地铁车辆两种典型制动方式的对比分析

周波 张新永 刘中华

摘要：随着近年来的技术进步，轨道交通车辆在提高电气制动与空气制动的协调性，提高冗余度，最大限度地致力于黏着、小型化、轻量化、模块化制动系统的开发方面发挥了重要作用。文章分别对NABTESCO公司的HRDA制动系统、KNORR公司的EP2002制动系统的车控与架控两种制动形式进行了梳理，介绍了两种制动控制方式原理、制动布置方式以及制动控制装置的差别。

关键词：地铁车辆；架控；车控；控制原理；制动布置 文献标识码：A

中图分类号：U270 文章编号：1009-2374（2016）18-0102-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.050

1 概述

近年来，随着技术的不断进步，轨道交通车辆在提高电气制动与空气制动的协调性，提高冗余度，最大限度地致力于黏着、小型化、轻量化、模块化制动系统的开发方面发挥了重要作用。对于地铁车辆来说，制动的形式也逐渐成形，主要是分为了车控与架控两种控制形式，各地铁车辆公司根据自身轨道交通环境的状况选择所需的制动形式。

2 制动系统及制动形式

目前国内城市轨道车辆主要应用的系统有NABTESCO公司HRDA型系统、KNORR公司EP2002型系统。两种系统均为直通式电空制动系统，该类型系统具有响应时间短，制动力施加准确，容易控制，结构简单，容易与牵引、列车监控系统（TCMS）及列车自动控制系统（ATC）配合等特点。由于目前各制动系统供应商均能提供架控制动控制单元及车控制动控制单元，因此，目前地铁车辆按照这两种控制方式建立制动系统平台，一套为架控制动系统平台，另一套为车控制动系统平台，以满足不同用户的需求。

2.1 車控制动系统

车控制动系统主要包括如下系统：供风系统、车控制动控制单元、辅助控制模块、防滑控制装置、基础制动装置、回送系统。车控制动模式下每辆车设有一套制动控制装置，以每辆车为单位控制制动系统。以日本NABTESCO-HRDA型电空制动系统为例。

HRDA型电空气制动装置是反应迅速、性能良好的电气指令制动系统，并可与列车自动保护系统（ATP）配合，是充分考虑安全性而设计的系统。该型制动系统主要包含两个部分：微机控制部分和空气制动部分。两个部分装于一个制动控制箱内。

两个部分共同实现车辆的制动控制。制动指令由司机室制动手柄发出，该指令由司机将制动手柄置于不同的位置产生，该位置的电信号由制动手柄模块中的编码器转化为PWM信号，通过列车控制线传输给该系统的微机控制部分。根据制动指令，由控制装置中的微机进行电空混合制动的计算，最终确定空气制动与电制动的分配比例。并据此向牵引系统及制动系统中的EP阀发出指令，由牵引系统施加电制动，由EP阀实现空气制动。制动过程中最主要的制动功能为常用制动及紧急制动。

2.1.1 常用制动。常用制动指令是由制动控制器，通过3根列车贯通线（2进制码）送给制动控制装置。手动常用制动分为7级。M车的制动电子控制单元，检测本车及T车的空气弹簧压力（T车的空气弹簧压力是通过T车的制动电子控制单元检测），控制M-T单元的制动力。这个控制不仅是进行本车的电空协调配合，由再生制动优先方式，对T车优先使用空气制动补足，采用T车优先延时投入。另外，制动电子控制单元为改善常用制动时的舒适性，减少制动力的变化率而减少冲动。常用制动工作原理如图1所示：

2.1.2 紧急制动。紧急制动是列车在紧急情况下才会施加的制动。因此其安全性及可靠性必须被充分考虑。在HRDA型制动系统中设置有贯穿全列的紧急制动线。处于故障导向安全的原则，该制动线采用失电制动。即当改线处于断电状态时，制动控制装置会将该失电状态转化为紧急制动指令信号，控制EP阀施加紧急制动。紧急制动指令的触发因素有很多种，例如ATP指令、司机制动阀指令、紧急制动按钮，而且在列车断钩及有较大漏风处使得总风压力显著降低时。列车往复线（EB1线、EB2线）组成力列车的紧急制动环路。紧急制动工作原理如图2所示：

2.2 架控系统

架控制动系统主要包含如下系统：供风系统、架控制动控制单元（2套/车）、辅助控制模块、防滑控制装置、基础制动装置、回送系统。

每辆车设有两套制动控制单元，独立控制每个转向架。其具有如下优点：（1）可以测量每个转向架上空气弹簧的准确压力，通过电子部件对空气弹簧压力加以平均；（2）可以以转向架为单位，根据车辆载荷更好地调整制动力；（3）缩短了制动单元到制动缸管路之间的长度，降低了制动响应时间；（4）每个制动单元用独立的总线连接，如果一个转向架出现故障，损失的制动力可以由制动单元内其他转向架补偿，使损失的制动力达到最小；（5）没有独立的防滑阀排风阀，集成于制动系统中；（6）快速、独立的连接，可以共享关键的事件信息。

架控制动系统以KNORR公司的EP2002制动系统为例。EP2002电空制动控制阀是高度集成的控制单元，其中包括了制动控制、防滑、空重车调整等诸多功能。该控制阀有多种型号，在地铁车辆中应用的主要为网关阀和智能阀。网关阀主要用于制动网络控制和本车制动控制，智能阀用于本车制动控制。一般头车上安装网关阀，中间车安装智能阀。EP2002将防滑功能集成在其内，不需要单独的防滑排风阀。该阀体由数百个零件组成，因此维修时需彻底分解，对维修条件有很高的要求。

EP2002阀采用车辆多功能数据总线与硬线控制相结合的控制方式，一般制动数据通过数据总线在车辆之间进行传输。当数据总线出现问题时由硬线来实现基本的制动控制。制动控制原理如图3所示：

每个架控制动装置接收制动指令，根据不同级别的制动指令判断并计算各转向架所需的制动力，实现车辆的常用制动及紧急制动。

2.2.1 常用制动控制。系统将从列车总线收到制动指令PWM信号，并由列车硬线线路进行备份。只有当两条列车总线完全失效时，才会使用另一条列车硬线线路发出的PWM列车线路信号。计算出的制动指令会被译码成压力指令，然后确定与实际达到的电制动力相混合所需的减压量，再经由制动总线分配到制动总线上的其他阀。常用制动空气流程图如图4所示：

2.2.2 紧急制动控制。紧急制动系统完全是遵循以“故障导向安全”为原则进行设计的，采用纯空气制动。在设计上是完全独立于列车的常用制动系统之外的独立系统。这样就可以保证即使在常用制动系统发生故障时，不会影响到紧急制动的实施。紧急制动列车线为贯串于全列车的列车环路，列车紧急制动指令线从头车开始直至尾车，再由尾车回到头车，利用双线双断的安全原则保证紧急制动指令的准确实施。紧急制动指令线采用失电紧急，得电缓解的形式，以确保在列车中的任何一辆车的紧急制动线断路时，都能保证紧急制动指令线失电，列车实施紧急制动。

EP2002阀接收到紧急制动指令时，会施加一个经过载荷补偿的紧急制动力。紧急制动空气流程图见图5，图中虚线部分为出现滑行的紧急制动空气流程图。

3 结语

今后，地铁制动系统在系统的整体设计上以及制动形式设计上将还是围绕这两种制动形式进行，制动系统的稳定性、无故障、易维修等还将作为主要的课题。因此，应与综合制动系统厂家密切合作，自主而积极地进行设计研发工作。

参考文献

[1] 匡如华.EP2002制动系统及其在城轨车上的应用[J].机车电传动，2009，（5）.

[2] 吴新宇.克诺尔模拟式地铁制动系统概述[J].铁道车辆，2000，38（1）.

[3] 胤志辉.广州地铁3g-线电动车组的制动控制[J].电力机车与城轨车辆，2004，（41）.

[4] 陶功安，袁市祥，马喜成.广州地铁3号线地铁车辆

[J].机车电传动，2006，（4）.

作者简介：周波，男，中车唐山机车车辆有限公司产品研发中心工程师，工学硕士，研究方向：轨道车辆制动系统研发设计。

（责任编辑：王 波）