成都地铁3号线电客车制动系统防滑异常故障分析

黄 晔

(成都地铁运营有限公司, 成都 610035)

成都地铁3号线电客车制动系统，是采用微机控制的模拟式电-空制动系统。内设监控终端，它能在司机控制器、ATO或ATP的控制下对列车进行阶段或一次性的制动与缓解，具有自诊断和故障记录功能以及常用制动、紧急制动、停放制动和滑行控制等功能。

滑行控制作为制动系统的一项重要功能，主要用于防止制动力超过黏着引起的轮对滑行或抱死造成轮对踏面擦伤。正线若报出防滑异常故障，不仅会在HMI上弹出故障提示，对司机行车造成影响；严重时甚至会使对应轴防滑失效，导致擦轮甚至轮对抱死等严重后果。

下面就成都地铁3号线的电客车制动系统防滑异常故障案例从现象、原因到整改措施及效果做简要阐述。

1 防滑控制功能概述

1.1 防滑系统的构成

防滑控制系统主要设备由制动控制器BECU，防滑控制阀及速度传感器组成，见图1防滑控制装置方框图。

图1 防滑控制装置方框图

1.2 滑行状态的检测

各车的BECU接收本车安装在各轴上的速度传感器发出的脉冲信号，演算各轴的速度和减速度。在非牵引状态下，各车的BECU通过监视各轴与基准轴之间的速度差和减速度实时数据，与制动软件中的滑行判定条件进行比较，实现滑行检测的功能。

1.3 滑行状态的控制

各车的BECU检测到滑行状态后，通过控制每轴的防滑控制阀(PCV)，排出滑行轴制动缸中的压力空气，进行滑行再黏着控制。

1.4 防滑控制的目的

当由于制动力超过轮轨黏着力使轮对踏面由滚动到出现滑动状态时，防滑系统能够检测出这种滑行并能通过减小滑行轮对上的制动力，缓解出现滑行轮对上的滑动程度，从而防止轮对抱死和轮对踏面擦伤。防滑控制装置逻辑见图2。

图2 防滑控制逻辑图

2 案例分析

2.1 故障简介

3号线电客车自2017年1月起，正线多次接报单车空气制动栏显红，HMI故障提示显示某节车空气制动系统故障、某轴防滑异常，但车辆停稳后故障便自动恢复正常。该类故障的多次发生不仅给司机带来了较大影响，同时给行车安全埋下隐患。从2017年1月至5月，正线共发生同类故障7起，占3号线电客车制动系统正线故障的87.5%，成为正线最主要的制动系统故障，故障统计见图3。

图3 正线防滑故障统计

2.2 原因分析

故障车辆回库后，车辆技术人员组织制动厂家下载了系统控制终端内的故障记录，并利用鱼骨图分析法进行了末端原因分析。

2.2.1鱼骨图末端原因分析

查询车辆故障记录发现，发生此类故障时，车辆均不在制动工况，处于牵引或惰行状态；再对可能导致滑行的因素进行了鱼骨图末端分析，见图4。

图4 鱼骨图末端分析

如图4所示，线路湿度大，轨面、踏面脏污，滑行判断条件不合适，防滑阀故障，防滑动作不及时，速度传感器故障，进站制动级位过大，非制动工况下误报防滑异常故障，均为可能造成防滑异常故障率偏高的末端原因。对此，车辆技术人员进行了一系列的工作以确认故障的主要原因(表1)。

表1 主要原因确认表

结合以上分析，初步推断导致防滑异常故障的主要原因为非制动工况下的误报。随即组织相关技术人员及厂家对故障记录进行了深入分析。

2.2.2故障记录分析

根据防滑异常故障记录(图5)，可将其分为①～③3个时间段内发生的情况进行说明。

3号线制动系统状态判断逻辑：牵引指令=0，制动指令=1时为惰行状态；牵引指令=1，制动指令=1时为牵引；牵引指令=0，制动指令=0时为制动。(设计出于安全考虑，制动指令低电平时施加制动)

①车辆在惰行状态下，在-5.4 s时，系统检测到全部4根轴发生滑行，见图6。

②从第-5.0 s开始至0.0 s，车辆处于惰行状态中，无法检测到第2轴的加减速度变化，见图7。

③BECU在车辆惰行状态下检测到2轴发生了滑行。但由于车辆处于惰行状态，在检测到能够满足滑行解除的条件之前，BECU检测到的是一段长达5 s的既无加速又无减速的工况，导致触发了制动系统防滑异常故障逻辑。

防滑异常故障逻辑：从BECU检测到某轴发生滑行开始，直到该轴状态满足解除条件期间，如果出现5 s以上Δv都为0时，将判断该轴防滑控制失效(即通过防滑控制功能无法改善该轴滑行状态)，同时切除该轴防滑控制功能，直至列车完全停稳后恢复。

综上所述：成都地铁3号线电客车制动系统发生正线防滑异常故障的原因在于防滑异常故障逻辑未能考虑到在系统检测到滑行后，且在该轴滑行尚未纠正之前，列车有可能不进入制动状态，而是进入惰行或牵引状态并在短时间内(5 s)无法恢复。导致列车正线在非制动工况下误报防滑异常故障，且将对应轴的防滑控制功能切除，直到停车后才能恢复。

图5 故障记录

图6 故障记录

图7 故障记录

2.3 整改措施及效果

找到该类问题的根本原因后，车辆技术人员组织制动厂家于2017年4—6月完成了3号线制动程序升级验证及批量刷新，将3号线车辆制动系统控制程序由V2.4升级至V2.5，优化了防滑异常故障逻辑：在防滑异常判断逻辑中加入仅在制动工况下，且制动缸压力>25 kPa的限制条件。

经过系统优化，已将该类问题故障率降到0.5件/月以下(图8)。

图8 故障趋势对比图

3 工作启发

针对这类故障整改，分别建议在3个方面作出优化改进，以避免同类故障再次发生：

(1)新线建设方面，在新线设计联络阶段，对车辆牵引、制动等关键系统软件逻辑进行论证分析，秉持运营前置理念，尽量将隐患消除在设计、制造阶段。在新车型式试验过程中，重点关注电客车防滑问题，并将防滑试验作为调试大纲项点之一，保证新车验收后能够顺利投入运营。

(2)修程修制方面，通过列检、里程检、均衡修等修程对电客车轮对状态进行检查测量，及时发现轮对踏面异常，通过异常现象结合车辆故障记录查找相关可能故障。

(3)在线监测方面，通过在线监测系统实时对正线电客车状态进行监控，掌握电客车运行情况，及时发现异常数据及故障接报。

4 结束语

随着成都7号线的开通试运营，成都地铁“井+环”格局形成，标志着成都地铁正式进入线网化运营时代。线网客流总量、密度不断加大，对行车间隔、运营组织能力的要求不断加大，对电客车等行车关键设备的稳定性要求随之变得越来越高；同时旧线设备老化加剧，新线新产品新技术运用增多，这需要地铁工程技术人员不断的探索、研究、总结，做好维保工作，保证设备状态良好。