國產架控制動系統在北京地鐵15號線的應用

張天軍

（北京東直門機場快速軌道有限公司，北京100027）

架控制動系統是以轉向架為單位的一種制動控制方式。目前進口的架控制動系統基本壟斷了國內城軌車輛市場，在價格、售后和備件等方面給國內各個城市的地鐵公司造成了一定的困擾。同時，國外架控制動系統存在檢修困難、維護成本高等問題。

中國鐵道科學研究院機車車輛研究所（鐵科院機輛所）研制的城軌車輛架控制動系統打破了國外產品的壟斷。該系統已經在廣州地鐵3號線北延段投入載客運營，性能良好。北京地鐵15號線在前期25列車完成進口制動系統的供貨后，后續7列車采用了國產架控制動系統，實現國產架控制動系統的批量應用。

由于要求和前期車輛的制動系統接口保持一致，國產架控制動系統裝車實施中存在技術難度大、開發周期緊的問題。本文就制動系統的組成、關鍵部件方案實施等進行論述和探討；同時對裝備國產架控制動系統車輛的試驗情況進行介紹。

1 制動系統組成

1.1 制動系統概述

北京地鐵15號線采用6輛編制，4動2拖，編組方式為：＋Tc－M1－M2＝M2－M1－Tc＋。車輛最高運行速度為100 km／h。圖1為半列車的編組和制動控制單元配置方式。

圖1 列車編組

全列車配備兩個風源系統，進行單雙日控制。基礎制動采用盤形制動單元，滿足高速下列車制動力的要求；每個軸都配備帶彈簧制動的停放制動單元，滿足列車在35‰坡道停車的要求。

車輛的制動系統采用微機控制的直通式電空制動系統，以轉向架為單位進行制動控制。空壓機組通過貫穿全列的總風管供風，每個車輛上配有總風缸。車輛制動控制采用硬線指令為主，網絡指令備用的方式。制動控制單元通過檢測列車制動PWM（Pulse Width Modulation，脈動寬度調制）指令及車輛載重信息，對總風進行控制，實現制動缸壓力的無級控制，保證車輛的減速度。列車制動采用電制動和空氣制動協調的方式，電制動優先。在電制動不足時由空氣制動補足。緊急制動采用純空氣制動。

圖2 架控制動系統的網絡接口方式

每個2動1拖單元中配置2個EP09G單元，負責與MVB總線的網絡接口，EP09 G單元通過MVB總線接收制動指令和電制動信號，并計算出本單元中各個轉向架上應施加的空氣制動，然后通過制動系統CAN總線傳送給本單元的各架控EP09S／EP09 R。正常情況下，一個單元內的EP09G只有一個工作在主控模式，另一個作為備用工作在從模式。

國產架控制動系統的指標如表1所示。

表1 系統指標

1.2 制動系統組成

根據圖3中Tc車的制動系統管路原理可以看出，制動系統提供的設備主要包括空氣制動系統及相關氣動控制部分等內容，主要包括：①風源系統（A0）；②制動控制系統（B13，B7）；③基礎制動（C4，C5，C9，C10）；④防滑裝置（G2，G31，G32和 G33）；⑤空氣懸掛輔助裝置（L5和L6）。

（1）風源系統

整列車有兩套風源裝置，每個動力單元內裝設一套，包括空氣壓縮機、干燥器、油水分離器、安全閥、壓力開關等。

（2）制動控制系統

包括制動控制單元（B13）和停放制動控制模塊（B7）。根據制動控制單元內部集成功能的區別，分別配置了EP09G，EP09S和EP09R 3種制動控制點單元。其中EP09G內集成了MVB網卡，負責和車輛控制系統的通訊和制動計算。

每車配有1套輔助控制模塊，該模塊集成了停放控制功能及空氣彈簧供風用的溢流閥、減壓閥、塞門以及風缸等部件。

（3）基礎制動裝置

采用盤形制動方式，包括制動夾鉗、制動盤及閘片。每個轉向架對角配置帶停放功能的制動夾鉗。

（4）空氣防滑裝置

每輛車4路速度傳感器及相應的測速齒輪，實時檢測車輪轉速。在車輪轉速異常或車輪抱死時，制動控制單元會進行單軸的防滑控制，防止車輪擦傷。

（5）空氣懸掛輔助裝置

每轉向架配2個高度閥L5，保證空氣彈簧的平衡，保持車輛的穩定。每個轉向架配置一套差壓閥，當兩個空氣彈簧壓差過大時，平衡空氣彈簧的壓力。

圖3 Tc車制動系統原理圖

2 實施方案

國產架控制動系統裝備北京15號線后7列車，因此要求制動系統設備的機械接口和電氣接口等和前期進口制動系統保持一致。由于原制動系統預留的車下空間位置和電氣布線都是固定的，因此在國產制動系統的開發上有一定的技術難度。電氣接口完全根據原系統的接口進行配置和開發，因此實現起來難度較小。但主要部件的機械安裝方面由于空間限制，需要進行周密的設計保證安裝的合理可靠。下面就關鍵的幾個部件的實施方案進行闡述。

2.1 風源系統

AGTU－0.9G風源裝置由4大主要部件構成（如圖4所示）：即整體吊架、空氣壓縮機、空氣凈化處理單元和電控單元，它們用螺栓連接在一起組成一個緊湊單元。空氣壓縮機采用螺桿式壓縮機；空氣處理單元采用雙塔干燥器。

風源系統整體吊架的接口和原車的設計保持一致，同時和車輛的管路接口位置一致，確保設備能合理安裝。電氣邏輯上，在保證和原車一致的基礎上，增加了內部的溫度和壓力保護。

圖4 風源系統組成

2.2 制動控制單元

制動控制單元是制動系統的核心部件。由于空氣位置的限制，制動控制單元采用了集成的模塊化設計，氣電分離。氣控閥類集成在氣路板上，電氣板卡用機箱組裝，共同組裝在箱體內。在閥故障或電氣故障時，可以非常方便的進行閥的更換和板卡的插拔，方便運用和維護。3個制動控制單元EP09 G、EP09S和EP09R采用了相同的箱體結構型式，根據功能的不同，對板卡的配置以及車輛布線的配置有差異。

EP09制動控制單元是一個機電一體化的電子機械裝置，每個BCU由氣動單元（PVU）和電子控制裝置兩部分組成。在結構設計上，它將安裝在集成氣路板上的氣動單元（PVU）和實施電子控制的板卡機箱分隔成兩個獨立單元，但又組合在同一箱殼內，這就為故障檢測和維修保養提供了方便。所有BCU的PVU單元的結構完全一致，它們接受電子指令的控制，產生氣動壓力的控制。但各BCU的電子板卡略有區別，GBCU板卡除包含SBCU所有功能外，它還含有與MVB、CAN總線的通信和列車制動管理功能的板卡。

配有制動網關單元GBCU和本地制動控制單元SBCU一輛車的制動系統電氣接口如圖5所示。每GBCU和SBCU都有緊急制動的控制輸入和2路速度傳感器接口。常用制動是通過制動CAN總線來控制的，但緊急制動不采用CAN總線控制，而是由緊急制動列車線直接控制每個轉向架的BCU。

對于機電一體化的控制裝置，出于小型化、輕量化和降低成本的目的，電子控制電路多采用單板或若干個小板拼裝的結構。但這種結構給系統調試特別是系統的檢修和維護帶來很大困難。EP09制動電子控制系統從設計、生產和檢修、維護的標準化要求出發，采用了標準的模塊化結構，按系統的功能要求劃分為若干個功能模塊，每個功能模塊為一個電子插件板，電子插件板采用3 U×160 mm的標準尺寸，模塊的基本寬度為4 HP，單個功能可插入到3 U標準插箱中，插箱采用42 HP的半寬標準機箱。

除電源板卡外，每種板卡插件均為帶微控制器的智能板卡，各板卡之間通過背板上的CAN總線交換信息，同并行總線相比，采用串行的CAN總線不僅可以使硬件電路大為簡化，而且還可以保證數據的完整性，提高了系統的可靠性。EP09制動系統BCU的智能板卡模塊及CAN通信總線如圖6所示。

圖5 1輛車的制動系統電氣接口（GBCU＋SBCU）

圖6 BCU的智能板卡模塊及CAN通信總線框圖

同原制動系統的制動控制單元相比，國產架控制動控制單元的機械尺寸比原系統大，見圖7。但是確保了管路接口位置和電氣連接器接口位置的一致性。

圖7 制動控制單元內部結構

圖8 制動夾鉗單元

2.3 夾鉗單元（見圖8）

轉向架的安裝空間和吊掛點都是確定的，新的夾鉗必須確保安裝接口和整體的尺寸符合空間的要求。國產制動系統采用了PD型夾鉗單元，機械吊裝接口的設計和原車保持相同；夾鉗安裝所需空間符合轉向架設備布置的要求。

原車采用的是將彈簧停車制動獨立出來，而目前國產夾鉗則是將彈簧停車和制動缸結合在一起，所以造成了管路安裝接口位置的不一致，目前采取添加一根過渡軟管的方法實現與原車接口位置的一致。

3 制動系統試驗

由于設計階段的周密設計和細致工作，國產架控制動系統順利的實現了安裝和調試。調試的結果表明國產架控制動系統的基本功能包括常用、緊急、保持以及停放等和原制動系統保持了一致。

裝備國產架控制動系統的首列車進行正線的型式試驗。型式試驗分為A W0載荷和A W3載荷。在不同的載荷下，國產架控制動系統完成了初始速度為30，60，80 km／h和100 km／h各級速度級下的最大常用電空制動、最大常用純空氣制動、緊急制動等試驗，試驗結果表明制動距離和減速滿足技術條件和車輛運用的要求。同時，完成了A W0載荷下的防滑功能試驗，在常用制動、緊急制動等各個工況下，防滑功能正常，車輪表面無擦傷。

4 結束語

北京地鐵15號線國產架控制動系統在保持接口和原進口系統一致的情況，制動功能和性能滿足了技術條件及車輛運營的要求。

［1］王群偉，林祜亭，王新海，韓曉輝.架控制動系統及其在城軌車輛上的應用［J］.鐵道機車車輛，2011，31（2）：31－33.

［2］程暢棟，任得鵬，段繼超.地鐵車輛國產化架控制動系統的應用［J］.技術與市場，2011，（07）：28－29，31.