車上不需要補(bǔ)充空氣制動；如果總的電制動力不滿足動車所需要的制動力需求，拖車根據(jù)本車的載荷施加本拖車所需求的制動力，動車所需要空氣補(bǔ)充的制動力也按拖車載荷比例分配到拖車上，即由拖車的空氣制動進(jìn)行補(bǔ)充。拖車上施加的總空氣制動力受黏著極限限制，拖車上的空氣制動力未達(dá)到極限時，動車上不需要補(bǔ)充空氣制動；當(dāng)拖車上的空氣制動力達(dá)到極限時，剩余所要補(bǔ)充的制動力平均分配到動車的空氣制動上，每輛動車上所施加的電制動力和空氣制動力的總和同樣受黏著極限限制。

交叉混合制動由主EPAC2根據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過MVB網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給主EPAC2的制動信息進(jìn)行制動計算。假設(shè)列車總制動力為F(train)，動車的電制動力分別為Fed(2)、Fed(3)、Fed(4)、Fed(5)，則：當(dāng)Fed(2)+Fed(3)+Fed(4)+Fed(5)≥F(train)時，各車均不需要補(bǔ)充空氣制動；當(dāng)Fed(2)+Fed(3)+Fed(4)+Fed(5)

(1)在拖車上施加的總空氣制動力未達(dá)到拖車的黏著極限時，剩余的制動力全部補(bǔ)充在拖車上，動車上不補(bǔ)充空氣制動；

(2)在拖車上施加的總空氣制動力超過黏著極限時，剩余的制動力平均分配到其余動車上；

(3)單個動車上所施加的電制動力和空氣制動力的總和受黏著極限限制。

3 故障分析

針對列車運(yùn)營期間因雨天空氣制動進(jìn)行防滑保護(hù)從而產(chǎn)生超速緊急制動的問題，通過對車輛ER(事件記錄儀)數(shù)據(jù)(如圖1所示)進(jìn)行分析，從而找出根本性的解決方案。根據(jù)圖1，ER故障記錄數(shù)據(jù)列舉了其中1個事件，分析如下：7∶45∶31，列車給出制動命令，M1及MP2車未正常發(fā)揮電制動力。

圖1 ER數(shù)據(jù)(電制動力分布)

圖1中，第一欄的曲線Line Current TCU MP2為MP2車牽引/電制動電流(坐標(biāo)上曲線為正代表牽引電流)，曲線Line Current TCU MP1為MP1車牽引/電制動電流(坐標(biāo)上曲線為負(fù)代表電制動電流)；第二欄的曲線Speed為速度(km/h)；曲線TCU_COMMAND.Effort Request為級位信號(此級位信號只有大小，不能反映是牽引還是制動狀態(tài)，但可以結(jié)合牽引電流的正負(fù)值得出是牽引狀態(tài)還是制動狀態(tài))。

EPAC2空氣制動壓力如圖2所示。圖中，PrCyl1/01為1車(拖車)1架EPAC2控制的1軸制動缸壓力；PrCyl2/01為1車(拖車)1架EPAC2控制的2軸制動缸壓力；PrCyl1/02為1車(拖車)2架EPAC2控制的1軸制動缸壓力；PrCyl2/02為1車(拖車)2架EPAC2控制的2軸制動缸壓力。根據(jù)圖2數(shù)據(jù)可以得出，拖車施加了空氣制動，所有動車均未施加空氣制動力。

圖2 EPAC2空氣制動壓力

由圖1及圖2數(shù)據(jù)可以得出，電制動力不能正常發(fā)揮的動車，該動車的電制動力將完全由拖車的空氣制動力代替。不能正常發(fā)揮電制動力的動車，EPAC2仍視其為“動車”。由此，可分析得出以下兩點(diǎn)問題產(chǎn)生的根本原因：

(1)拖車嚴(yán)重打滑的原因。雨天路面濕滑，列車運(yùn)營時，制動優(yōu)先采用電制動，但當(dāng)某個電制動滑行超時后，EPAC2發(fā)出“ED-inhabit”信號，切出對應(yīng)牽引系統(tǒng)的電制動，切除的電制動由拖車(TC1/TC2)代替。此時，切除的電制動力全部由拖車(TC1和TC2)取代。若電制動滑行的動車較多，將會切除更多動車的電制動力，從而，在TC1和TC2將會補(bǔ)充更多的空氣制動力來取代被切除的電制動力，但因路面黏著條件較低，將極大地增大TC1和TC2空氣制動滑行的概率。

(2)信號系統(tǒng)超速緊急制動的原因。因信號系統(tǒng)采集車輛速度的傳感器(OPG)僅安裝于拖車的第4根軸，若拖車發(fā)生了嚴(yán)重滑行，必定會導(dǎo)致OPG采集的車輛速度信號失真。為確保精準(zhǔn)控車，信號系統(tǒng)會采取減小制動力或施加牽引力的方式對列車實(shí)施控車，此時極易導(dǎo)致列車超速，從而觸發(fā)超速緊急制動。

根據(jù)上述故障分析，正線進(jìn)行了多次滑行故障模擬，故障現(xiàn)象重現(xiàn)且與故障列車狀態(tài)完全一致。明確了故障原因后，對重慶地鐵6號線所有法維萊制動系統(tǒng)列車進(jìn)行了相關(guān)排查，發(fā)現(xiàn)所有法維萊制動系統(tǒng)列車均存在上述問題。因此，產(chǎn)生該問題的根本原因是法維萊制動系統(tǒng)的電空混合控制策略存在設(shè)計缺陷。

4 解決方案

為及時消除故障隱患，保障正線安全行車，重慶地鐵6號線針對川儀車實(shí)施了采用手動駕駛的臨時處理方案，并通過修改車輛網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件程序的方式徹底解決了上述ATO模式失效問題。針對重慶地鐵6號線法維萊制動系統(tǒng)電空混合控制策略存在設(shè)計缺陷的問題，對制動系統(tǒng)的電空混合控制策略進(jìn)行了修改，并完成了軟件的修改工作。修改后的電空混合控制策略如下：

假設(shè)列車總制動力為“F(train)”，動車的電制動力分別為Fed(2)、Fed(3)、Fed(4)、Fed(5)，則：當(dāng)Fed(2)+Fed(3)+Fed(4)+Fed(5)≥F(train)時，各車均不需要補(bǔ)充空氣制動；當(dāng)Fed(2)+Fed(3)+Fed(4)+Fed(5)

(1)在拖車上施加的總空氣制動力未達(dá)到拖車的黏著極限時，剩余的制動力全部補(bǔ)充在拖車上，動車上不補(bǔ)充空氣制動；

(2)在拖車上所施加的空氣制動力超過黏著極限時，剩余的制動力平均分配到其余動車上；

(3)單個動車上所施加的電制動力和空氣制動力的總和受黏著極限限制；

(4)故障的動車或不論任何原因不能發(fā)揮電制動力的動車均統(tǒng)一被視為“拖車”。

5 結(jié)束語

目前，重慶軌道交通B型地鐵車輛均采用電空混合控制模式，以降低日常運(yùn)營維護(hù)成本，車輛制動系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合至關(guān)重要。由于重慶地鐵6號線法維萊制動系統(tǒng)針對電空混合控制“先補(bǔ)拖再補(bǔ)動”的控制策略存在設(shè)計缺陷，從而導(dǎo)致雨天列車正線運(yùn)營時經(jīng)常產(chǎn)生超速緊急制動的問題。通過優(yōu)化車輛制動系統(tǒng)電空混合控制的邏輯條件，并修改車輛制動系統(tǒng)軟件，重慶地鐵6號線車輛法維萊制動系統(tǒng)的該項問題得到了有效解決。