摘要：本文对地铁车辆的电空混合制动的控制方案进行了概述，针对东莞2号线地铁车辆在电空混合制动过程中发现的问题进行了现场试验，并对电空混合制动参数进行改进，有效地解决制动力初始上升阶段多余空气制动投入问题，使得列车电空混合制动更平顺。在停车电制动转空气制动阶段，进一步提高ATO模式下的停车精度，使电空混合制动过程中的速度变化曲线趋于完美的理论曲线。
关键词：地铁；车辆；电空混合制动
引言：地铁车辆一般采用电空混合制动方式，以常用制动为例，当列车控制系统（TCMS）发出制动指令后，首先采用的是再生制动，将再生制动产生的电能反馈给接触网；当列车的速度下降到一个较低的水平或当接触网的电压值达到限值的时候，开始采用电阻制动；当列车的速度继续下降到一定速度时，电制动力开始退出，空气制动逐步代替电制动。电制动与气制动之间的精确配合，可以避免车辆制动过程中发生冲动，提高乘客的乘坐舒适度；电制动与气制动之间的实时配合，可以充分发挥电制动力，减少闸片磨耗；电制动与气制动之间的协调配合，还可以防止轮对发生擦伤，保证车辆运营安全。
一、电空混合制动的控制
1. 混合制动的控制原则
制动力分配策略是按“列车级”进行制动力分配的。在制动过程中优先采用电制动，空气制动适时补充的混合制动方式。电空混合制动仅在网络正常情况下有用，在发生网络故障后，列车采用紧急牵引模式，制动力为纯空气制动。
2. 电空混合制动控制方案
在ATO模式下，ATO输出2路0-20mA的模拟量（参考值）及制动指令给VCU，VCU将参考值及制动指令通过MVB送给GV阀，GV阀将根据整列车载荷信号计算整车总制动力。同时GV阀将整列车制动力通过MVB发送给DCU，DCU将整车制动力分配到每个电制动OK（电制动OK信号由DCU通过MVB给TCMS）的动车上，电制动OK的动车将以该值为目标值施加相应电制动力。
DCU将实际完成的电制动力值及电制动状态通过MVB反馈给制动系统的GV阀。GV阀将总制动力扣除完成的电制动力值后将需要补偿的空气制动值平均分配到每个转向架上，待动车转向架达到粘着极限后，将剩余空气制动力平均分配到每个拖车转向架。在人工驾驶模式下（紧急牵引除外）的电空混合控制与ATO模式相同，只是参考值由司控器手柄给出。
3. 电空混合过程描述
在制动过程中，电空混合功能正常时，当速度降到7km/h，VCU 将发送电制动淡出信号给制动控制单元，400ms 后，制动控制单元开始建立制动力，此时电制动开始淡出（淡出点速度低于6km/h），空气制动力开始上升，在这过程中，电制动淡出速率与空气制动上升速率相同（速率为0.75m/s3），直到电制动完全淡出。整个电空混合过程持续时间小于1.1s，并受冲击极限限制（最大不超过0.75m/s3）。
二、电空混合制动阶段存在的问题
1. 电空混合制动曲线扰动问题
列车制动控制存在电制动优先、减速度冲击限制等需求，使得电空混合制动阶段制动力初始上升阶段、制动级位指令变化阶段、停车电制动转空气制动阶段需要电传动控制单元（DCU）、空气制动控制单元（BCU）与网络控制模块（VCU）之间有紧密的数据交换和控制配合。实际上，电制动力的退出与空气制动的补偿是有一个过程的，在实际应用中，由于系统响应时间、机械动作等原因，造成列车制动过程中的速度变化曲线将不可能达到完美的理论曲线，电空转换阶段的制动曲线出现略不平滑的情况。
在跟踪东莞2号线车辆的调试中发现，在实际的电空混合制动中，电制动下降、空气制动施加阶段，列车制动减速度在瞬间会有明显的增大，使得电空混合的过渡不平滑。减速度有一个短时的明显增大，列车将快速减速，其停车距离就会比预定的短，造成列车提前停车。
三、混合制动的改进与分析
制动系统设计上追求的就是尽量使实际的列车速度变化曲线趋近于理论曲线，车辆低速时电制动退出与气制动补偿是造成电空混合制动阶段扰动的主要因素，通过现场试验，改进制动的相关参数。
1. 试验方法
（1）让电制动单独淡出，观察电制动单独退出时减速度的表现；
（2）分别施加100%，80%，60%，40% 恒定制动参考值，观察电空混合时的减速度扰动；
（3）分别施加40%，50%，60% 恒定制动参考值，且向电制动和气制动分别发不同的恒定参考值时，观察电空混合到零时的减速度扰动；
（4）ATO模式下进行两个站的进站对标试验。
2. 试验结果
（1）电制动单独淡出
当施加恒100%制动且电制动力（红色）单独淡出时，列车减速度曲线（绿色）线性上升至零。
图4 电制动在气制动开始前淡出-气制动淡入部分
（2）恒参考值实验
当参考值为恒定100%时，电制动淡出信号激活时至电制动力为零时（速度为7.87km/h）的波动方向为减速度由1.03m/s2增加到1.07 m/s2，波动率为3.8%，电制动淡出信号激活时至速度为1km/h时（电空混合结束时）的波动方向为减速度由1.03m/s2增加到1.2387 m/s2，波动率为20.24%。
当参考值为恒定80%时，电制动淡出信号激活时至电空混合结束时的波动方向为减速度由0.757m/s2增加到0.806 m/s2，波动率为6.6% ，电制动淡出信号激活时至速度为1km/h时（电空混合结束时）的波动方向为减速度由0.757m/s2增加到0.9658 m/s2，波动率为27.4%。
当参考值为恒定60%时，电制动淡出信号激活时至电空混合结束时的波动方向为减速度由0.555m/s2增加到0.567 m/s2，波动率为2.3% ，电制动淡出信号激活时至速度为1km/h时（电空混合结束时）的波动方向为减速度由0.5557m/s2增加到0.7366 m/s2，波动率为24%。
当参考值为恒定40%时，电制动淡出信号激活时至电制动力为零时（速度为13.16km/h）的波动方向为减速度由0.34m/s2减少到0.314 m/s2，波动率为8.4% ，电制动淡出信号激活时至速度为1km/h时（电空混合结束时）的波动方向为减速度由0.341m/s2增加到0.468 m/s2，波动率为37%。
（3）电制动和气制动在不同恒参考值时的电空混合全过程
当参考值为恒定50%且40%参考值发给气制动EP时，电制动淡出信号激活时至速度为1km/h时的波动方向为减速度由0.4455m/s2增加到0.4533 m/s2，波动率为1.75%。
当参考值为恒定40%且32%参考值发给EP时，电制动淡出信号激活时至速度为1km/h时的波动方向为减速度由0.3844m/s2增加到0.4065 m/s2，波动率为5.74%。
当参考值为恒定60%且48%参考值发给EP时，电制动淡出信号激活时至速度为1km/h时的波动方向为减速度由0.569m/s2减少到0.507 m/s2，波动率为10.5%。
（4）对标试验
电空混合开始前速度为8.25km/h时，ATC的制动参考值为66.7%，速度为0km/h时，参考值为11.4%。期间减速度曲线基本跟随，只是很短时间内由于电制动和气制动的制动力不同导致短时波动。
结语
经过本文所述的改进电空混合制动参数后，电制动淡出信号时间差由400ms调至350ms，试验结果显示，在40%~60%的制动级位范围内制动曲线波动调整至极小范围（5%以内）。有效地解决制动力初始上升阶段多余空气制动投入问题，使得列车制动控制更平顺，从而提高了乘客的乘坐舒适度；在停车电制动转空气制动阶段，为提高精准停车精度提供了很好的解决基础。
参考文献
[1]朱琴跃, 包世炯, 谭喜堂,等. 动车组电空制动协调控制优化研究[J]. 2013.
[2]陈哲明, 曾京, 罗仁,等. 高速列车电空联合制动控制研究[J]. 2010.
论文作者:颜欢
论文发表刊物:《电力设备》2017年第10期
论文发表时间:2017/7/31
标签：参考值论文; 速度论文; 列车论文; 信号论文; 空气论文; 时至论文; 率为论文; 《电力设备》2017年第10期论文;