地铁车辆制动防滑控制故障分析杨国祥

地铁车辆制动防滑控制故障分析杨国祥

杨国祥

成都地铁运营二分公司车辆检修二车间四川省610091

摘要：现如今，我国是科技快速发展的新时期，制动滑行控制一般分为空气制动滑行和电制动滑行两种控制方式，这两种控制方式相互配合，完成制动滑行的调整。在制动过程中，一般首先进行电制动滑行的调整，然后再进行空气制动滑行的调整。如果防滑控制出现故障，直接的结果就是列车制动距离过长，严重时可能导致擦轮。优化了两种滑行方式的触发方式以及两者之间的配合方式。试验结果表明，优化方案改善了列车的运营品质和行车安全。

关键词：地铁车辆;制动;防滑控制

引言

随着城市轨道交通行业的发展，地铁车辆越来越多的应用于城市公共交通中，对车辆的制动性能提出了更高的要求。空气制动防滑系统用于防止制动力超过粘着引起的轮对滑行或抱死造成轮对踏面擦伤。当由于制动力超过粘着使轮对踏面由滚动到出现滑动状态时，防滑系统能够检测出这种滑行并能减小滑行轮对上的制动力，以减小出现滑行轮对上的滑动程度，既能防止车轮擦伤，又能充分利用粘着，得到较短的制动距离[1][2]。为保证车辆正常运行，必须采用合适的试验方法对车辆防滑功能进行充分的试验验证。

1制动系统

（一）制动系统的重要性就目前情况来看，地铁车辆的制动系统是地铁在运行过程中非常中重要的一个环节，它将直接关系到地铁行驶过程中的安全性能及相关问题，在地铁车辆逐渐普及的现阶段，地铁在人们生活中已经变成了不可或缺的一部分，特别是上下班高峰期时，整个地铁车辆将承载着数量非常庞大的乘客，保证地铁正常运行中的有效制动，是当下非常严峻的技术难题，在地铁车辆实际投入使用中较为普遍应用的制动系统是空气制动系统，它可以有效地帮助地铁车辆进行缓慢制动以及紧急制动，所以这种制动系统在地铁轨道交通中的重要性也就不言而喻了。（二）制动系统的显著特点从客观的角度来说，地铁车辆交通的产生对于社会的发展来说是一种必然，其实地铁车辆类似于火车的驱动原理，速度快、效率高、有固定的行驶轨道，相比较而言所不同的是，地铁车辆行驶的距离较短，需要不断进行启动和制动以保证地铁车辆的正常行驶轨迹，综合来看，这种短程距离的行驶对制动的技术要求要更为严苛，理论上来说，需要地铁的制动系统具有操作简单、反应迅速、制动效果精确等显著特点，所以我们更要对地铁车辆的制动系统高度重视，以保证地铁车辆的安全行驶。

2地铁车辆制动防滑控制故障

2.1防滑制动系统的工作原理

防滑制动系统有多种形式,其工作原理类似。防滑制动系统的工作原理是:地铁车辆发生制动时,系统通过速度传感器进行检测,然后信号经微处理器比对之后发出防滑控制指令,对制动进行调控。当地铁轨道由于状态异常、外界环境因素等影响或者车辆制动力过大时,列车发生制动时就会导致地铁车辆发生滑行。滑行产生的瞬间,地铁车辆车轮的减速超出车辆本身的减速,发生“抱死”现象。在这种情况下,车轮速度与正常情况下的速度有差别。地铁防滑制动系统是通过传感器来检测这个差值的,一旦检测到差值存在,检测信号就会被传输到微处理器中,微处理器与正常速度进行比对之后,进行滑行判断,若出现滑行,微处理器便发出防滑控制指令,对防滑系统进行操控。出现滑行时,防滑制动装置便立即做出相应反应,降低车轮制动力,缓解滑行。滑行缓解后,速度信号反馈到微处理器中,经比对之后重新发出控制指令,使列车制动力得到恢复。

2.2防滑数据分析

列车在正线运行过程中，曾出现多次因制动滑，且发生在不同区间、不同的时间段，没有一定的规律性。经查阅相关数据发现，每次滑行均为电制动防滑系统发出，且在持续2s后，由BCU切除电制动防滑系统，并由空气制动防滑系统接管列车的滑行调整。而在这多次滑行事件中，空气制动防滑系统并未直接检测到列车的滑行，且在切除电制动后，也未检测到列车的滑行。从数据可以看出，电制动防滑控制直接影响到了列车的停车精度。因此，需要重点关注电制动的防滑控制。通过对数据的分析发现，当CCU在发送列车运行速度给TCU时，某一速度信号发生了突变(突变值大于3km/h)，持续时间约100ms，然后列车运行速度恢复正常。TCU在检测到该突变速度后，判断列车当前处于滑行状态，就发出滑行信号给BCU，并且持续了2s。之后，BCU切除电制动，完全使用空气制动。可见，在整个制动过程中，列车运行速度只在某一瞬间有突变，且在100ms后恢复正常。此外，该突变值也未达到空气制动防滑的阈值。因此，可以说在列车实际运营过程中并未出现真正的滑行。TCU对电制动滑行的监控是实时记录的。当监控到列车参考速度与电机速度的差值大于3km/h时，TCU开始进入滑行激活状态，并在延迟200ms后，将滑行信号发送给CCU。同时，TCU还会降低电制动力来调整滑行状态。在检测到此时输出的电制动力和列车要求的电制动力相等时，TCU判断滑行消除。TCU根据力矩差判断，而不再根据速度差判断。

2.3防滑控制策略

空气制动滑行控制系统主要采用速度差和减速度进行滑行检测判断。当某一轴速度低于参考速度一定程度时或某一轴减速度达到某一数值时，判定该轴处于滑行状态。防滑系统的滑行检测和控制的典型曲线如图2所示。当通过减速度判据检测到滑行，防滑系统就会对滑行轴的制动缸阶段排风；当通过速度差判据检测到滑行时，防滑系统就会对滑行轴的制动缸快速排风，以尽快减小滑行轴上的空气制动力。当检测到滑行轴加速度达到粘着恢复的判据时，开始阶段充风，制动力和制动缸压力开始恢复；当轴速恢复到接近参考速度，达到粘着恢复的速度差判据时，不再进行防滑控制。空气制动进行滑行控制时，单轴连续排风时间不超过5s（可调）。当空气制动滑行控制失效时不影响正常的常用制动和紧急制动的施加。

2.4防滑失效监控

监控设备是防滑控制单元的独立设备,防滑控制单元进行防滑控制时若出现防滑异常现象,该监控设备可及时切断输出端,以防止空气制动失去制动力或者损失过大。采用相对独立的防滑失效监控系统时,若防滑控制系统采用空气制动失效,只是防滑控制功能受到单方面的影响,而不会影响到空气制动功能,从而保证空气制动力有效。

2.5优化措施

根据相关的数据分析，上述故障出现的根源是因为有速度信号的突变，从而引起电制动状态下的滑行，进而导致停车误差较大。考虑到速度信号突变的偶然性，以及每次速度突变的时间只有100ms，可考虑通过CCU屏蔽掉该突变信号，使CCU在检测到连续的采样周期(100ms)、且车轴转速与电机转速的速度差大于1．2km/h时，屏蔽掉该突变速度信号，而取其他轴的速度信号。

结语

总而言之，空气制动系统在地铁车辆运行过程中有着非常重要的意义，本文主要就空气制动系统的防滑原理以及通用防滑试验方法等方面进行了相关的探究和讨论，希望相关部门可以重视空气制动系统在地铁车辆安全运行过程中的重要性，虽然现阶段空气制动系统在地铁车辆的实际投入使用中还存在着一些不足，但是相信经过相关研究人员对其不断的改善和完善，在不久的将来，空气制动系统一定会最大程度上保证我们日常生活中乘坐地铁车辆的安全性，这也是我们所期望看到的。

参考文献

[1]徐广增,王寿峰,梁慧.地铁车辆空气制动系统防滑原理及通用防滑试验方法[J].科技创新与应用,2016.

[2]孙波.克诺尔空气制动系统原理分析[J].铁道技术监督,2014.

[3]王瑞.地铁车辆的制动与防滑[J].技术与市场,2013.

[4]李忠辉.轨道车辆空气制动系统有无螺纹管对比分析[J/OL].中国高新技术企业,2016.

［5］张龙平，石喆文，李国庆．城轨列车混合制动防滑控制技术研究［J］．铁道车辆，2017(9):18．