地铁车制动逻辑控制研究

地铁车制动逻辑控制研究

岳立明,周春梅 ,董华新

(中车长春轨道客车股份有限公司  吉林长春  130000)

摘要：随着地铁车技术的日渐成熟，制动系统精准停车的要求和节能环保绿色的设计理念日渐强化，电制动和空气制动的协调配合及其控制逻辑研究需进一步深入和完善。从各个制动模式进行分析研究其控制逻辑，并对故障模式下的制动性能保障进行研究。

关键词：逻辑控制 制动系统 制动力分配

0 引言

地铁车上使用的模拟式电-空制动装置是一种反应迅速、性能良好的电气指令制动系统，并可与ATP配合，是充分考虑安全性而设计的系统。本文主要描述制动过程中的控制逻辑。

1系统功能

制动控制系统的主要功能有常用空气制动控制、常用电空混合制动控制、紧急制动控制、空气制动防滑控制、停放制动控制、车辆载荷信号检测及制动载荷补偿。

常用制动时，其制动力随输入指令大小无级控制，并可随载重变化自动调整，常用制动优先利用再生制动力，不足部分由空气制动力补足。常用制动受最大允许纵向冲击率限制。紧急制动时，采用纯空气制动的方式，其制动力受空重阀的调整，实现随载重变化的自动调整。紧急制动不受纵向冲击率限制。独立紧急制动控制回路，在ATP系统发出紧急制动指令、列车分离、总风欠压、DC110V控制电源失电等情况下，均能产生最高安全等级的紧急制动。

同时，列车具有保持制动功能,坡道启动时,启动牵引力克服保持制动的制动力后，保持制动才缓解，可以防止列车起动时产生倒溜。保持制动是常用制动在坡道启动时的一个模式。

2逻辑控制

2.1 正常模式下的逻辑控制

司机控制器可以产生模拟和数字两种制动控制指令，模拟控制指令由列车控制系统的模拟量输入模块采集，然后通过列车总线（MVB总线）传送到每一个车的制动控制装置（BCU）。数字指令通过制动编码列车线直接送到BCU，当网络控制系统正常时，优先使用由网络传送的模拟制动指令，当网络系统故障无法传送制动指令时，BCU使用由列车线传送的编码指令。

制动编码列车线除了传送司控器的制动指令外，还用于回送时的制动控制。

目前，制动系统基于车辆的网络（MVB网络）进行全列的制动力管理和分配。制动系统优先采用电制动，当电制动不能满足制动力要求时，补充空气制动。

网络控制模式下制动系统在全列车内采用分布控制，每个BCU都是根据制动指令和各个车的载重计算出全列车所需的制动力和每个动车电制动力的设定值，并根据实际电制动力计算出每辆车所需要补充的空气制动力，每个BCU只用本车的计算结果控制本车的空气制动力。

每个BCU都根据每辆车的载荷和制动设定值(制动级位)来计算本车和整列车所需的制动力。其它车的载荷信号通过各车的制动状态端口数据获取。

网络控制模式下优先采用电制动，电制动不能满足制动力要求时，才需要补充空气制动。在备用模式和回送模式下没有电制动，BCU根据本车的载重和硬线指令来控制本车的空气制动。

各车允许补充的空气制动要按计算粘着系数进行限制。当空气制动力按平均分配受到计算粘着系数限制时，其它未达到计算粘着系数限制的车辆需将剩余的未分配制动力重新分配。

若某台车的电制动不可用时，BCU将该车按拖车进行补充空气制动力。

若在制动过程中出现电制动滑行造成制动力的损失，空气制动不进行补偿，以便于电制动的防滑控制。

当列车速度>10km/h时，在电制动的初始建立阶段按可能电制动力进行配合，以减少空气制动系统的不必要动作。

当列车速度<10km/h，空气制动不进行延时补充。在制动过程中即使有电制动可满足制动需求而不需要施加空气制时，动车制动缸也要保留一定压力以补偿在电制动衰退时空气制动补充的滞后。

当列车制动在电制动即将衰退时由VVVF发出一个电制动退出(衰减)预告的硬线信号，BCU收到电制动退出预告信号后，按预定速率预补空气制动。

BCU实施列车制动力管理，优先响应列车网络（MVB网络）控制指令，网络故障时响应硬线控制指令。

电空混合制动采用电制动与空气制动实时协调配合、电制动优先、空气制动延时投入的混合制动方式。当电制动不足时，在全列车进行空气制动力分配。

电空混合制动全列车进行混合控制。列车制动前，DCU发送电制动可能值和可用位给BCU，BCU收到后判断电制动可用并在列车制动初期延时1.5s进行空气补充；列车制动时，动车电制动力由DCU进行计算并施加，施加电制动并将实际电制动力通过MVB总线传送给BCU，BCU根据实际电制动力的大小来确定是否需要补充空气制动及补充空气制动的多少。

当各动车的实际电制动力之和可以满足全列制动力需求，单元内全部制动力由电制动承担，动车和拖车都不施加空气制动。当各动车的实际电制动力之和不能满足制动力需求但可以满足各动车所需要的制动力时，在粘着限制条件下在各车平均分配所需制动力。当某动车所补的空气制动和电制动之和达到粘着极限时，其未补充的制动力在其余未达粘着极限的车上继续补充。在纯空气制动时，各车由空气制动施加本车所需要的制动力。在备用模式和回送模式下没有电制动，每个BCU都是根据硬线的指令控制本车的空气制动。

紧急制动时没有电制动，紧急制动由紧急电磁阀直接控制，但以最大常用作为紧急制动的后备控制。

2.2 BCU故障下的制动控制逻辑

若某台车的BCU发生重故障时，BCU会通过MVB将故障状态传输至其他车BCU，并通过硬线发送给TCMS。其余车BCU在收到此信号后，会根据可用BCU的数量进行空气制动再分配，补充故障车所损失的制动力。常用制动的空重车调整是根据空簧压力进行控制的。

当一路空簧压力小于空车压力极限（空簧破裂）时，则用另一路空簧压力来代替以该车计算载荷；当两路空簧压力同时小于空车压力极限（空簧破裂）时，则按AW2计算；当平均空簧压力小于空车（AW0）但高于空车压力极限时，按空车计算， 当平均空簧压力大于AW3空簧压力时，则按超员载荷的AW3计算。

BCU通过MVB发出的载荷信号不包括转动惯量，而实际使用载荷信号是包括了平动惯量和转动惯量的制动惯量。拖车的计算转动惯量按拖车空车载重5%计算，动车按拖车空车载重10%计算。

BCU对空簧压力是实时采集的，但网络发送的载荷在 “车门关闭”信号在由“0”到“1”的上升沿实时更新一次随后锁存，直到下次满足条件时再次更新。

紧急制动的载荷调节是由空重车调整阀实现的，当两路空气弹簧压力进入空重阀后，会产生一个平均的载重压力，并变换成相应载荷的制动缸预控压力，从而使制动缸压力能随载重的变化而调整，以保证列车制动率从空车到超员基本不变。如果平均载重压力小于预调的空车载重压力，则空重阀输出空车的制动缸预控压力，从而保证最小制动缸压力。

3 总结

该控制逻辑可以确保车辆在正常运营模式下和单点故障模式下的制动性能，充足的制动力和制动减速度，以实现站台精准停车，同时可以与ATO系统配合实现自动运营。

参考文献

[1]段继超.地铁车辆制动控制系统设计[D].成都：西南交通大学，2012

[2]林祜亭，李和平.城轨列车微机控制模拟直通制动系统[J].现代城市轨道交通，2005