國內(nèi)外動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)及救援技術(shù)分析

1、內(nèi)外動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)及救援技術(shù)分析摘要：我國的高速鐵路建設(shè)在不斷的加快，高速鐵路的建設(shè)帶動(dòng)了我國的經(jīng)濟(jì) 在不斷的發(fā)展進(jìn)步，目前世界上的主要高速鐵路國家包括中國、日本、德國、法 國等，制動(dòng)系統(tǒng)原理和制動(dòng)救援技術(shù)均不相同。中國高鐵和日本新干線均采用直 通式電空制動(dòng)系統(tǒng)，德國和法國等歐洲干線動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)普遍采用自動(dòng)式空氣 制動(dòng)系統(tǒng)，歐洲市域動(dòng)車組和地鐵等通常采用直通式電空制動(dòng)系統(tǒng)。各國高速動(dòng) 車組通過配置自動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī)、設(shè)置制動(dòng)指令傳輸或轉(zhuǎn)換裝置、列車供電管理、 外部供電等各種方式，來保證動(dòng)車組能夠被機(jī)車或者動(dòng)車組高效救援。關(guān)鍵詞：動(dòng)車組；制動(dòng)系統(tǒng)；救援；回送引言制動(dòng)系統(tǒng)是列車高速運(yùn)行的安全保障，

2、需要設(shè)計(jì)良好的控制策略來保證安全 停車。目前動(dòng)車組采用的是空電復(fù)合的直通式電空制動(dòng)系統(tǒng)，通過列車網(wǎng)絡(luò)來傳 遞制動(dòng)控制指令和制動(dòng)設(shè)備的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)系統(tǒng)和列車上其他系統(tǒng)之間的交互。 目前制動(dòng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方面在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)還存在一些問題，因此研究動(dòng)車組電 空混合制動(dòng)控制算法具有重要的意義。以動(dòng)車組整車制動(dòng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，利用 Control-Build軟件搭建整車制動(dòng)力分配邏輯，對(duì)各種制動(dòng)工況和 制動(dòng)方式下的車輛制動(dòng)力動(dòng)態(tài)分配進(jìn)行分析。由列車制動(dòng)管理器根據(jù)各單元制動(dòng) 力能力值和載重比進(jìn)行單元制動(dòng)力分配，再由分段制動(dòng)管理器在單元內(nèi)按照等磨 耗原則分配各車制動(dòng)力，對(duì)電制動(dòng)故障、空氣制動(dòng)故障、滑行以及停

3、車情況下各 車的制動(dòng)力分配進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果表明搭建的制動(dòng)力分配邏輯能夠有效的 提高制動(dòng)效率，確保列車能夠安全運(yùn)行。1微機(jī)控制的直通式制動(dòng)機(jī)目前，動(dòng)車組與城軌車輛使用的制動(dòng)機(jī)采用電氣指令微機(jī)控制的直通式電空 制動(dòng)機(jī)。與早期的直通式空氣制動(dòng)機(jī)不同的是空氣壓縮機(jī)安裝在車輛上，制動(dòng)控 制器安裝在帶司機(jī)室的頭車與尾車上，每個(gè)車輛上均安裝有微機(jī)制動(dòng)控制單元， 該單元主要包括制動(dòng)控制計(jì)算機(jī)BCU、電空轉(zhuǎn)換EP閥（包括制動(dòng)電磁閥、緩解 電磁閥）、緊急電磁閥等。它具有單獨(dú)的排氣口，制動(dòng)缸的壓力不需再通過制動(dòng) 控制閥排氣，可以避免制動(dòng)與緩解前后不同步的問題。在制動(dòng)、保壓、緩解過程 中，司機(jī)通過制動(dòng)控制手柄發(fā)

4、出電氣制動(dòng)指令，制動(dòng)指令通過電纜線（光纜）傳 遞到微機(jī)制動(dòng)控制單元。微機(jī)制動(dòng)控制單元進(jìn)行制動(dòng)力的計(jì)算與分配工作。同時(shí)， 將總風(fēng)管的壓縮空氣按照電氣制動(dòng)指令傳遞給制動(dòng)缸。不同的制動(dòng)作用，電氣制 動(dòng)指令的大小不同，制動(dòng)缸得到的壓縮空氣壓力也就不同，制動(dòng)力大小也就不同。 因此，可以實(shí)現(xiàn)各種情況下的不同制動(dòng)作用。2國內(nèi)外動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)及救援技術(shù)2.1德國動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)及救援技術(shù)德國在1985年就開始研制高速動(dòng)車組，目前為止已研制出ICE系列的 多款車型ICE動(dòng)車組從1 9 8 5年的ICE/V試驗(yàn)型動(dòng)車組、1 9 9 0年 的ICE1到1 9 9 2年的ICE2均為動(dòng)力集中型的動(dòng)車組，1997年的I

5、CE3為動(dòng)力分散型動(dòng)車組，2017年12月正式運(yùn)營的ICE4是德國第一 個(gè)采用直通電空技術(shù)的動(dòng)力分散型動(dòng)車組ICE系列動(dòng)車組均采用自動(dòng)式空氣 制動(dòng)機(jī)用于救援。2.2日本動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)及救援技術(shù)日本自1 9 6 4年新干線開通以來，共研制了0系、10 0系、3 0 0系、5 0 0系、70 0系，以及E1、E2、E3、E4、E5、E6系等多款高速 動(dòng)車組，均采用直通電空制動(dòng)系統(tǒng)，均無自動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī)。采用動(dòng)車組或?qū)Ｓ?機(jī)車救援，可利用車前端連接器供電和傳遞制動(dòng)指令。2.3分配閥單元原理制動(dòng)管的壓力空氣進(jìn)入分配閥單元的1口，壓力傳感器及截?cái)嗳T的電接點(diǎn) 將壓力信號(hào)送給TCMS及控制電路，分配閥根據(jù)

6、制動(dòng)管壓力變化控制輸出壓力， 工作風(fēng)缸中壓縮空氣經(jīng)分配閥單元的2 口輸出。比例風(fēng)缸容積1.3L，它可以模擬 制動(dòng)的容積。當(dāng)制動(dòng)管壓力升高時(shí)，管內(nèi)壓力使分配閥動(dòng)作，打開了 CV 口與大 氣的排氣通道，CV 口壓力空氣排大氣，壓力降低，使系統(tǒng)處于緩解狀態(tài)。同時(shí)， 制動(dòng)管的壓力向工作風(fēng)缸充氣。當(dāng)制動(dòng)管壓力不再升高時(shí)，分配閥所有閥口關(guān)閉， CV 口壓力與大氣不相通，CV壓力保持不變，工作風(fēng)缸也不再充氣，系統(tǒng)處于保 壓狀態(tài)。當(dāng)制動(dòng)管壓力下降時(shí)，分配閥的閥口打開，工作風(fēng)缸的壓縮空氣經(jīng)閥口 向C 口充氣，CV壓力升高，使系統(tǒng)處于制動(dòng)狀態(tài)。2.4車輛發(fā)生滑行時(shí)的制動(dòng)力分配策略車輛的制動(dòng)控制單元BCU和牽引控制

7、單元TCU都會(huì)對(duì)車輛的滑行情況進(jìn) 行檢測(cè)，當(dāng)BCU檢測(cè)到滑行時(shí)置位滑行信號(hào)EpSlide，當(dāng)TCU檢測(cè)到 滑行時(shí)置位滑行信號(hào)EdSlide。發(fā)生滑行時(shí)制動(dòng)控制單元通過圖4所示的 邏輯對(duì)列車的制動(dòng)力進(jìn)行管理，防止列車滑行情況惡化。當(dāng)SBM檢測(cè)某輛車的 滑行信號(hào)置位時(shí)，將會(huì)把預(yù)設(shè)黏著系數(shù)降低，通過降低本車施加的制動(dòng)力達(dá)到快 速恢復(fù)黏著的目的。當(dāng)EdSlide置位時(shí)，在3 s內(nèi)SBM不對(duì)電制動(dòng)力進(jìn) 行補(bǔ)充，等待TCU對(duì)電制動(dòng)力進(jìn)行處理，3s后若EdSlide還是置位狀 態(tài)則置位該節(jié)動(dòng)車電制動(dòng)力切除信號(hào)EdSlide置位的同時(shí)EpSlid e也置位，持續(xù)時(shí)間超過Is時(shí)置位該節(jié)動(dòng)車電制動(dòng)力切除信號(hào)。以上

8、控制邏輯 可以有效防止滑行信號(hào)誤檢測(cè)導(dǎo)致制動(dòng)力分配頻繁變化。2.5國內(nèi)動(dòng)車組救援優(yōu)化措施目前國內(nèi)各型動(dòng)車組均采用微機(jī)控制的直通式電空制動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)動(dòng)車組在救 援過程中無電時(shí)空氣制動(dòng)不可用或系統(tǒng)功能降級(jí)，導(dǎo)致救援限速運(yùn)行。為保證被 救援動(dòng)車組空氣制動(dòng)可用以提升救援效率，前提是BP救援轉(zhuǎn)換裝置和制動(dòng)系統(tǒng) 正常供電。1）優(yōu)化動(dòng)車組供電管理策略目前各型動(dòng)車組供電管理策略差異較大， 無法滿足救援處置過程中的制動(dòng)系統(tǒng)供電需求。新研制的動(dòng)車組增加了蓄電池容 量并完善了動(dòng)車組蓄電池分級(jí)管理策略，以保證動(dòng)車組被救援時(shí)空氣制動(dòng)可用為 目標(biāo)，合理設(shè)置最小負(fù)載并將救援用電設(shè)備連接動(dòng)車組BD供電。2）優(yōu)化動(dòng)車 組自發(fā)電負(fù)

9、載管理動(dòng)車組自發(fā)電功能主要在動(dòng)車組回送、無高壓供電等工況下， 動(dòng)車組被拖拽時(shí)為動(dòng)車組交流輔助負(fù)載供電，并在輔助變流器和充電機(jī)工作后為 動(dòng)車組直流負(fù)載供電。新研制的動(dòng)車組對(duì)與自發(fā)電相關(guān)的負(fù)載進(jìn)行了單獨(dú)分級(jí)管 理，以保證被救援動(dòng)車組自發(fā)電功能的可用性。3）優(yōu)化動(dòng)車組外部供電管理國 內(nèi)各型動(dòng)車組外部供電的電壓制式不統(tǒng)一，各型動(dòng)車組外部供電的電壓制式與機(jī) 車供電的電壓制式不統(tǒng)一，外部供電連接器形式及容量不統(tǒng)一，被救援動(dòng)車組最 小負(fù)載容量不統(tǒng)一，導(dǎo)致動(dòng)車組之間相互救援時(shí)無法通過救援動(dòng)車組向被救援動(dòng) 車組供電，動(dòng)車組被機(jī)車救援時(shí)無法直接通過機(jī)車向被救援動(dòng)車組供電。新研制 動(dòng)車組在外部供電情況下以保證動(dòng)車組被救援時(shí)空氣制動(dòng)可用為目標(biāo)，合理配置 動(dòng)車組負(fù)載容量，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)車組被救援時(shí)能夠通過外部供電滿足用電設(shè)備需求。結(jié)語針對(duì)現(xiàn)有制動(dòng)系統(tǒng)中車輛制動(dòng)力存在故障時(shí)各單元施加制動(dòng)力差距較大問題， 提出一種由列車制動(dòng)管理器根據(jù)各單元制動(dòng)力能力值和載重比進(jìn)行單元制動(dòng)力分 配，再由分段制動(dòng)管理器在單元內(nèi)按照等磨耗原則分配各車制動(dòng)力的整車制動(dòng)力 分配策略。考慮多種工況下對(duì)制動(dòng)力的需求，基于ControlBuild軟 件搭建動(dòng)車組整車制動(dòng)力分配邏輯，結(jié)果表明該分配策略能夠減少故障情況下各 單元施加制動(dòng)力的差距，并滿足不同工況下列車安全平穩(wěn)制動(dòng)的要求。參考文獻(xiàn)1 中國鐵路總公