EP制动系统的控制过程和作用原理EP

5.2EP2002制动系统的控制过程和作用原理EP2002制动系统网络结构网关阀、智能阀、RIO阀三个核心产品，可以通过多种方法安装在一起以满足系统可用性要求和成本要求。但不管系统有何要求，在构建EP2002网络结构时都必须遵从下列规定。CAN网络中必须至少有一个EP2002网关阀来执行制动管理功能（主网关阀）。主网关阀将制动信息发送至一个CAN总线段中的EP2002智能阀，或从智能阀处获取制动信息。CAN总线段的长度可为2至10个转向架之间的任意值（1至5节车厢）。诸如紧急制动线和远程缓解功能一类的硬连线安全输入分别进入各网关阀、RIO阀和智能阀。在对智能阀要求更多I/O时则使用RIO阀。目前，应用较多的有以下两种网络结构。（一）半列车CAN总线网络结构如图5-20是EP2002制动系统半列车CAN总线示意图，半列车CAN总线结构是将半列车所有的EP2002阀用CAN总线相连，并由B车和C车上的两个网关阀通过MVB总线或其他总线与列车控制系统进行通信，其网络结构如图5-21所示。其中一个网关阀被定义为主网关阀，另一个网关阀被定义为从网关阀。当主网关导阀出现故障时，从网关阀会自动接管主网关阀的工作，保证系统的冗余性。如果MVB总线出现故障，网关阀则按默认状态工作。此外，CAN总线由两对双绞线组成，具有较好的冗余性。（一）半列车CAN总线网络结构图5-20典型的EP2002制动系统半列车CAN总线示意图（一）半列车CAN总线网络结构图5-21半列车CAN总线网络结构图在B车和C车上各设一个RIO阀的目的是：RIO阀可通过硬连线与其控制的转向架上的牵引控制单元进行通信，使电制动和空气制动协调工作。这种方法也不是唯一的，RIO阀与本转向架牵引控制单元的通信工作也可以用网关阀与MVB总线或其他总线之间的通信代替，这样B车和C车上的RIO阀就可以用智能阀来代替。半列车CAN总线网络结构（二）单节车CAN总线网络结构单节车CAN总线网络结构是将每节车上的两个EP2002阀用CAN总线相连，并由每节车上的网关阀通过MVB总线或其他总线与列车控制系统进行通信，单节车CAN总线示意图如图5-22所示。其网络结构如图5-23所示。如果MVB总线出现故障，网关阀则按默认状态工作。图5-22单节车CAN总线示意图（二）单节车CAN总线网络结构图5-23单节车CAN总线网络结构图（二）单节车CAN总线网络结构从可靠性角度分析，半列车CAN总线网络结构中的从网关阀作为主网关阀的备份，具有较好的冗余性，如果CAN总线在A车和B车之间断开，将导致A车的空气制动失效。而如果单节车CAN总线网络结构中某节车的网关阀出现故障，则该节车的空气制动失效；如果某节车上的CAN总线断开，则一个转向架上的空气制动失效。由此可见，半列车CAN总线网络结构的可靠性略高于单节车CAN总线网络结构。从经济角度分析，半列车CAN总线网络结构比单节车CAN总线网络结构少一个网关阀，多一个RIO阀或智能阀。单从EP2002阀的总价来看，单节车CAN总线网络结构比半列车CAN总线网络结构要高，但是考虑到半列车CAN总线网络结构所使用的总线更长，因此两者的成本基本相同。（三）按网关阀的个数进行分有以下三种网络结构图5-24单个网关阀网络结构1.单个网关阀网络结构，如图5-24所示。（三）按网关阀的个数进行分有以下三种网络结构2.双网关阀网络结构，如图5-25所示。图5-25双网关阀网络结构（三）按网关阀的个数进行分有以下三种网络结构3.多个网关阀网络结构，如图5-26所示。图5-26多个网关阀网络结构EP2002制动系统的制动管理及工作逻辑EP2002制动系统如果采用单节车CAN总线网络结构，一般由列车的主车辆控制单元（VCU）来管理制动。除了紧急制动，主VCU会控制列车电制动与空气制动之间的制动力分配。制动力指令由列车总线发给VCU和网关阀，主VCU连续循环计算列车所需制动力的大小，还要加减车辆的负载来最终确定总制动力。主VCU根据网压、电-气制动分配特性将总制动力分配给电制动控制单元和空气制动控制单元。同时，主VCU和网关阀之间还要通过列车总线和CAN总线进行一系列实际制动施加值的数据交换，使列车具有负载补偿功能和万一制动系统发生故障后的制动力合理分配，如图5-27所示。如果EP2002制动系统选用半列车CAN总线网络结构，也由列车的主VCU来管理制动。可以选择两个半列车CAN总线网络中的任何一个主网关阀作为整个列车的主网关阀，而另一个半列车CAN总线网络中的主网关阀作为备份。（四）EP2002制动系统的制动管理及工作逻辑图5-27列车制动控制系统工作逻辑图5.2EP2002制动系统的控制过程和作用原理EP2002型制动系统的控制过程和作用原理（一）常用制动在常用制动模式下，电制动和空气制动一般都处于激活状态，以便电制动和空气制动之间的及时转换，优先采用电制动。常用制动具有冲击极限限制和防滑的功能。每个EP2002阀测量本转向架的负载，并通过本车制动控制板转输数据到 CAN总线。CAN总线内的主网关阀通过MVB总线或其他总线与列车控制系统进行通信，根据列车控制数据和转向架负载为本车的每个转向架产生单独的、与负载信号相关的空气制动指令，再通过CAN总线将指令发给各个EP2002阀。上述过程考虑到了每个转向架的黏着限制情况，每个局部制动控制板通过气动阀和气动阀单元内的传感器反馈信号提供闭环空气制动控制。EP2002型制动系统的控制过程和作用原理快速制动当司机手柄处于快速制动挡时，快速制动被触发。快速制动与紧急制动的制动力相同，但是快速制动是可逆的（可撤销）。快速制动也是优先使用电制动，当电制动故障或不足时，由空气制动来补充。快速制动有防滑保护和冲动限制，其工作原理与常用制动时相同。紧急制动紧急制动是通过列车安全回路来控制的。紧急按钮被按下、列车超速、警惕按钮松开、车钩断钩和ATP系统的报警触发信号等都会触发列车紧急制动信号。紧急制动信号一经触发，列车安全回路中断，触发信号传输给列车控制单元和牵引控制单元。牵引控制单元中断牵引系统工作。紧急制动全部由空气制动承担，而且制动命令是不可自动恢复的，紧急制动有防滑保护，但不受冲动极限限制。EP2002型制动系统的控制过程和作用原理停放制动停放制动采用带弹簧制动器的单元制动机，利用释放弹簧储存的的弹性势能来推动弹簧制动缸活塞，带动两级杠杆使闸瓦制动的。停放制动的缓解则需要向弹簧制动缸充气，通过活塞移动使弹簧压缩，从而使制动缓解。这种单元制动机还具有手动缓解停放制动的功能。EP2002阀将实时监控停放制动缸的空气压力。EP2002型制动系统的控制过程和作用原理保压制动激活保压制动的条件当地铁列车施加制动后，速度传感器检测到列车速度约为0.5Km/h时（该速度值可加以调整），由EP2002阀激活保压制动，以防止列车溜车。保压制动可使AW3（9人/m2）载荷的列车停放在最大坡度线上而不产生溜滑。缓解保压制动的条件缓解保压制动的条件有以下几项：司机将主控制器手柄放在牵引位上，每个牵引系统将牵引力的实际值发送给列车主VCU。主VCU计算列车牵引力实际值的总和。牵引力实际值的总和足以启动列车（不会引起列车后溜）。主VCU向EP2002阀发出缓解保压制动信号。空气制动状态信号将反馈给VCU，VCU通过该信号确认制动是否缓解，如果空气制动在某一时间内没有缓解，则主VCU向各牵引系统发出中断牵引指令，并再次施加保压制动。EP2002型制动系统的控制过程和作用原理防滑保护功能轮对防滑保护系统采用轴控防滑方式，包括防滑阀、测速齿轮、速度传感器和防滑电子控制单元，防滑电子控制单元和防滑阀都集成在EP2002阀内。系统通过控制制动力来检测和校正车轮滑行。安装于每根轴上的速度传感器用来监控轴速，这个信息共享于CAN区域内的EP2002阀。如果EP2002阀检测到滑行，它将通过控制制动缸压力来校正该轴上的车轮滑行，当列车制动并且检测到滑行存在时，车轮防滑保护控制能独立控制每根轴制动力。以下两种检测车轮滑行的方法可用于确定低黏着情况的存在：单一车轴的减速过量。车轴与车轴最高转速之间出现的速度差异。单击此处添加大标题内容EP2002型制动系统的控制过程和作用原理当由上述任意一条件检测到车轮滑行，则对应该转向架的EP2002阀将快速连通该轴制动缸与大气之间的通路，通过减小制动缸的压力来消除滑行现象；同时，控制系统将定期执行地面速度检测，以便更新计算真实的列车速度。轮对防滑保护系统能根据轨道条件精确地控制滑行深度，这将改进后面车轮的黏着条件，在低黏着情况下使用最大制动力，同时确保没有车轮擦伤。当车轮防滑保护装置计算确定的黏着条件回到正常状态，系统将返回到最初的状态，地面速度检测将结束。为了确保制动在延长期内不出现缓解，硬件监视器定时器电路会在持续保持超过8s和持续排气超过4s内监测阀门的状态。每个车轴的减速检测是独立于其它车轴的，而且车轴之间补偿也不会影响精确性，但该软件会使用从维护连接处输入的实际车轮尺寸信息来对每个车轴进行准确的减速检测。此外，EP2002制动系统还具有空气制动和停放制动状态检测功能、制动风缸压力过低检测功能、自测功能和故障记录功能等。EP2002型制动系统的控制过程和作用原理低压力制动储风缸（可选）EP2002阀可以防止车轮防滑保护的动作将供风压力消耗到低于支持启用紧急制动的水平。每个EP2002阀都监控着供风压力，如果压力降至极限值以下，则EP2002进气阀和排气阀的车轮防滑保护控制都会由阀门控制器硬件进行本地隔离，并且EP2002阀的一个无电压输出口也会改变状态。EP2002进气阀和排气阀的常用制动控制功能仍然保持激活状态。制动指示当压力大于0.4bar时，无电压继电器输出进行指示。制动指示独立于EP2002微控制器。位置编码装置带有一个位置编码插头输入，如图5-28所示。装在阀门安装集合管上的插头用来依据列车位置调整紧急制动压力控制（ASP与VLCP的关系）。编码也可以用于CAN总线网络配置。位置编码可以使相同的EP2002硬件安装在车组内的多个位置上。二.EP2002型制动系统的控制过程和作用原理图5-28编码插头EP2002制动系统的控制过程和作用原理三.EP2002阀的故障管理紧急制动故障如果出现紧急制动回路故障，EP2002阀会提供一定的机械保护。紧急控制阀采用机械方式放置制动缸输出压力超过或低于设定值。在出现紧急制动控制故障时，会发出一个“降级”故障指示。当出现供电故障时，加权载荷压力保持在最后的载荷水平上。速度探测装置故障当一个速度传感器出现故障时，受到影响的阀会利用邻近车轴的速度传感器继续提供WSP控制。三.EP2002阀的故障管理空气簧压力故障常用制动时的故障一个转向架上空气簧传感器故障导致空气簧的读数被设定在超员的水平。这个数值与另一个转向架上的空气簧压力平均。这一平均压力值可以被用作常用制动载荷计算。如果一辆车的两个空气簧传感器都出现故障会给常用制动发出一个替代的平均“超员”空气压力值。空气簧的压力探测最低点设在最小1巴。在空气簧压力过低时，空气簧压力默认为超员。这一数值将与车上另一转向架的其它空气簧压力平均。这一平均数值用于常用制动载荷重量计算。两个转向架的空气簧都过低将导致常用制动默认的数值为超员。紧急制动时的故障空气簧的压力探测最低点设在最小1巴。在空气簧压力过低时，该类型车辆的紧急制动压力默认为超员状态时的水平。空簧传感器的故障会导致紧急制动时制动缸压力默认为超员状态下的压力水平。三.EP2002阀的故障管理如果在正常运行时出现单个制动总线故障，通过冗余总线，整个控制系统会得到保证。当两条总线都出现故障时，阀会缓解制动。这个故障模式将会被检测到并发送给TMS。如果故障排除，则常用制动控制可以恢复到正常。这个制动缓解操作可以