摘要：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。
关键词：动车组；制动力；分配策略
1常用制动力分配方式
1.1均衡制动控制
均衡制动控制是各车等减速度的控制方式，即各车承担自身所需制动力。动车优先使用电制动力，不足的部分采用本车的空气制动力补充，拖车采用本车的空气制动力。
采用均衡制动控制时，施加在每辆车上的制动力与本车的质量成正比，单车对黏着的利用率相同。在较差的轮轨黏着条件下，采用此种控制方式，有利于避免滑行，改善制动性能。
由于空气制动力与电制动力仅在单车（动车）范围内进行复合制动，拖车仅能使用本车的空气制动力，此种控制方式不能充分发挥电制动力的效果。在实际运营过程中，拖车频繁使用空气制动，动车空气制动基本不用，故拖车的制动盘和闸片的磨耗要远大于动车。
1.2电制动力优先控制
传统的电制动力优先控制是充分利用动车的电制动力的控制方式。在列车的电制动力达到最大值之前，优先使用动车的电制动力；电制动力不足部分由拖车的空气制动力补充；当制动力需求更大时，使用动车的空气制动力补充。补充过程中单车的制动力不超过由轮轨黏着条件决定的可用制动力。
采用传统的电制动力优先控制，有利于充分发挥动车电制动力，减小空气制动力的使用，降低列车制动盘和闸片的整体磨耗。
通常情况下，动车的电制动力和拖车的空气制动力之和已可满足常用制动的需求。在实际运营过程中，存在着拖车空气制动使用较多、动车空气制动使用较少或基本不用的情况，故拖车制动盘和闸片的磨耗要大于动车。
2制动控制系统制动力分配策略
2.1制动力分配策略
现有列车的制动力分配策略主要有等黏着分配和等磨耗分配，等黏着分配策略下制动力管理模块对整列车进行制动力分配，当电制动力满足列车制动需求时，只施加动车的电制动力，不使用空气制动力；当电制动力不满足列车制动需求，但是满足动车制动需求时，施加全部电制动力，剩余的制动力需求由拖车空气制动补偿，动车空气制动不施加；当电制动力不满足动车制动需求时，动车施加全部电制动力和部分空气制动力来满足动车制动需求，拖车施加空气制动力满足拖车制动力需求，即拖车和动车保持相等的黏着利用率。在等磨耗分配策略下，制动力管理模块对整列车进行制动力分配，当电制动力满足列车制动需求时，只施加动车的电制动力，不使用空气制动力；当电制动力不满足列车制动需求时，在不超过黏着极限的情况下，动车和拖车施加相同的空气制动力进行补偿；动车达到黏着极限后制动力不再增加，不足部分由拖车空气制动补偿。现有的等黏着和等磨耗分配策略均是按整列车分配制动力。现有列车根据编组方式分为几个独立的空电复合制动控制单元，当某个单元内的车辆制动力存在故障时，如果按照等黏着和等磨耗分配策略对制动力进行分配，各单元施加的制动力可能会有较大差距，降低了列车运行的安全性。
文中的制动力分配策略首先计算每个单元的制动力能力值，各个单元的制动力能力值发送到单元制动力管理模块，按载重比对各个单元总的制动力进行分配，各个单元制动力能力值满足要求时，各个单元施加的制动力与载重成正比；某个单元制动力能力值不满足要求时，由其他单元的制动力对该单元的制动力进行补充。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆各个单元的制动力分配完成后，在单元内当电制动力满足单元制动需求时，只施加动车的电制动力，不使用空气制动力；当电制动力不满足单元制动需求时，在不超过黏着极限的情况下，动车和拖车按车重比施加空气制动力进行补偿；动车达到黏着极限后制动力不再增加，不足部分由拖车空气制动补偿。这样避免当某个单元内的车辆制动力存在故障时单元间制动力差距过大，保证列车运行安全。
文中的制动力分配逻辑基于车辆控制的原则，每4辆车为一个单元。头车车辆控制器作为TBM对整车制动力进行管理，每个单元中选择1个车辆控制器作为SBM对单元内的信号和制动力进行管理。
当TBM接收到制动指令时，首先计算全列的目标制动力，然后将目标制动力分配给各单元，再由各单元SBM在本单元内进行制动力分配。只有当某个单元分配到的制动力超过自身的制动能力时才对制动力分配进行调整，这样保证了各单元分配到的制动力与单元自身的黏着匹配，同时减少了故障情况下各单元施加制动力的差距。
SBM接收到TBM分配的目标制动力后，首先使用动车的电制动力，电制动力不满足目标制动力需求时，在不超过黏着限制的情况下，剩余目标制动力按照车重比由单元内所有动车和拖车的空气制动力承担；动车达到黏着限制后制动力不再增加，不足部分由拖车空气制动补偿。
2.2故障工况下的制动力分配策略
当某辆车的制动力发生故障时，列车制动系统分配制动力时将不考虑该车的制动力，而其他制动力可用的车辆将施加更大的制动力以保证列车达到目标减速度。制动力故障分为电制动力故障和空气制动力故障，制动力分配逻辑对这两种故障采用不同的处理方法。某辆动车的电制动力发生故障时，SBM在分配制动力时将不考虑该动车的电制动力。当某辆车的空气制动力发生故障时，SBM在分配制动力时将不再考虑该车的空气制动力。
2.3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。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。
2.4车辆停车阶段制动力分配策略
列车速度小于一定程度时，电制动力无法施加，为了使列车总制动力在停车的过程中保持平稳，在减速停车过程中电制动力平稳地减小至零，与此同时空气制动力以相同变化率增大，从而保证列车总制动力不变。在减速过程中列车检测到速度小于5~8km/h时，停车信号EdFade被置位，制动控制单元控制空气制动力上升，由于空气制动力施加需要一定反应时间，经过预设的反应时间后电制动力以相同的斜率下降，直到减小为零，此后空气制动力保持不变。在此制动力控制逻辑下，实现了停车过程中电制动力和空气制动力的平稳切换。
结论
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]刘建.动车组制动控制系统方案设计及仿真研究[D].成都：西南交通大学，2017.
[2]邵健帅.高速动车组制动系统的研究与分析[D].成都：西南交通大学，2017.
论文作者:范晓
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/6
标签：单元论文; 分配论文; 空气论文; 拖车论文; 列车论文; 磨耗论文; 策略论文; 《电力设备》2018年第28期论文;