符合TSI标准的乘客紧急制动系统设计

张国庆，李明星，吉增建

(中车青岛四方机车车辆股份有限公司 技术中心，山东 青岛 266111)

制动系统是车辆安全运营的保障，设置乘客紧急制动系统主要为实现以下目的：

(1) 乘客将紧急情况通知司机；

(2) 车辆在站台外时，收到乘客紧急情况后，由司机决定车辆继续运行或停止在安全位置；

(3) 车辆在站台内或站台外但司机没有确认时自动停车。

据英国BBC报道，英国铁路运输集团(Rail Delivery Group)统计，2017—2019年，英国列车上配备的乘客通信和乘客紧急制动系统使用率逐年上升，其中仅在2019年前8个月使用次数已达8 561次，乘客紧急制动系统已成为欧洲轨道车辆至关重要的一部分。TSI 1302和EN 16334标准对乘客紧急制动系统(PAS)进行了详细的规定，主要从功能要求、司机乘客通信、制动请求管理、降级模式管理、乘客报警手柄等方面作了规定。

国内对乘客紧急制动系统的制动实现方式有不同的逻辑。CRH2、CRH6型动车组和部分城轨车辆在乘客紧急手柄或按钮触发后，司机会收到信息，由司机判断并决定是否施加制动；CR400AF型中国标准动车组乘客紧急手柄动作后会立即触发紧急制动EB，但司机可以通过操纵台上的乘客紧急制动复位开关对紧急制动EB进行旁路，继续行车至合适位置停车。

1 乘客紧急手柄要求

EN 16334:2014标准对乘客紧急手柄的功能要求、电气接口和安装等方面进行了详细的规定，根据该标准规定，对乘客紧急手柄进行以下设计[1]。

1.1 功能要求

手柄通过上下拉动操作，如图1所示，手柄从位置1到位置2，将激活乘客紧急制动系统，同时手柄位置被锁住，需用专用钥匙复位。

1.整备状态;2.动作状态。图1 乘客紧急手柄动作示意图

如果手柄离开位置1，但没有到达位置2，则返回位置1，乘客紧急制动系统状态未改变。

向下拉动手柄需要的垂直作用力为65～120 N，如果手柄外部有保护罩，则打破保护罩的作用力不超过60 N。

1.2 电气接口

乘客紧急手柄电触点配置如图2所示。手柄有2个速动开关，每个速动开关包含两对电触点，一对常闭触点，一对常开触点。整备状态时，速动开关触点1-1、1-2(2-1、2-2)闭合，触点3-1、3-2(4-1、4-2)断开；动作状态时，速动开关触点1-1、1-2(2-1、2-2)断开，触点3-1、3-2(4-1、4-2)闭合。

图2 乘客紧急手柄电触点配置图

将乘客紧急手柄的一对常闭触点串联于乘客紧急回路中，手柄动作后，将断开乘客紧急回路；一对常开触点用于诊断，诊断信息在司机室显示屏上进行显示，并触发声光报警信号。

1.3 乘客紧急手柄安装要求

除了卫生间和过道，每个隔间、每个入口门区至少有一套清晰可见的触发乘客制动的手柄，操作手柄间走动距离不超过12 m；在垂直方向上，手柄底面距地面高度介于1.5～2.05 m，手柄在至少6 m外清晰可见。手柄接触区域的外形尺寸如图3所示。

1.手柄自由区域；2.手柄外层(非强制)；3.手接触区域； 4.允许的边缘半径；5.地面。图3 乘客手柄和封闭空间总体尺寸图

2 乘客紧急制动总体要求

EN 16334:2014和UIC 541-6:2010标准对车辆离站标准、制动请求管理、降级模式等方面进行了详细的规定[2]。

2.1 车辆离站标准

可以通过车载离站检测系统判断车辆是否离站，采取以下方法进行确定：

(1) 车辆保持静止状态且车门释放，认为停在站台内；

(2) 当车门状态由释放变为关闭，且最后一辆车还未通过站台时，仍认为在站台内(正在离站)；

(3) 当满足以下任意一个条件时，认为列车在站台外：列车离开站台距离(100±30) m，列车启动后持续运行(16±2) s。

2.2 制动请求管理

(1) 如果车辆在站台内或正在离站，乘客紧急手柄动作后立即触发乘客紧急制动，制动力大小可为紧急制动力或最大常用制动力。这种情况下，只有车辆完全静止后才允许司机取消乘客紧急制动系统触发的制动行为。

(2) 如果车辆在站台外，乘客紧急手柄动作后，(10±1) s后自动触发至少2/3的最大常用制动力(允许施加最大常用制动力或紧急制动力)，但若在这段时间内司机收到报警信息并进行乘客紧急制动旁路，则取消施加制动力。这种情况下，允许司机在任何时候旁路乘客紧急制动系统触发的制动行为。

(3) 如果乘客紧急手柄动作后，司机通过制动控制器施加紧急制动进行确认，允许乘客紧急制动系统额外请求制动施加。

(4) 如果车辆停在站台内，乘客紧急手柄动作后，即使司机进行确认，乘客紧急系统仍可请求制动，同时乘客紧急制动系统应提示司机乘客紧急手柄已动作。

(5) 降级模式：对配置司机室的列车，在司机室应设置隔离开关，允许授权的工作人员隔离乘客紧急制动功能，司机应该被通知乘客紧急制动功能被隔离。

3 乘客紧急制动实现方案

从原理上划分，制动系统分为直通式制动系统和自动式制动系统。针对以上2种不同的制动原理，分别进行乘客紧急制动系统设计[3]。

3.1 直通式制动系统

3.1.1 气路控制原理

直通式制动系统的气路控制原理见图4，制动控制装置根据司机控制器或乘客紧急制动回路发送的制动指令将总风压力转换为制动缸压力，传递到基础制动装置施加制动力，TCMS与EBCU(制动控制单元)之间进行信息传输。

图4 直通式制动系统气路控制原理图

3.1.2 电气控制原理

乘客紧急制动系统电气控制原理如图5所示，以每辆车安装2套乘客紧急手柄(PEBS1和PEBS2)为例，如果任何一套乘客紧急手柄动作，乘客紧急手柄常闭触点将断开，导致乘客紧急回路1断开，PEBLR继电器失电，乘客紧急回路2中的EBLR继电器和EBLRTD延时继电器(延时闭合时间为10 s)失电。此时针对以下2种工况实施不同的制动逻辑：

图5 乘客紧急制动系统电气原理图

(1) 若检测到车辆在站台外，则广播控制器主机控制KA100继电器得电，乘客紧急回路3中的EBLRTD触点延时10 s后闭合，将制动指令传输到EBCU，EBCU控制施加乘客紧急制动，乘客紧急制动力可根据需要设置为最大常用制动力或紧急制动力。

若TCMS检测到手柄动作且司机按下操纵台上的PEBSRS(乘客紧急制动复位开关)，TCMS输出PEBRYR继电器得电，其常开触点闭合，乘客紧急回路2重新建立，EBLR继电器和EBLRTD延时继电器得电，乘客紧急制动不施加，司机选择合适位置停车处理，同时TCMS记录乘客紧急制动旁路开关操作。当乘客紧急手柄恢复后，PEBLR继电器得电，同时TCMS停止PEBRYR继电器输出，当手柄再次动作后，仍可触发乘客紧急制动。

若乘客紧急手柄动作后，司机未按下PEBSRS，(10±1) s后自动触发乘客紧急制动。但乘客紧急制动触发后，司机仍可进行旁路，缓解乘客紧急制动。

(2) 若检测到车辆在站台内或正在离站过程中，则广播控制器主机控制KA100继电器失电，乘客紧急手柄动作后，EBCU立即接收到制动指令，车辆立即触发制动，此时由于乘客紧急回路2中的KA100继电器触点保持断开，司机无法旁路乘客紧急制动，只能待车辆停止后通过恢复乘客紧急手柄进行乘客紧急制动缓解。

另外，车辆设置乘客紧急制动隔离开关(PEBLRS)，进行手动隔离乘客紧急制动功能，TCMS检测隔离开关状态，被隔离后通知司机。

3.2 自动式制动系统

3.2.1 气路控制原理

自动式制动系统通过相关装置调节列车管压力，分配阀随之根据列车管压力变化输出对应的制动缸压力。自动式制动系统气路控制原理见图6，以符合UIC标准的机车牵引客车为例，总风管压力为850～1 000 kPa，列车管定压为(500±10) kPa。乘客紧急制动控制气路主要由乘客紧急电磁阀(1)、减压阀(2)、截断塞门(3)、可调节缩堵(4)、总风截止电磁阀(5)、活塞阀(6)和自动制动阀(7)组成。当车辆制动完全缓解时，总风管依次通过总风截止电磁阀、活塞阀、自动制动阀给列车管充风至(500±10) kPa，制动时通过控制列车管减压量和减压速率，控制制动缸压力。

图6 自动式制动系统气路控制原理图

当车辆满足乘客紧急制动施加条件时，车辆PLC控制乘客紧急电磁阀失电，导通列车管通向大气的通路，同时控制总风截止电磁阀失电截断总风管给列车管充风的气路。通过减压阀和可调节缩堵分别控制列车管减压量和减压速率，各车的分配阀将列车管减压量转换为制动缸压力，从而控制各车施加制动力；当车辆满足乘客制动缓解条件时，控制乘客紧急电磁阀和总风截止电磁阀得电，列车管充气至定压，各车缓解制动。

通过计算和试验选择适当启、闭压力的减压阀和可调节缩堵尺寸，保证制动施加时列车管减压量和减压速率，产生满足需求的乘客紧急制动力。

当控制气路或电路发生故障导致乘客紧急电磁阀失电时，车辆也会误施加制动，可通过关闭截断塞门将乘客制动控制气路关闭，暂时隔离乘客紧急制动功能。

3.2.2 电气控制原理

自动式乘客紧急制动系统电气控制原理见图7，X项代表输入，Y项代表输出。正常状态下，PLC控制乘客紧急电磁阀和总风截止电磁阀得电，乘客紧急制动不施加。如果乘客紧急手柄动作，手柄常闭触点断开，将使乘客紧急回路断开，PEBLR继电器失电。此时针对以下2种工况实施不同的制动逻辑：

图7 自动式乘客紧急制动系统电气控制原理图

(1) 若PLC检测到车辆在站台外(KA100继电器得电)、乘客紧急手柄动作(PEBLR继电器失电)且司机在10 s内按下PEBSRS，则PLC控制乘客紧急电磁阀和总风截止电磁阀仍得电，乘客紧急制动未施加，由司机选择合适位置停车处理，同时PLC记录操作；若PLC检测到车辆在站台外、乘客紧急手柄动作且司机在10 s内未按下PEBSRS，在手柄动作10 s后，PLC停止输出乘客紧急电磁阀和总风截止电磁阀的供电，触发乘客紧急制动。但乘客紧急制动触发后，司机按下PEBSRS仍可进行乘客紧急制动旁路。

(2) 若PLC检测到车辆在站台内或正在离站过程中，手柄动作后立即停止输出乘客紧急电磁阀和总风截止电磁阀的供电，车辆立即触发乘客紧急制动至停车，司机无法进行旁路，只有停车并将手柄恢复后PLC才能恢复控制乘客紧急电磁阀和总风截止电磁阀得电，缓解乘客紧急制动。

另外，车辆设置PEBLRS进行手动隔离乘客紧急制动功能，PLC检测到隔离开关处于隔离位时通知司机，并控制乘客紧急电磁阀和总风截止电磁阀得电，乘客紧急制动不施加。

4 结论

本文设计的乘客紧急制动系统方案可满足TSI标准的相关要求，对进行车辆TSI认证有一定的参考价值。