中低速磁浮列车制动特性研究

2019-03-15杜慧杰杨永勤张兴旺李童生许红梅

城市轨道交通研究 2019年3期

司丽杜慧杰杨永勤张兴旺李童生许红梅

(中车唐山机车车辆有限公司，063035，唐山//第一作者，高级工程师)

中低速磁浮列车采用全动车配置,制动控制系统采用微机控制直通式电空制动系统，且制动力混合以单辆车为单元。制动指令通过网络和硬线传输;制动系统与牵引控制单元的信号通过MVB(多功能车辆总线)传输，亦可以通过硬线传输。中低速磁浮列车的监控通过列车监控管理系统(TCMS)实现,且列车具有常用制动、保持制动、快速制动、紧急制动和落车制动等功能。

1 中低速磁浮列车制动控制原理

中低速磁浮列车制动控制的基本结构如图1所示。图1中,制动控制单元是磁浮列车制动系统的关键部件。它与电子制动控制单元(EBCU)组成闭环控制;根据制动力需求，它能准确而稳定地控制制动缸压力。

当采用常用制动时，空气制动控制单元根据EBCU传来的电信号，通过电空转换阀将来自制动储风缸的空气压力转换成与电信号相对应的预控制压力。当预控制压力到达空重车调整阀，受到空重车调整阀的检测和限制;从空重车调整阀出来的预控制压力到达中继阀，打开中继阀中制动储风缸与制动缸的通路，最后使制动缸获得符合制动力要求的空气压力。

注:M表示动力车;Mc表示带司机室的动力车

当采用紧急制动(见图2)时，预控制压力不受电空转换阀控制，来自制动储风缸的压缩空气直接经紧急制动电磁阀到达空重车调整阀，此时预控制压力仅受空重车调整阀控制，并使之与空气弹簧的压力即载荷情况相适合。紧急制动采用纯空气制动，电制动未参与，平均减速度不小于1.3 m/s2。

图2 紧急制动触发方式

另外,中低速磁浮列车还具备独特的落车制动功能。该功能可使“低速飞行”中的磁浮列车垂直降落在轨道上。落车制动时，紧急制动被触发，牵引被封锁，悬浮系统处于紧急断电状态，车辆依靠自身质量紧急落车，同时安装在悬浮架上的滑橇与轨道相互机械摩擦，从而产生制动力。

2 中低速磁浮列车制动控制逻辑

2.1 常用制动

列车常用制动由EBCU掌控，并通过MVB与TCMS进行数据的传递与逻辑控制。当TCMS检测到端口输入为低电平时，TCMS将该指令信号通过MVB传递至EBCU;当EBCU接到制动指令后，根据车辆载荷计算出所需制动力，并将此作为电制动需求指令提供至TCMS，进而提供给牵引控制单元;牵引控制单元将该指令和根据司机控制器指令计算出的制动需求进行比较，按照取大的原则来施加电制动力，并将测得的实际电制动力反馈给EBCU;由EBCU计算制动力需求和实际电制动力之间的差值，并根据该差值施加相应的空气制动力。

2.2 保持制动

非牵引工况下，当列车速度达到设定值时，TCMS发出电制动衰退信号，EBCU检测到电制动衰退信号后,按照冲动限制斜率的要求，使空气制动上升、电制动下降，且制动力应保持恒定，形成符合制动指令要求的制动缸压力。保持制动施加应全部由EBCU自身负责。网络不发送保持制动的施加信号，网络仅对EBCU发送保持制动缓解信号。

图3为列车保持制动特性曲线示意图。图3中,在t0时刻,列车速度为7.0 km/h，此时列车仅收到制动指令；t0—t1段,延迟施加液压制动；t1—t2段,再生制动力将减少至0，液压制动力将接管整个制动力；在t2时刻,列车速度为1.5 km/h；在t3时刻,施加液压制动,此时检测到列车速度为0；在t4时刻,列车已停车至速度为0。

图3 列车保持制动特性曲线示意图

在ATO(列车自动运行)模式下，列车保持制动的施加和缓解均由ATO来控制;在人工模式下，当列车接近静止时，保持制动自动施加。保持制动缓解信号由牵引系统通过网络进行发送。

2.3 电空制动配合

为了尽量降低闸片的磨耗，当列车运行速度高于设定值，即制动级位介于B1级至B4级之间时，空气制动暂不投入;当制动级位介于B5级至B7级之间时，空气制动的投入不受速度的限制，此时按照混合制动力的要求进行制动力补充。

2.4 速度信号控制策略

牵引制动设备对测速系统4路速度信号的选取采用最优控制策略(4路速度信号两两作差，取测速误差范围内差值最小的2路速度脉冲信号的平均值作为列车速度)来确保电空制动的良好配合。如果4路速度信号全部异常，即输出的4路速度信号两两差值全部超出列车测速范围时，若列车处于制动状态下切除电制动，则由空气制动进行管理；若列车处于牵引状态下，则采取限速运行措施。