摘要：随着列车运行速度的不断提高，对制动性能提出了更高的要求，动车组制动控制装置（BCU）良好的通信质量是保证列车正常运行的 首要前提。列车制动箱安装在车内，采用铝合金箱体，以保证良好的接地功能和电磁兼容性能。本文针对动车组制动控制装置（BCU）生命 信号受到干扰的问题，通过动静态试验及电磁兼容分析，找出了问题原因，并提出了增加滤波器的解决方案。
关键词：动车组；制动装置；生命信号；电磁干扰；滤波器
1前言
目前，中国已经进入高速铁路的迅速发展时期。作为国家“863”科技项目的高速综合检测列车，担负着各条新线路的检测工作。近年来， 国内高速动车组得到了快速发展，制动技术吸收了国内外高速列车制动技术的先进经验，并进行了自主创新，技术水平得到了长足的进步， 完成了时速250公里速度级、时速350公里速度级以及更高速度试验列车制动系统的匹配和应用，为高速动车组提供了安全、可靠、舒适和节 能环保的制动系统。
2制动方式
动车组制动系统按照预设的减速度控制动车组减速或停车，按照制动方式一般分为粘着制动和非粘着制动。粘着制动即为依靠轮轨间的相互 摩擦作用产生列车所需的制动力，如通过制动缸产生的空气制动和由牵引电机产生的电制动；非粘着制动即为通过利用外阻力作用在列车上 ，使列车产生制动力而停车，如风阻制动、磁轨制动和涡流制动等。粘着制动为国内外高速动车组主要的制动力来源，非粘着制动一般作为 辅助制动方式，在高速工况下提供所需的制动力。本文以高速动车组常用的粘着制动为基础，对制动系统技术进行讨论。采用粘着制动方式 的制动系统一般由电制动系统和空气制动系统两大部分组成，制动时采用复合制动方式，即电制动并用电气指令式空气制动。列车制动时， 电制动优先，当电制动力不足时，由空气制动进行补足，有效降低了基础制动中制动盘和闸片的磨耗。
3存在问题及原因分析
3.1存在问题
在列车运行过程中，BCU会与CCU（中央控制系统）、TCU（牵引控制系统）通信中断，CCU自动切除牵引，导致列车速度无法提升；HMI（司 机显示器）报制动控制单元BCU-B02的生命信号错误。
3.2调查分析
正常情况下BCU1.1与BCU1.2互相发送生命信号，并接收对方信号，检测BCU状态是否正常。
在分别对01车和08车的BCU1.1和BCU1.2进行监测的过程中发现，01车BCU1.1发送给01车的BCU1.2信号传输正常；而08车BCU1.2接收08车的 BCU1.1生命信号受到07车、08车牵引系统的影响，出现跳变现象。
将01车和08车的BCU1.2更换，再次进行上述试验，检测结果未发生变化，排除08车BCU1.2模块故障对信号传输的影响。
对01车和08车BCU附近低频磁场分别进行检测，发现BCU附近地板处存在较大的低频/工频磁场干扰（最大处约为30μT），两车检测结果相同 ，但是仅08车信号受到干扰，因此磁场干扰不是导致08车BCU信号传输问题的直接原因。
4试验分析
4.1动态试验
在列车运行过程中，根据干扰原因用示波器对08车BCU1.2接收的来自BCU1.1的生命信号（EB01B板卡z20）及其参考电压信号（EB01B板卡B20 ）进行检测。因为生命信号z20为方波信号，由列车DC110V生成，其参考电压信号B20为直流负线（-55V），正常工作频率为200/400/600/ 800Hz。当以参考电压信号B20直流负线（-55V）与直流正线（＋55V）连接测试时，发现当列车施加牵引时BCU1.2接收生命信号出现干扰。
列车运行过程中将直流负线（-55V）与车体地线相连接共同作为生命信号的参考电压时，干扰消失。
因为生命信号的来源是直流DC110V斩波，采用直流负线（-55V）作为参考电压的目的就是正常情况下即使BCU生命信号受到干扰，干扰也会 被抵消，但却导致牵引时BCU1.2生命信号发生干扰；而将直流负线（-55V）与车体地线相连接共同作为生命信号的参考电压时，干扰消失。 因此可以推断出BCU1.2的直流负线（-55V）受到电磁干扰。
4.2静态试验
在列车静止情况下，08车BCU1.2接收BCU1.1生命信号（EB01B板卡z20）及其参考电压信号（EB01B板卡B20）。对列车施加8级制动，同时施 加10％牵引。静止状态下，示波器显示BCU1.1生命信号正常；BCU1.2生命信号与动态检测情况一致，都受到干扰。
干扰期间BCU1.2的生命信号频率一直波动变化，最大为5～6ｋHz。
试验结果表明，BCU1.2的生命信号直流负线（-55V）在动态和静态时都受到了电磁干扰。
5电磁兼容分析
干扰源发出电磁干扰能量，经过耦合途径将干扰能量传输到敏感设备，使敏感设备的工作受到干扰，这一作用过程称为电磁干扰效应。形成 电磁干扰必须具备3个条件：干扰源、干扰耦合途径、干扰敏感设备。
电磁干扰与耦合方式有关。在装置端口或敏感设备回路上的作用形式可以分为共模干扰、差模干扰2种。差模干扰是串联于信号源之中的干 扰；共模干扰是引起回路对地电位发生变化的干扰，即对地干扰。共模干扰可为直流，也可为交流，它是使装置不能正常工作的主要因素。 通常认为差模信号携带有用的数据及信息；共模信号不含任何有用的信息，是最主要的辐射源，对装置的EMC影响最大。共模电流的幅值一 般比差模电流小，但它却能产生非常高的辐射电场。
电源线是干扰传入设备和传出设备的主要途径，通过电源线，电网的干扰可以传入设备，干扰设备的正常工作；同样设备产生的干扰也可能 通过电源线传到电网上，干扰其他设备的正常工作。而EMI电源滤波器是抑制传导干扰的有效措施，在设备的电源进线处加入EMI滤波器是十 分必要的。
电源滤波器安插在电源线和设备之间，用来抑制射频信号传播，可以毫无衰减地把直流或者低频（50Hz/400Hz）电源功率传送到用电设备， 并能够显著地衰减经电源线传入的传导骚扰信号，防止其进入电源，危害其他设备。电源滤波器原理如图1所示。
图1电源滤波器原理图
图2增加滤波器后BCU原理图
6解决方案及效果
根据试验分析结果，BCU1.2生命信号直流负线（-55V）可能耦合入了来自车体地线的干扰，属于共模干扰。因此需要在BCU电源进入箱体前 增
加电源滤波器，改善电磁兼容性；滤波器外壳与车体连接，保证良好的接地性能。
增加滤波器后BCU原理图如图2所示。
图3增加滤波器后BCU1.2波形图
增加滤波器后BCU电源的波形如图3所示。
对增加滤波器后的BCU1.2进行检测发现，08车BCU1.2生命信号正常，未受到07车、08车牵引系统的影响。
7结束语
随着高速列车技术的发展，制动系统的总体发展趋势是以微机控制直通电空制动控制系统为基础，以安全、可靠、舒适和环保节能为目标， 通过不断改革和创新，最终向高度自动化、智能化方向发展。同时，大功率制动盘、优化的制动控制模式、高可靠性的制动系统、高性能的 防滑技术、非粘着制动模式的应用等都将是高速动车组制动系统的研究关键与探索方向。
参考文献
[1]王洁先.高速动车组制动系统技术.科教导刊(上旬刊),2014-07-.
[2]刘德强.高速动车组制动系统设计探讨[J].无线互联科技，2014(10)
[3]周俊超.高速动车组制动系统综合仿真平台设计方案[J].数字技术与应用，2015(01)
论文作者:祁冬文
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/9/12
标签：干扰论文; 信号论文; 车组论文; 滤波器论文; 生命论文; 列车论文; 制动系统论文; 《基层建设》2018年第20期论文;