地铁车辆两种典型制动方式的对比分析

1、地铁车辆两种典型制动方式的对比分析摘要：随着近年来的技术进步，轨道交通车辆在提高 电气制动和空气制动的协调性，提高冗余度，最大限度地致 力于黏着、小型化、轻量化、模块化制动系统的开发方面发 挥了重要作用。文章分别对NABTESCO公司的HRDA制动系统、KNORR公司的EP2002制动系统的车控和架控两种制动 形式进行了梳理，介绍了两种制动控制方式原理、制动布置 方式以及制动控制装置的差别。关键词：地铁车辆；架控；车控；控制原理；制动布置 文献标识码：A中图分类号：U270文章编号：1009-2374（ 2016）18-0102-02 DOI： 10.13535/ki.11 -4406/n.2

2、016.18.0501概述近年来，随着技术的不断进步，轨道交通车辆在提高电 气制动和空气制动的协调性，提高冗余度，最大限度地致力 于黏着、小型化、轻量化、模块化制动系统的开发方面发挥 了重要作用。对于地铁车辆来说，制动的形式也逐渐成形， 主要是分为了车控和架控两种控制形式，各地铁车辆公司根 据自身轨道交通环境的状况选择所需的制动形式。2制动系统及制动形式目前国内城市轨道车辆主要使用的系统有NABTESCO司HRDA型系统、KNORR公司 EP2002型系统。两种系统均为直通式电空制动系统，该类型系统具有响应时间短，制动 力施加准确，容易控制，结构简单，容易和牵引、列车监控 系统（TCMS）及列

3、车自动控制系统（ATC配合等特点。由 于目前各制动系统供应商均能提供架控制动控制单元及车 控制动控制单元，因此，目前地铁车辆按照这两种控制方式 建立制动系统平台，一套为架控制动系统平台，另一套为车 控制动系统平台，以满足不同用户的需求。2.1车控制动系统车控制动系统主要包括如下系统：供风系统、车控制动控制单元、辅助控制模块、防滑控制装置、基础制动装置、 回送系统。车控制动模式下每辆车设有一套制动控制装置， 以每辆车为单位控制制动系统。以日本NABTESCO-HRD型电空制动系统为例。HRDA型电空气制动装置是反应迅速、性能良好的电气指令制动系统，并可和列车自动保护系统（ATP）配合，是充分考虑

4、安全性而设计的系统。该型制动系统主要包含两个 部分：微机控制部分和空气制动部分。两个部分装于一个制 动控制箱内。两个部分共同实现车辆的制动控制。制动指令由司机室 制动手柄发出，该指令由司机将制动手柄置于不同的位置产 生，该位置的电信号由制动手柄模块中的编码器转化为PWM信号，通过列车控制线传输给该系统的微机控制部分。根据制动指令，由控制装置中的微机进行电空混合制动的计算， 最终确定空气制动和电制动的分配比例。并据此向牵引系统 及制动系统中的EP阀发出指令，由牵引系统施加电制动， 由EP阀实现空气制动。制动过程中最主要的制动功能为常 用制动及紧急制动。2.1.1常用制动。常用制动指令是由制动控制

5、器，通过3根列车贯通线（2进制码）送给制动控制装置。手动常用制 动分为7级。M车的制动电子控制单元，检测本车及T车的空气弹簧压力（T车的空气弹簧压力是通过 T车的制动电子 控制单元检测），控制M-T单元的制动力。这个控制不仅是 进行本车的电空协调配合，由再生制动优先方式，对T车优先使用空气制动补足，采用 T车优先延时投入。另外，制动 电子控制单元为改善常用制动时的舒适性，减少制动力的变 化率而减少冲动。常用制动工作原理如图1所示：2.1.2紧急制动。紧急制动是列车在紧急情况下才会施 加的制动。因此其安全性及可靠性必须被充分考虑。在HRDA型制动系统中设置有贯穿全列的紧急制动线。处于故障导向 安

6、全的原则，该制动线采用失电制动。即当改线处于断电状 态时，制动控制装置会将该失电状态转化为紧急制动指令信 号，控制EP阀施加紧急制动。紧急制动指令的触发因素有 很多种，例如ATP指令、司机制动阀指令、紧急制动按钮， 而且在列车断钩及有较大漏风处使得总风压力显著降低时。列车往复线（EB1线、EB2线）组成力列车的紧急制动环路。紧急制动工作原理如图 2所示：2.2架控系统架控制动系统主要包含如下系统：供风系统、架控制动 控制单元（2套/车）、辅助控制模块、防滑控制装置、基础 制动装置、回送系统。每辆车设有两套制动控制单元，独立控制每个转向架。其具有如下优点：（1）可以测量每个转向架上空气弹簧的准

7、确压力，通过电子部件对空气弹簧压力加以平均；（2）可以以转向架为单位，根据车辆载荷更好地调整制动力；（3）缩短了制动单元到制动缸管路之间的长度，降低了制动响应时 间；（4）每个制动单元用独立的总线连接，如果一个转向架 出现故障，损失的制动力可以由制动单元内其他转向架补 偿，使损失的制动力达到最小；（5）没有独立的防滑阀排风阀，集成于制动系统中；（6）快速、独立的连接，可以共享 关键的事件信息。架控制动系统以 KNORR公司的EP2002制动系统为例。 EP2002电空制动控制阀是高度集成的控制单元，其中包括了制动控制、防滑、空重车调整等诸多功能。该控制阀有多种 型号，在地铁车辆中使用的主要为网

8、关阀和智能阀。网关阀 主要用于制动网络控制和本车制动控制，智能阀用于本车制 动控制。一般头车上安装网关阀，中间车安装智能阀。EP2002将防滑功能集成在其内，不需要单独的防滑排风阀。该阀体 由数百个零件组成，因此维修时需彻底分解，对维修条件有 很高的要求。EP2002阀采用车辆多功能数据总线和硬线控制相结合 的控制方式，一般制动数据通过数据总线在车辆之间进行传 输。当数据总线出现问题时由硬线来实现基本的制动控制。 制动控制原理如图3所示：每个架控制动装置接收制动指令，根据不同级别的制动 指令判断并计算各转向架所需的制动力，实现车辆的常用制 动及紧急制动。PWM2.2.1常用制动控制。系统将从列

9、车总线收到制动指令 PWM信号，并由列车硬线线路进行备份。只有当两条列车 总线完全失效时，才会使用另一条列车硬线线路发出的 列车线路信号。计算出的制动指令会被译码成压力指令，然 后确定和实际达到的电制动力相混合所需的减压量，再经由 制动总线分配到制动总线上的其他阀。常用制动空气流程图 如图4所示：2.2.2紧急制动控制。紧急制动系统完全是遵循以“故 障导向安全”为原则进行设计的，采用纯空气制动。在设计 上是完全独立于列车的常用制动系统之外的独立系统。这样 就可以保证即使在常用制动系统发生故障时，不会影响到紧 急制动的实施。紧急制动列车线为贯串于全列车的列车环 路，列车紧急制动指令线从头车开始直

10、至尾车，再由尾车回 到头车，利用双线双断的安全原则保证紧急制动指令的准确 实施。紧急制动指令线采用失电紧急，得电缓解的形式，以 确保在列车中的任何一辆车的紧急制动线断路时，都能保证 紧急制动指令线失电，列车实施紧急制动。EP2002阀接收到紧急制动指令时，会施加一个经过载荷 补偿的紧急制动力。紧急制动空气流程图见图5，图中虚线部分为出现滑行的紧急制动空气流程图。3结语今后，地铁制动系统在系统的整体设计上以及制动形式 设计上将还是围绕这两种制动形式进行，制动系统的稳定 性、无故障、易维修等还将作为主要的课题。因此，应和综 合制动系统厂家密切合作，自主而积极地进行设计研发工 作。参考文献1 匡如华.EP2002制动系统及其在城轨车上的使用J.机车电传动，2009，（ 5）.2 吴新宇.克诺尔模拟式地铁制动系统概述J铁道车辆，2000，