关键词：动车组；制动系统；救援；回送
引言
制动系统是列车高速运行的安全保障，需要设计良好的控制策略来保证安全停车。目前动车组采用的是空电复合的直通式电空制动系统，通过列车网络来传递制动控制指令和制动设备的状态，实现制动系统和列车上其他系统之间的交互。目前制动系统的协调控制方面在现场应用时还存在一些问题，因此研究动车组电空混合制动控制算法具有重要的意义。以动车组整车制动系统为研究对象，利用Ｃｏｎｔｒｏｌ－Ｂｕｉｌｄ软件搭建整车制动力分配逻辑，对各种制动工况和制动方式下的车辆制动力动态分配进行分析。由列车制动管理器根据各单元制动力能力值和载重比进行单元制动力分配，再由分段制动管理器在单元内按照等磨耗原则分配各车制动力，对电制动故障、空气制动故障、滑行以及停车情况下各车的制动力分配进行仿真分析，仿真结果表明搭建的制动力分配逻辑能够有效的提高制动效率，确保列车能够安全运行。
1微机控制的直通式制动机
目前，动车组与城轨车辆使用的制动机采用电气指令微机控制的直通式电空制动机。与早期的直通式空气制动机不同的是空气压缩机安装在车辆上，制动控制器安装在带司机室的头车与尾车上，每个车辆上均安装有微机制动控制单元，该单元主要包括制动控制计算机BCU、电空转换EP阀（包括制动电磁阀、缓解电磁阀）、紧急电磁阀等。它具有单独的排气口，制动缸的压力不需再通过制动控制阀排气，可以避免制动与缓解前后不同步的问题。在制动、保压、缓解过程中，司机通过制动控制手柄发出电气制动指令，制动指令通过电缆线（光缆）传递到微机制动控制单元。微机制动控制单元进行制动力的计算与分配工作。同时，将总风管的压缩空气按照电气制动指令传递给制动缸。不同的制动作用，电气制动指令的大小不同，制动缸得到的压缩空气压力也就不同，制动力大小也就不同。因此，可以实现各种情况下的不同制动作用。
2国内外动车组制动系统及救援技术
2.1德国动车组制动系统及救援技术
德国在１９８５年就开始研制高速动车组，目前为止已研制出ＩＣＥ系列的多款车型。ＩＣＥ动车组从１９８５年的ＩＣＥ／Ｖ试验型动车组、１９９０年的ＩＣＥ１到１９９２年的ＩＣＥ２均为动力集中型的动车组，１９９７年的ＩＣＥ３为动力分散型动车组，２０１７年１２月正式运营的ＩＣＥ４是德国第一个采用直通电空技术的动力分散型动车组。ＩＣＥ系列动车组均采用自动式空气制动机用于救援。
2.2日本动车组制动系统及救援技术
日本自１９６４年新干线开通以来，共研制了０系、１００系、３００系、５００系、７００系，以及Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６系等多款高速动车组，均采用直通电空制动系统，均无自动式空气制动机。采用动车组或专用机车救援，可利用车前端连接器供电和传递制动指令。
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2.3分配阀单元原理
制动管的压力空气进入分配阀单元的1口，压力传感器及截断塞门的电接点将压力信号送给TCMS及控制电路，分配阀根据制动管压力变化控制输出压力，工作风缸中压缩空气经分配阀单元的2口输出。比例风缸容积1.3L，它可以模拟制动的容积。当制动管压力升高时，管内压力使分配阀动作，打开了CV口与大气的排气通道，CV口压力空气排大气，压力降低，使系统处于缓解状态。同时，制动管的压力向工作风缸充气。当制动管压力不再升高时，分配阀所有阀口关闭，CV口压力与大气不相通，CV压力保持不变，工作风缸也不再充气，系统处于保压状态。当制动管压力下降时，分配阀的阀口打开，工作风缸的压缩空气经阀口向C口充气，CV压力升高，使系统处于制动状态。
2.4车辆发生滑行时的制动力分配策略
车辆的制动控制单元ＢＣＵ和牵引控制单元ＴＣＵ都会对车辆的滑行情况进行检测，当ＢＣＵ检测到滑行时置位滑行信号ＥｐＳｌｉｄｅ，当ＴＣＵ检测到滑行时置位滑行信号ＥｄＳｌｉｄｅ。发生滑行时制动控制单元通过图４所示的逻辑对列车的制动力进行管理，防止列车滑行情况恶化。当ＳＢＭ检测某辆车的滑行信号置位时，将会把预设黏着系数降低，通过降低本车施加的制动力达到快速恢复黏着的目的。当ＥｄＳｌｉｄｅ置位时，在３ｓ内ＳＢＭ不对电制动力进行补充，等待ＴＣＵ对电制动力进行处理，３ｓ后若ＥｄＳｌｉｄｅ还是置位状态则置位该节动车电制动力切除信号。ＥｄＳｌｉｄｅ置位的同时ＥｐＳｌｉｄｅ也置位，持续时间超过１ｓ时置位该节动车电制动力切除信号。以上控制逻辑可以有效防止滑行信号误检测导致制动力分配频繁变化。
2.5国内动车组救援优化措施
目前国内各型动车组均采用微机控制的直通式电空制动系统，当动车组在救援过程中无电时空气制动不可用或系统功能降级，导致救援限速运行。为保证被救援动车组空气制动可用以提升救援效率，前提是ＢＰ救援转换装置和制动系统正常供电。1）优化动车组供电管理策略目前各型动车组供电管理策略差异较大，无法满足救援处置过程中的制动系统供电需求。新研制的动车组增加了蓄电池容量并完善了动车组蓄电池分级管理策略，以保证动车组被救援时空气制动可用为目标，合理设置最小负载并将救援用电设备连接动车组ＢＤ供电。2）优化动车组自发电负载管理动车组自发电功能主要在动车组回送、无高压供电等工况下，动车组被拖拽时为动车组交流辅助负载供电，并在辅助变流器和充电机工作后为动车组直流负载供电。新研制的动车组对与自发电相关的负载进行了单独分级管理，以保证被救援动车组自发电功能的可用性。3）优化动车组外部供电管理国内各型动车组外部供电的电压制式不统一，各型动车组外部供电的电压制式与机车供电的电压制式不统一，外部供电连接器形式及容量不统一，被救援动车组最小负载容量不统一，导致动车组之间相互救援时无法通过救援动车组向被救援动车组供电，动车组被机车救援时无法直接通过机车向被救援动车组供电。新研制动车组在外部供电情况下以保证动车组被救援时空气制动可用为目标，合理配置动车组负载容量，实现了动车组被救援时能够通过外部供电满足用电设备需求。
结语
针对现有制动系统中车辆制动力存在故障时各单元施加制动力差距较大问题，提出一种由列车制动管理器根据各单元制动力能力值和载重比进行单元制动力分配，再由分段制动管理器在单元内按照等磨耗原则分配各车制动力的整车制动力分配策略。考虑多种工况下对制动力的需求，基于ＣｏｎｔｒｏｌＢｕｉｌｄ软件搭建动车组整车制动力分配逻辑，结果表明该分配策略能够减少故障情况下各单元施加制动力的差距，并满足不同工况下列车安全平稳制动的要求。
参考文献
[1]中国铁路总公司.CRH系列动车组典型故障案例[M].北京：中国铁道出版社，2015.
[2]中国铁路总公司劳动和卫生部.CRH2C二阶段CRH380A(L)型动车组机械师[M].北京：中国铁道出版社，2015.
[3]中国铁路总公司劳动和卫生部.CRH3CCRH380B(L)CRH380CL型动车组机械师[M].北京：中国铁道出版社，2015.
论文作者:张瑞 王茂润 李桂琴,胡墨臣 李冰
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年4期
论文发表时间:2020/4/14
标签：车组论文; 制动系统论文; 单元论文; 分配阀论文; 压力论文; 通式论文; 分配论文; 《工程管理前沿》2020年4期论文;