秦佳穎 陳澍軍 劉中華

摘要：制動(dòng)控制系統(tǒng)是制動(dòng)系統(tǒng)中的核心組成部分，在由司機(jī)或列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)ATP控制的制動(dòng)過(guò)程中負(fù)責(zé)生成、傳遞制動(dòng)信號(hào)，并對(duì)制動(dòng)力進(jìn)行計(jì)算和分配的部分。文章介紹了CRH3系列動(dòng)車(chē)組制動(dòng)控制系統(tǒng)的電氣原理、氣路原理、空電復(fù)合方式以及故障診斷功能。

關(guān)鍵詞：CRH3系列動(dòng)車(chē)組；制動(dòng)控制系統(tǒng)；ATP控制；制動(dòng)力；電氣原理；氣路原理 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：U270 文章編號(hào)：1009-2374（2016）17-0098-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.17.047

制動(dòng)控制系統(tǒng)是制動(dòng)系統(tǒng)中的核心組成部分，在由司機(jī)或列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)ATP控制的制動(dòng)過(guò)程中，負(fù)責(zé)生成、傳遞制動(dòng)信號(hào)，并對(duì)制動(dòng)力進(jìn)行計(jì)算和分配的部分。制動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)列車(chē)常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)等功能，同時(shí)對(duì)于制動(dòng)系統(tǒng)可能發(fā)生的故障、失效等情況，制動(dòng)控制系統(tǒng)具有完善的故障診斷措施和故障導(dǎo)向安全的控制體系。

CRH3系列動(dòng)車(chē)組包括CRH3C、CRH380B和CRH380BL動(dòng)車(chē)組，其制動(dòng)控制系統(tǒng)具有空電復(fù)合制動(dòng)功能，空氣制動(dòng)部分由微機(jī)控制的直通式制動(dòng)系統(tǒng)和備用的自動(dòng)式制動(dòng)系統(tǒng)組成。直通式制動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)列車(chē)網(wǎng)絡(luò)與硬線傳輸制動(dòng)控制指令；自動(dòng)式制動(dòng)系統(tǒng)由列車(chē)管傳輸制動(dòng)控制指令。

下面針對(duì)CRH3系統(tǒng)動(dòng)車(chē)組中制動(dòng)控制系統(tǒng)的電氣原理、氣路原理、空電復(fù)合方式及故障診斷進(jìn)行介紹。

1 電氣原理

CRH3C和CRH380B動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)的系統(tǒng)組成如圖1，CRH380BL動(dòng)車(chē)組在此基礎(chǔ)上僅增加編組數(shù)量。電制動(dòng)和空氣制動(dòng)的協(xié)調(diào)由制動(dòng)控制單元EBCU、牽引控制單元TCU和列車(chē)中央控制系統(tǒng)CCU進(jìn)行控制。在一個(gè)牽引單元（4輛車(chē)）內(nèi)，數(shù)據(jù)交換由MVB來(lái)完成，牽引單元之間的通訊由WTB完成。

1.1 常用制動(dòng)

列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，司機(jī)可通過(guò)“制動(dòng)控制手柄”發(fā)出制動(dòng)指令，制動(dòng)級(jí)位與“制動(dòng)控制手柄”扳動(dòng)的角度成比例。同時(shí)，列車(chē)控制系統(tǒng)也可產(chǎn)生常用制動(dòng)指令。負(fù)責(zé)列車(chē)制動(dòng)管理的主EBCU接收制動(dòng)指令，按照優(yōu)先施加電制動(dòng)原則進(jìn)行整車(chē)制動(dòng)力分配，并通過(guò)MVB和WTB將制動(dòng)指令發(fā)送至各車(chē)EBCU。主EBCU確保在制動(dòng)過(guò)程中不會(huì)因制動(dòng)力過(guò)高導(dǎo)致輪軌黏著超標(biāo)，確?？諝庵苿?dòng)裝置的載荷均勻。

單車(chē)EBCU通過(guò)MVB讀入制動(dòng)指令，并控制本車(chē)電制動(dòng)和空氣制動(dòng)的復(fù)合。動(dòng)車(chē)EBCU向本車(chē)TCU發(fā)送電制動(dòng)請(qǐng)求并接收反饋信號(hào)，由TCU施加電制動(dòng)。電制動(dòng)不足部分，由本車(chē)BCU控制常用制動(dòng)電磁閥補(bǔ)充空氣制動(dòng)。

制動(dòng)施加/緩解狀態(tài)記錄在各車(chē)的EBCU中，同時(shí)通過(guò)MVB和WTB報(bào)告給司機(jī)。

1.2 緊急制動(dòng)

列車(chē)設(shè)有緊急制動(dòng)安全環(huán)路，制動(dòng)控制手柄緊急制動(dòng)位、緊急制動(dòng)按鈕、列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)等均串入環(huán)路中，均可斷開(kāi)緊急制動(dòng)安全環(huán)路。

當(dāng)緊急制動(dòng)環(huán)路斷開(kāi)時(shí)：各車(chē)PBCU內(nèi)緊急制動(dòng)電磁閥直接讀取環(huán)路狀態(tài)，通過(guò)直通式制動(dòng)實(shí)施緊急制動(dòng)；同時(shí)列車(chē)管緊急排風(fēng)閥讀取到環(huán)路狀態(tài)，控制列車(chē)管排風(fēng)，由各車(chē)PBCU通過(guò)自動(dòng)式制動(dòng)實(shí)施緊急制動(dòng)。施加緊急制動(dòng)過(guò)程中，若電制動(dòng)不可用，則僅施加空氣制動(dòng)；若電制動(dòng)可用，則在黏著允許情況下疊加電制動(dòng)。

制動(dòng)控制手柄緊急制動(dòng)位和緊急制動(dòng)按鈕發(fā)出斷開(kāi)緊急制動(dòng)安全環(huán)路的電信號(hào)，同時(shí)還通過(guò)氣路激活列車(chē)管緊急排風(fēng)閥進(jìn)行排風(fēng)，觸發(fā)各車(chē)PBCU實(shí)施自動(dòng)式空氣制動(dòng)。

2 氣路原理

2.1 常用制動(dòng)

直通式電空制動(dòng)系統(tǒng)由EBCU控制：EBCU接收并解讀來(lái)自制動(dòng)控制手柄或列車(chē)控制系統(tǒng)的制動(dòng)指令，然后控制PBCU執(zhí)行空氣制動(dòng)。

直通式電空制動(dòng)系統(tǒng)的氣路原理如圖2，壓縮空氣從總風(fēng)管經(jīng)止回閥流至制動(dòng)風(fēng)缸；當(dāng)總風(fēng)壓力不足時(shí)，止回閥可確保制動(dòng)風(fēng)缸內(nèi)有足夠的壓力空氣。制動(dòng)風(fēng)缸為PBCU提供風(fēng)源，PBCU負(fù)責(zé)空氣制動(dòng)的控制。

在PBCU內(nèi)，常用制動(dòng)電磁閥將來(lái)自EBCU的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的預(yù)控制空氣壓力。常用制動(dòng)時(shí)，緊急電磁閥失電關(guān)閉，從常用制動(dòng)電磁閥來(lái)的壓縮空氣經(jīng)稱(chēng)重閥進(jìn)入中繼閥，經(jīng)過(guò)中繼閥流量放大后輸出。常用制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)力隨載重變化的調(diào)整由EBCU進(jìn)行控制。稱(chēng)重閥可根據(jù)載重情況，限制中繼閥預(yù)控壓力的設(shè)定值，在制動(dòng)壓力控制電路出現(xiàn)故障時(shí)防止制動(dòng)力過(guò)大。

2.2 緊急制動(dòng)

緊急制動(dòng)時(shí)，緊急制動(dòng)安全回路斷開(kāi)，緊急電磁閥得電打開(kāi)，從總風(fēng)管來(lái)的壓縮空氣經(jīng)緊急電磁閥進(jìn)入稱(chēng)重閥和中繼閥，施加與載荷相應(yīng)的緊急制動(dòng)壓力，此時(shí)如EBCU處于正常工作狀態(tài)，可同時(shí)控制電空轉(zhuǎn)換閥產(chǎn)生緊急制動(dòng)壓力。緊急制動(dòng)指令同時(shí)也發(fā)送給備用的自動(dòng)式空氣制動(dòng)系統(tǒng)：制動(dòng)管的壓縮空氣也通過(guò)一個(gè)緊急排風(fēng)閥迅速排空，繼而觸發(fā)分配閥產(chǎn)生緊急制動(dòng)動(dòng)作。直通式制動(dòng)壓力與自動(dòng)式制動(dòng)壓力在雙向止回閥進(jìn)行比較，較大者經(jīng)稱(chēng)重閥到達(dá)中繼閥，最終完成對(duì)制動(dòng)缸壓力的控制。具體參見(jiàn)圖3所示：

2.3 備用制動(dòng)

司機(jī)可通過(guò)司機(jī)室備用制動(dòng)控制手柄控制列車(chē)管的充/排風(fēng)，通過(guò)各車(chē)PBCU中分配閥和中繼閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)式空氣制動(dòng)的施加/緩解動(dòng)作。

3 空電復(fù)合方式

空氣制動(dòng)與電制動(dòng)的制動(dòng)力分配由EBCU控制，EBCU經(jīng)MVB和WTB讀取牽引系統(tǒng)再生制動(dòng)狀態(tài)信息，并依據(jù)制動(dòng)指令，按設(shè)定的復(fù)合制動(dòng)模式完成電制動(dòng)力與空氣制動(dòng)力的分配。

CRH3動(dòng)車(chē)組可利用的電制動(dòng)的特性曲線如圖4所示。

3.1 常用制動(dòng)

由圖4可知，高速段電制動(dòng)力較小，隨著速度的降低，電制動(dòng)力逐漸增加。

常用制動(dòng)時(shí)，優(yōu)先采用電制動(dòng)力，電制動(dòng)力不足部分，由EBCU控制直通式電空制動(dòng)補(bǔ)充空氣制動(dòng)力。

3.2 緊急制動(dòng)

緊急制動(dòng)時(shí)，在緊急空氣制動(dòng)全部施加的基礎(chǔ)上，在黏著允許的情況下疊加電制動(dòng)。在速度降至80km/h以下時(shí)，僅施加空氣制動(dòng)?？针姀?fù)合緊急制動(dòng)設(shè)計(jì)曲線如圖5所示。

4 故障診斷及信息

制動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)帶電節(jié)點(diǎn)的截?cái)嗳T(mén)及傳感器等采集外部設(shè)備狀態(tài)信息，并將這些信息輸入EBCU，由其對(duì)車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行判斷，并將故障和制動(dòng)狀態(tài)信息通過(guò)MVB和WTB發(fā)送至司機(jī)顯示器，以便于車(chē)輛的運(yùn)行控制和故障處理。同時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)的診斷信息經(jīng)列車(chē)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)降孛娣?wù)中心，地面維護(hù)人員可對(duì)列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

制動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷主要包括如下三方面：（1）影響安全的故障：嚴(yán)重影響車(chē)輛的運(yùn)行安全，EBCU會(huì)依據(jù)故障的重要等級(jí)觸發(fā)制動(dòng)；（2）功能監(jiān)測(cè)：司機(jī)可隨時(shí)掌握車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)，并為地面維護(hù)提供支持；（3）制動(dòng)試驗(yàn)故障：（動(dòng)車(chē)組在運(yùn)行前，需進(jìn)行一系列制動(dòng)試驗(yàn)，以檢查車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的功能是否正常）BCU需對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行診斷，確定車(chē)輛制動(dòng)狀態(tài)及存在故障的情況。

在EBCU內(nèi)設(shè)有RS232串口，可與PC機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控BCU的相關(guān)實(shí)時(shí)參數(shù)及下載故障數(shù)據(jù)等功能。

5 結(jié)語(yǔ)

CRH3系列動(dòng)車(chē)組制動(dòng)控制系統(tǒng)遵循故障導(dǎo)向安全的原則，能夠保證列車(chē)的安全運(yùn)行，其控制系統(tǒng)及診斷模式在高速動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中很值得借鑒。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：秦佳穎，男，中車(chē)唐山機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司產(chǎn)品研發(fā)中心工程師，研究方向：動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：小 燕）