〔关键词〕动车组；制动系统；故障诊断；安全措施
动车组是一种典型的现代火车，由至少一节带驱动力的动车与若干节不带牵引力的拖车组成。相较于传统的列车，动车组具有牵引力大、加速度快、运行平稳等诸多优势，且在运行过程中，不必频繁地更换火车机车。在现阶段的交通运输网络中，电力动车组已经广泛地运用于各类高速铁路、城市轨道交通之中。有观点认为，随着动车技术的发展以及机车制造质量的提升，动车组必将成为未来客运列车的主流。
1 动车组制动系统与故障诊断
在动车组设计任务中，制动系统的设计有着至关重要的作用，尤其是在列车运行速度快速提升的情形之下，其制动系统的负荷急剧增加，这一问题带来的直接后果，就是制动系统的复杂性增强。根据动车组的运行任务与实际运行条件，确定制动系统的具体要求，是保证制动系统合理设计的关键。以和谐号动车为例，为满足其实际需求，该动车的制动系统包含一个弹簧停放制动（由硬线电路控制）、一个电-空气混合制动（由微处理器控制）、一个紧急制动（由硬线电路控制）、一个紧急制动的备用制动（由制动管控制）。如何对多个制动进行有效控制，对整个制动系统进行可靠的诊断，确保其在危急状况下能够采取相应的措施，保证列车的安全，是故障诊断系统设计的重点内容。
根据诊断方案的设计现状，制动系统的诊断一般依赖于独立的系统，即专职于制动系统故障排查的诊断系统。从故障诊断的需求来看，该系统至少应当具备状态诊断、故障监测与诊断等基本功能。以状态诊断为例，将特定条件下引起的故障状态以代码的形式进行存储与上报，由诊断系统对故障类型进行判断，是一种可行的策略。在系统组成方面，整个诊断系统一般可分为板卡自检、BCU（制动控制单元）、板卡间CAN通讯诊断、MVB间通讯诊断、系统级诊断、子系统诊断以及器件诊断等部分。依据现有的设计策略，系统诊断结果一般存储于各车辆的制动控制单元，存储的内容主要为故障的代码、发生时间、消除时间以及历史发生次数等。此外，为了保证故障的及时处理，还应当根据故障的类型，决定上报的对象以及处理的优先级。在现有的分类标准中，制动系统的故障一般分为报给司机的、报给列车员的以及报给维修人员的三类。而优先级的确定，则需要根据该故障类型在发生时可能对列车工况、运营安全带来的实际影响来决定。
2 制动系统的安全措施
故障诊断系统的设计与完善，是保证制动系统安全、稳定运行的重要措施，而采取恰当的安全措施，对制动系统的动作进行检查，或为紧急状况下的停车动车提供保障，也关乎制动系统的正常运行。就现有制动系统的安全措施来看，大致有以下几类。
（1）紧急制动有效性的确认
根据相关管理条例，在列车出库运行前，司机必须对其进行制动试验，确保紧急状况下制动系统的紧急制动能够发挥其效果。试验过程中，一般将紧急制动的有效率作为有效性的衡量指标。根据定义，紧急制动有效率=（可有效紧急制动车辆数÷动车组总车辆数）×100%，而其数值的确定主要依赖于直接制动、间接制动以及紧急制动三项实验。
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（2）动态分配列车制动力
列车出库前进行的制动试验，能够对出库车辆的制动有效性起到一定的保障，但运行过程中，受到各类因素的影响，其制动有效率可能与出库前的试验数值有着一定的偏差，如何保证列车的有效制动，是运行安全保障的重要课题。针对这一问题，动车组的常用制动有效率核算给出了新的思路，即在运行阶段，由相应的诊断系统对各个车辆的制动情况进行实时监控，并根据监控数值，动态分配列车的制动力。以CRH3动车组为例，其制动模式为全列车空电复合。在一般情况下，为了充分发挥电制动的效果，列车优先选择电制动。若电制动不能满足实际制动任务的需求，或者电制动失效，就需要通过空气制动提供的补偿，实现有效制动。而在该列车的常用制动上，就采取了基于常用制动有效率的分配方法。
（3）列车安全性的高度冗余性
在动车组制动系统的安全保障体系中，为了保证整个动车组的安全运行，控制软件、制动系统、关键零部件以及重要子系统存在高度冗余的特性，即在保证自身的安全、稳定运行的情况下，又兼顾了其他组成部分运行的可靠性。从这一特征的直接影响来看，即便是在制动系统发生故障的情况下，也能够保证动车组具备安全制动停车以及顺利移动到下一站的能力。如在驾驶室的制动控制手柄出现了机械故障以后，可通过操作紧急制动按钮，实现动车组的紧急制动，继而保证列车的安全制动。又如在某列车局部制动控制功能出现失效问题后，可依赖其他列车的BCU提供的支持作用，保证动车组的有效制动。以10辆编组的动车为例，在最坏的情况下，整个动车组的制动力减低10%。常用制动下，电制动能力并未受到显著影响，通过对制动力的合理管理，尽可能补偿损失的10%，也能够将这种损失带来的影响降至最低水平；紧急制动下，也能够通过多种冗余的制动控制作用，保证列车的安全制动。
（4）设置列车安全回路
动车组的安全回路是保证其在紧急状况下安全停车的重要安全措施。就设计理念而言，安全回路提供的监测功能与动车组的控制系统互补干扰，互为补充，在紧急状况下，安全回路的有效动作，能够触发紧急排风阀，保证其安全制动。在构成方面，安全回路主要包含回路线与控制线，由蓄电池电源供电。而安全回路的有效动作，则高度依赖遍布整列动车的回路继电器。从某种意义来讲，列车安全回路的有效设置，能够对既有故障诊断系统进行补充，最大限度保障机车的紧急制动。以CRH3动车组为例，为保证安全的稳定运行，其内部设置了紧急制动回路、停放制动监控回路、乘客紧急制动回路等六个安全回路。
3 结语
动车组制动系统的设计关乎其稳定运行与乘客的安全，围绕制动系统的故障诊断，不少从业者进行了积极探索。现有的诊断系统，基本涵盖了车辆工况的实时监控与制动系统故障的快速定位等功能，而相关安全措施的落实，为列车的可靠运行提供了最关键的保障。
参考文献
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[3]刘建. 动车组制动控制系统方案设计及仿真研究[D]. 西南交通大学, 2012.
论文作者:崔凯 张旭 鲍程程,孙晓存 吴智勇
论文发表刊物:《科学与技术》2019年21期
论文发表时间:2020/4/17
标签：车组论文; 制动系统论文; 列车论文; 回路论文; 紧急论文; 系统论文; 故障诊断论文; 《科学与技术》2019年21期论文;