某地铁车辆制动状态故障分析与改进措施

刘瑜 何小军 刘尧喜 亓保平

摘 要：采用EP2002制动系统的某地铁车辆在运行过程中，HMI多次报出制动状态故障，提示某节车制动状态不一致，经下载制动系统故障数据分析，制动系统并未报出故障。对TCMS系统数据分析后，发现该故障的根本原因在于制动状态故障的判断逻辑。本文通过对故障数据与制动状态故障判断逻辑进行深入分析，明确了制动状态故障的问题原因，并制定了改进措施，经过改进后，列车运用良好，未再报出该故障。

关键词：制动状态故障;架控;制动系统;EP2002

0 引言

某地铁项目车辆制动系统采用EP2002制动系统，该制动系统为架控式，即每个EP2002阀控制一个转向架的空气制动，由于其先进性与可靠性，目前在国内地铁项目中得到了广泛运用。本地铁项目车辆上线以来，多次报出制动状态故障，其中T555车报5车制动状态故障，T252车报2、3、6车制动状态故障。回段后，分析制动系统监控数据，制动系统制动状态正常，未报故障。对下载的TCMS系统数据进行分析，发现该问题是由于制动状态故障判断的逻辑导致的。

本文通过对制动状态故障判断逻辑深入分析，结合TCMS系统故障数据，研究该故障的根本原因，并制定有效改进措施。

1 制动状态故障判断逻辑分析

制动状态故障主要基于制动状态一致性判断，TCMS系统比较LCU从智能阀（网关阀）采集的硬线信号与BCU通过MVB网络发出的制动状态信号是否一致，当不一致時，报出制动状态故障。

1.1 制动状态信号来源

本地铁项目车辆制动系统采用EP2002制动系统。如图1原理图所示，每节车辆上的智能阀（网关阀）上PL2插头针脚的制动状态信号均通过硬线给 LCU 进行采集，该处信号为一个0.4 bar压力开关信号，每个智能阀（网关阀）制动状态判断逻辑是：制动缸压力大于 0.4 bar 时，判定该阀为制动状态;制动缸压力不大于 0.4 bar 时，判定该阀为缓解状态。LCU采集该信号后发送到TCMS系统。

另一方面，制动系统BCU对于制动状态（施加或者缓解）通过 EP2002 阀内置控制软件实时读取制动缸压力予以判断，并向 TCMS系统实时反馈。

1.2 制动状态故障判断逻辑

本项目中，TCMS系统将每节车的BCU反馈网络的制动状态信号与LCU采集的制动状态硬线信号作一致性判断，其判断逻辑如下：

①BCU 反馈转向架 1 或转向架 2 制动未施加，同时 LCU 反馈转向架 1空气制动或转向架 2空气制动未缓解;

②BCU 反馈转向架 1 且转向架 2 制动已施加，同时 LCU 反馈转向架 1空气制动且转向架 2空气制动已缓解。

上述情况下，持续时间超过 8 s报出制动状态故障。

即对BCU 反馈转向架 1 和转向架 2的制动施加信号取“与”运算，对LCU 反馈转向架 1和转向架 2制动缓解信号取“与”运算，二者结果相等时，持续时间超过 8 s报出制动状态故障。其具体判断逻辑如表1所示，当每节车的BCU反馈网络信号与LCU采集硬线信号符合下述条件时，则判断制动状态故障。

该逻辑本意是比较LCU从智能阀（网关阀）采集的硬线信号与BCU通过MVB网络发出的制动状态信号是否一致，当不一致时，报出制动状态故障。但实际上从表1来看，当单节车架1与架2的制动信号不一致时，尽管此时BCU反馈网络的制动状态信号与LCU采集的制动状态硬线信号一致，超过 8 s也会报出制动状态故障。

例如，当单节车架1与架2制动状态不一致时，表中信号（BCU架1制动施加，BCU架2制动施加，LCU架1制动缓解，LCU架2制动缓解）为0 1 1 0 或者1 0 0 1，超过8 s也会报出制动状态故障。此时，BCU反馈网络的制动状态信号与LCU采集的制动状态硬线信号实际上是一致的。

2 故障数据分析

T555车与T252车的制动系统数据无异常，因此，对T555车与T252车的TCMS故障数据进行分析。

2.1 T555车故障数据分析

查询TCMS系统数据，在10：57：54时，架1制动缸压力34 kPa，架2制动缸压力36 kPa，BCU判断架1制动未施加，架2制动已施加，LCU采集信号架1制动缓解，架2制动未缓解，反馈给TCMS系统信号（BCU架1制动施加，BCU架2制动施加，LCU架1制动缓解，LCU架2制动缓解）为（0 1 1 0），此时，BCU与LCU反馈信号一致，架1缓解，架2制动，此状态延续10 s至10：58：04。制动状态故障判断逻辑成立，因此报出制动状态故障。

2.2 T252车故障数据分析

查询TCMS系统数据，在05：45：31时，B1车架1制动缸压力37 kPa，B1车架2制动缸压力37 kPa，BCU判断B1车架1制动已施加，B1车架2制动未施加，LCU采集信号架1制动未缓解，架2制动缓解，反馈给网络系统信号（BCU架1制动施加，BCU架2制动施加，LCU架1制动缓解，LCU架2制动缓解）为（1 0 0 1），此时，BCU与LCU反馈信号一致，架1制动，架2缓解，此状态延续8 s至05：45：38。制动状态故障判断逻辑成立，因此报出2车制动状态故障。

在05：45：31时，C1车架1制动缸压力37 kPa，C1车架2制动缸压力35 kPa，反馈给网络系统信号为（0 1 1 0），此状态延续8 s至05：45：38。制动状态故障判断逻辑成立，因此报出3车制动状态故障。同理，C2车架1制动缸压力38 kPa，C2车架2制动缸压力34 kPa，反馈给网络系统信号为（1 0 0 1），报出6车制动状态故障。

3 原因分析与改进措施

3.1 原因分析

原因主要有以下2点：

①BCU 对于制动状态（施加或者缓解）通过 EP2002 阀内置控制软件实时读取制动缸压力予以判断，并向 TCMS 实时反馈。LCU 读取信号源为 EP2002 阀 PL2 插头针脚 压力开关信号。LCU所使用开关信号触发值均参考如下名义值：

- 制动压力下降沿（缓解方向） 动作值： 0.25 bar;

- 制动压力上升沿（施加方向） 动作值： 0.4 bar;

在不同的制动进程里，同样的BCP压力在临界区间，可能会对应着不同的制动状态信号。

上述报出故障的车辆BCP压力记录值在0.34 bar～0.38 bar上下，该压力处于制动施加/缓解状态判断临界点附近，EP2002阀随机报告制动缓解或者制动施加属正常现象。

②对于制动状态一致性的判断，在以往的车控式制动系统中，是从每节车的信号一致性进行判断，因为车控式制动系统的特点，整车制动状态是一致的，所以该控制逻辑在运用过程中未出现过问题。而在本项目中，由于使用了架控式的EP2002制动系统，再沿用以前的控制逻辑，从每节车的信号一致性进行比较，就会导致在架1与架2制动状态不一致时，会报出制动状态故障。而在架控式制动系统中，各转向架制动状态都是独立控制的，不同转向架的制动状态存在短暂的不一致是正常现象。

3.2 改进措施

对每节车的信号一致性进行判断，会导致在架1与架2制动状态不一致时，也会报制动状态故障。因此将每节车的信号一致性判断改成每一转向架的信号一致性判断。

另外，制动工況时没有判断制动状态的需求，信号一致性主要用于制动未缓解的识别，避免发生制动未缓解，带闸行驶影响行车安全。因此在制动工况不需要进行信号一致性判断，可以改为在非制动工况下进行信号一致性判断。

综上，针对制动状态的一致性判断逻辑改成如下：当列车在非制动的工况下，如果检测到该架的硬线制动状态输出信号和BCU软件制动状态输出不一致超过8 s则判断制动状态故障。本项目在制动状态故障判断逻辑更改后，安全运行至今未发生一起制动状态故障。

4 结论

本文对本项目制动状态故障的判断逻辑进行了深入分析，找出了该项目频繁报出制动状态故障现象的根本原因，并作出了相应的改进措施，经改进后，运用良好，未再出现该故障现象。

参考文献：

[1]何晔，罗庆.广州地铁5号线车辆EP2002制动系统故障分析及改进[J].机车电传动，2011（4）：50-51.

[2]马喜成，龙倩倩.地铁车辆用EP2002制动控制系统[J].机车电传动，2007（4）：38-42+61.