CRH3A型动车组自动速度控制模式下防滑控制及不旋转轴检测的研究

2020-03-23呼功崛马永靖王学文辛志强

铁道机车车辆 2020年1期

呼功崛，马永靖，王学文，辛志强

(中车长春轨道客车股份有限公司国家轨道客车工程研究中心转向架研发部，长春 130000)

近年来，高速铁路运输已经成为促进我国经济发展，加强区域协调，构建综合交通轨道运输体系的枢纽。高铁技术的不断发展完善了我国综合运输体系，随着国内外市场需求的不断增大，推动了高铁动车组技术的快速发展。

制动系统是与车辆运行安全直接相关的重要系统，动车组的制动形式分两种：空气制动和电制动。无论空气制动或电制动，都属于黏着制动。黏着制动最大的缺陷就是黏着力有限，同时轮轨黏着受轮轨间状态影响较大，如果制动力超过了黏着限制，车轮转速急剧降低甚至停转而车速降得较慢，这叫“滑行”或“抱死轮”[1]。一旦发生这种现象则很有可能导致轮轨擦伤，车轮擦伤后会产生偏心，踏面产生多边形效应，不仅降低运行的平稳性和乘车的舒适度，还会增加对转向架的冲击振动，缩短转向架部件的使用寿命，影响行车安全[2]。为保证动车组能够安全可靠地行车，动车组防滑系统必须响应迅速，防止车轮滑行，恢复轮轨的黏着状态。

将结合CRH3A型动车组ASC模式下空气制动和电制动的防滑控制和轴不旋转检测原理，针对CRH3A型动车组发生滑行和轴抱死的实际案例，分析原因并给出解决措施。

1 ASC模式下的防滑控制和不旋转轴检测

1.1 制动指令

在ASC(Automatic Speed Control)模式下，由TCMS(Train Control Management System)进行列车制动力计算，TCMS仅使用电制动力来调节列车速度。TCMS计算的电制动力指令直接发给TCU(Traction Control Unit)，不通过BCU(Brake Control Unit)中转。TCU将单车的电制动力能力值(信号C)和电制动力实际值(信号E)发给BCU，见图1。

图1 TCU与BCU相关接口图

1.2 防滑控制

BCU仅在非牵引(制动或惰行)状态时才激活防滑功能，将本车4个轴中速度最高的轴速作为参考速度，BCU根据参考速度及各轴的轴速对每个轴进行防滑判断，并通过防滑阀进行缓解、保压和制动的控制。

如果正常制动过程中，BCU检测到列车出现滑行，TCU响应BCU发出的电制减少百分比值信号(信号F)。本车TCU执行的电制动力实际减小值发给BCU，电制动力实际减小值=信号E(kN)×信号F(%)，见图1。

由上述防滑的原理可知，牵引状态决定了防滑功能是否激活，BCU判断牵引施加的条件为：

自动速度控制牵引位CCU_ASC_Traction =1 或手柄牵引位TL_R_Traction=1，并且无任何制动激活，无任何制动激活，是指以下任一制动都不激活：

①紧急制动UB;

②紧急制动EB;

③制动手柄级位>0;

④制动手柄处于制动位(TL_R_Braking);

只要BCU判断本车处于非牵引状态，即视为本车处于制动或惰行状态，防滑功能就会激活。

1.3 不旋转轴检测

不旋转轴检测功能不论在牵引或非牵引状态均会进行检测，并且与防滑控制功能相互独立。将本车速度第2高的轴速作为参考速度v2nd，参考速度v2nd与最低轴速vmin的差值同v(v=50+0.3v2nd)进行比较，如果差值大于v并持续10 s，则报出低速轴的轴抱死故障，不旋转轴检测逻辑见图2。

图2 CRH3A型动车组不旋转轴检测逻辑图

2 案例分析

2.1 事件经过与数据记录

CRH3A型动车组在ASC模式下正常运行，因下雨而发生滑行，06车报轴抱死故障(00车占用)，未发生擦轮。

事件过程如下：

06:39:20时，00车牵引电机M1速度传感器故障，00车逆变封锁，电制动失效。

06:58:42时，06车牵引电机M1、M2速度传感器故障，06车逆变封锁，电制动失效。

06:58:50时，06车报轴1、轴2抱死。

2.2 数据分析

事发时天气为小雨，造成轨道湿滑，随着运行速度的增加，黏着系数将急剧下降[3]。当实际黏着系数低于利用的黏着系数时，列车发生滑行，00车报出牵引电机M1速度传感器故障，持续运行中由于滑行严重，导致06车TCU报牵引电机M1、M2传感器故障，BCU报出轴1、轴2抱死，但根据CCU数据，BCU在报出轴抱死故障前未报滑行。

根据CCU数据显示，06:58:26至06:58:35时，06车施加电制动；06:58:42至06:58:50时，列车的恒速设定值为194 km/h。

根据下载的BCU数据显示，当轴抱死故障发生时，06车轴1～轴4速度值分别为29.3 km/h、 40.9 km/h 、122.5 km/h 、131.2 km/h(见图3)，根据不旋转轴检测诊断逻辑，报出轴1和轴2抱死。

通过以上分析得出：

06:39:20时，00车电制动失效，车组恒速运行时，00车转为拖车，06车转为首个牵引动车。

图3 轴抱死故障时06车BCU轴1～轴4速度数据

06:58:26至06:58:35时，电制动力施加造成06车速度降低，单车滑行，而实际车速为194 km/h。06车滑行，1、2轴滑行严重，3、4轴滑行较轻。从而在06:58:42时，06车报牵引电机M1、M2速度传感器故障。06:58:50时，06车报轴1、轴2抱死。

2.3 故障结论

针对BCU在报出轴抱死故障前未报出滑行的问题，分析后的结论如下：

在ASC模式下，牵引手柄一直置于牵引位，“牵引位状态列车线TL_R_Traction”信号一直保持激活状态，且BCU未收到任何制动指令，此时BCU判断本车处于牵引状态。故在ASC模式下，即使TCMS发送制动指令给TCU进行调速控制，列车实际施加电制动的工况下，BCU的滑行检测与控制功能始终未激活，进而导致列车在没有防滑控制的情况下，轴速满足了轴抱死检测判据，报出了轴抱死故障。