广州地铁二号线国产制动系统工作原理以及典型故障分析

董小军

（广州市地下铁道总公司，广东广州 510000）

广州地铁二号线国产制动系统工作原理以及典型故障分析

董小军

（广州市地下铁道总公司，广东广州 510000）

对广州地铁二号线车辆国产制动系统的组成、控制原理以及故障诊断进行了阐述，结合了国产制动系统典型故障的调查分析，得出国产制动系统在现场应用中比德国KNORR系统更具优势。

地铁车辆；国产制动系统原理；典型故障分析

1 国产制动系统的简介

广州二号线A5型增购车二期车辆使用了由铁科院机车研究所独立开发研制的国产制动系统，简称铁科制动。铁科制动系统改写了广州地铁一直采用进口制动系统的历史，提高了地铁列车的国产化率。该系统采用微机控制的模拟式电－空制动系统，控制系统采用车控方式实现列车的制动功能。

（1）BCU每车配备一个，用于常用、紧急的制动控制，制动控制装置从控制类型上分为两个部分：电子控制单元（EBCU）和气动控制单元（PBCU）。

2 国产制动系统原理

2.1 制动系统组成

制动系统的控制装置包括制动控制装置（BCU）、辅助控制装置、防滑控制装置以及防滑阀、速度传感器等。制动系统主要实现制动控制、防滑控制以及其他检测、诊断等功能，如图1所示。

图1 制动系统功能原理图

（2）辅助控制装置每车配备一个，用于停放制动控制和空簧供风；

（3）防滑排风阀和速度传感器每轴配备一个，用于空气制动时的防滑控制。

2.2 制动控制

列车采用基于MVB的网络结构，司机控制器可以同时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MVB总线传送到每一个车的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，硬线制动指令通过列车线传送至BCU。

列车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，优先在拖车上补充空气制动。当总的电制动力大于动车总的制动力需求，但不满足全列车的制动力需求时，则各拖车根据载荷来补充空气制动，动车上不需要补充空气制动；当总的电制动力还不能满足动车总的制动力需求时，则拖车根据本车的载荷施加本拖车所需求的制动力，而动车则根据本动车的载荷来补充空气制动。

2.3 制动功能实现原理

2.3.1 气制动力计算

如图2所示，VCU采集ATO或者司控器手柄位置，将对应级位发送给各车BCU，需求的电制动力经计算后通过MVB发送给牵引系统，牵引系统将本车电制动状态以及电制动实际发挥的值通过网络传给BCU，最后BCU根据电制动力和各车所需制动力算出各车补充空气的制动力。

2.3.2 常用/快速制动控制

制动时BCU根据需求空气制动压力，压力传感器检测的作用(预控)风缸压力以及制动缸压力，由气动控制单元中E/P阀输出预控（AC）压力，再由中继阀放大后输出到制动缸。制动施加过程中采用制动缸压力智能数字控制方式，控制E/P转换阀对作用风缸的充风或排风，实现对中继阀预控压力的闭环控制。

图3 常用/快速制动实现基本原理

2.3.3 保持制动和紧急制动

在正常情况下，BCU从车辆总线接收保持控制指令，采用VCU的停车制动逻辑，进行正常的电空混合制动转换，保证列车可以停稳；在应急牵引模式下，BCU响应车辆硬线的保持制动指令并施加50%的保持制动力；当网络与硬线同时故障时，车速低于0.5 km/h时且为制动工况，BCU将自动施加保持制动；当接收到牵引信号后自动缓解保持制动。

紧急制动是独立的控制系统，由列车安全环路直接控制，通过紧急制动电磁阀施加纯空气制动。

2.4 防滑控制

国产制动空气制动防滑功能主要通过BECU、防滑阀和轴速度传感器实现。国产制动采用车控方式控制一节车的4根轴，同时在每根轴上均有一个防滑阀，实现单轴的防滑控制。BECU通过采集4根轴的速度，计算各轴的速度差和减速度，判断各轴是否发生滑行，若检测到某根轴发生滑行，BECU会有效的控制防滑阀进行保压或排风动作，使滑行车轮恢复到正常的粘着状态，在保证制动减速度的同时，防止制动力过大造成车轮的擦伤。

图4 紧急制动PBCU控制基本原理示意图

防滑判据依据如下：

1）速度差判据：当某一轴速度低于参考速度（基准速度）达到判定滑行数值；

2）减速度判据：当某一轴的减速度达到判定滑行数值；

防滑判据参数如表1所示。表1中Vref为防滑系统的参考速度，VN为各轴速度；β为减速度。

表1 防滑判据参数

2.5 制动系统故障诊断功能

国产制动系统故障诊断主要由BECU实现，通过数字量输入输出模块、CAN总线模块、制动控制模块、防滑控制模块，周期性采集牵引/制动以及紧急制动等信号输入、空气制动施加/缓解输出，E/P控制阀，防滑排风阀，TMS通信，压力传感器，轴速度传感器速度值等信息，由制动控制板根据故障诊断逻辑判断，实现制动系统故障诊断和自诊断功能。

制动系统具有故障信息自存贮和显示功能，通过BECU上数码管显示，实现状态信息和故障信息的查询；通过BECU板卡上的指示灯查询电源、板卡或通讯故障。同时制动系统也通过MVB总线将故障诊断信息传递给VCU，并在车辆屏上显示。

3 国产制动典型故障分析

二号线采用国产制动系统的T28车，在运营中经常发生偶数A车有异响，一段时间后发现两A车闸瓦偏磨严重，且均有不同程度的横向裂纹，图5为闸瓦严重偏磨，图6为闸瓦裂纹。

图5 闸瓦严重偏磨

图6 闸瓦裂纹

3.1 闸瓦偏磨和裂纹的原因

为调查A车闸瓦偏磨和裂纹原因，截取列车运行时制动曲线进行对比分析。正常情况下，列车由高速转制动时，优先使用电制动；当电制动能力不足时，气制动进行补充。但是分析该车制动曲线（图7），发现高速转制动时，A车的制动缸压力一直存在，为气制动施加状态，因此导致A车闸瓦偏磨严重，出现裂纹等现象。

3.2 调查A车气制动施加的原因

从图7分析，B车1轴速度一直存在频繁波动，B车电制动在高速制动时施加时间较短，随后被切除，而C车电制动施加正常。结合该车事件记录仪曲线进一步分析，发现A车制动缸压力一直处于施加状态直至停车，与制动曲线吻合；另外发现B车1架BCU滑行信号变为1，长时间未恢复正常粘着状态。从逻辑分析，当出现电制动滑行时，EBCU根据滑行前的电制动力计算空气制动力，优先在A车上补充空气制动，电制动连续防滑5 s时，EBCU发送切除电制动指令。

3.3 处理措施

经过上述调查分析判断为1架防滑阀故障，导致1架防滑功能失效，A车气制动补偿施加，最终导致A车闸瓦出现偏磨和裂纹的情况发生。通过更换该防滑阀后，跟踪验证列车制动曲线已恢复正常，未再发生A车闸瓦偏磨情况。

图7 列车制动曲线

4 结束语

铁科院国产制动系统首次在广州地铁二号线列车上运用，从目前的应用情况看，该套系统总体具有良好的可靠性能，通过前期调试之后能够很好的与二号线现有的车辆系统配合工作，系统具有良好的稳定性。与德国Knorr公司制动控制采用的高度集成化技术相比较，国产制动系统更加适合于车辆的检修工作，车辆技术更加公开化，检修车间对于该系统技术容易掌握，另外在车辆故障之后更换部件的成本也有了较大的降低。

［3］李培曙.地铁车辆的防滑控制［J］.铁道车辆，2001，39（7）：9-11.

［1］韩增辉，王辉.城市轨道车辆制动系统国产化的研究［J］.铁道车辆，2004，42（10）：7-11.

［2］匡如华.EP2002制动系统及其在城轨车上的应用［J］.城市轨道车辆，2009（5）：33-35.

Principle and Typical Fault Analysis of Domestic Brake of Guangzhou Metro Line 2

DONG Xiao-jun
（Guangzhou Metro Corporation Guangzhou，Guangzhou510000，China）

This article describes the composition,control principle and fault diagnosis of domestic brake system of Guangzhou Metro Line 2，combined with the investigation and analysis of the typical fault of domestic brake system,the application in field application of domestic brake system has more advantages than KNORR system of Germany.

metro vehicle；principle of domestic brake system；typical fault analysis

U26

B

1009－9492(2014)07－0205－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.07.057

董小军，女，1987年生，甘肃平凉人，大学本科，助理工程师。研究领域：城市轨道交通车辆检修和技术管理。

(编辑：王智圣)

2014－03－21