淺談地鐵制動控制與列車沖動

摘 要：地鐵車輛根據牽引、制動指令完成運行控制，需結合不同的制動指令形式及特點，設計出制動指令的生成系統及指令傳輸系統。我們要根據地鐵車輛配置的制動系統特性，研究合適混合制動控制策略，從而實現列車優良的制動性能。

關鍵詞：地鐵車輛；制動控制系統；設計

隨著城市化進程的加快，城市內交通日益擁堵，因此如何緩解城市交通擁堵問題成為擺在人們面前的重要課題。地鐵可以有效緩解道路擁堵的問題，并且可以擴展城市的發展空間，目前我國已建成和在建地鐵的城市有30多個，本文分析的地鐵車輛車體采用鋁合金材料，設計最高運行速度為80km/h，列車構造速度為90km/h，列車為六輛編組，三輛動車三輛拖車的配置方式。制動系統作為列車運行的安全保障，必須嚴格遵循故障導向安全的原則。

1、地鐵制動控制系統

沈陽地鐵制動系統采用克諾爾公司的EP2002制動控制系統，這套系統有別于高速動車組采用的集成式制動控制系統，采用分散式控制，即以每個轉向架為單位設置單個制動控制單元。此系統將常用制動閥、緊急制動閥、防滑保護功能的閥以及執行制動控制功能和制動管理功能的電子設備模塊式地集成在一起組成網關閥或智能閥，分別安裝在其控制的轉向架附近的車體底架上，這兩個閥體的區別是網關閥執行制動管理的功能。三輛車作為一個單元，這個單元內部的網關閥和智能閥通過CAN總線進行連接，每個網關閥通過MVB總線與列車控制系統進行通信。

2、制動系統功能

2.1 緊急制動

緊急制動為純空氣制動，緊急制動時，牽引鎖閉同時啟動防滑保護系統。緊急制動時，產生最大的制動力，同時達到最大的減速度；緊急制動的平均減速度大于1.2m/s2，屬于不可取消的制動，在列車沒有停止前不能緩解。緊急制動的安全環路采用失電觸發緊急，即環路失電列車自動施加緊急制動。緊急制動是通過安全環路控制直通空氣制動的緊急電磁閥向大氣排風，產生最大的制動缸壓力。緊急制動的觸發源有：司機警惕裝置、緊急制動按鈕、總風管壓力低、列車超速、多個司機室同時占用、制動減速度不足、安全環路中斷等。在緊急制動過程中，制動力大小根據車輛載荷進行自動調整。

2.2常用制動

常用制動用于列車正常運行時，常用制動優先使用電制動，電制動不足時空氣制動補充，動車的電制動優先滿足列車制動指令要求，不足的部分首先由列車中不能實施電制動車輛的空氣制動補足，還不足時由能實施電制動車輛的空氣制動均勻補足，補充的大小要受粘著系數的限制。常用制動的平均減速度是1.0m/s2，它屬于可取消的制動。制動力設定值通過制定手柄和列車保護系統傳送給列車控制系統，由制動管理系統進行再生制動和電空制動的復合。制動管理系統在保證不超過摩擦系數情況下施加最大的制動力，同時保證列車摩擦制動與實際乘客載重匹配，依據每節車的重量分配制動力，從而使最重的車獲取最大的制動力，使各車的減速度相同。

2.3 快速制動

列車快速制動是一種特殊的制動方式，控制方式和常用制動相同，制動手柄置于“快速制動”位時觸發快速制動，具有和緊急制動相同的減速度。快速制動不是安全的緊急制動，屬于可取消制動，制動過程中需要防滑控制。快速制動優先使用電制動，每車都將施加相同的減速度值，當電制動故障或電制動不足時由空氣制動進行補充。

2.4 停放制動

停放制動缸通過彈簧力施加，通過壓縮空氣抵消彈簧力的方式進行緩解，并可以進行手動緩解。司機控制臺上的按鈕控制停放制動施加和緩解，并有相應的指示燈進行指示，司機顯示屏上面顯示每個軸的停放制動的施加和緩解狀態。當停放制動缸壓力下降到規定數值后，停放制動自動施加。在列車運行過程中，如果檢測到施加了停放制動，為了防止踏面損傷，制動控制單元會觸發停放制動監控回路斷開，實施緊急制動。

2.5 防滑控制

車輪防滑控制系統采用軸控式防滑方式，防滑控制單元和防滑閥集成在EP2002閥內部。EP2002系統通過檢測單個軸的減速度和每根軸與旋轉速度最高的軸的速度差來判斷車輪是否發生了滑行，通過控制施加的制動力來校正車輪滑行，防滑控制用于實現車輪和輪軌間較好的接觸。為避免鎖軸，當制動摩擦系數降低時，需要減小這些軸上的制動力。

3、空電聯合控制列車的緩解

列車運行當中使用空氣制動時，列車管內的壓縮空氣由后向前傳輸，列車的制動波是由前向后產生，列車的車鉤將由前向后迅速產生壓縮，如果制動前列車車鉤處于伸張狀態，車鉤的向后壓縮會產生大的沖動，這種沖擊波由前向后傳播，傳播的速度近似于空氣波。列車尾部的沖動最大最容易發生脫鉤分離，所以在列車制動之前應該使列車先處于壓縮狀態，而機車的單獨制動受單面抱閘制動力弱限制，所以應當先投入電阻制動再進行空氣制動；當列車緩解空氣制動時壓縮空氣由前向后傳播，列車由前向后緩解，這時瞬間會出現前緩解、后制動造成前拉后拽，車鉤突然開始伸張，所以在緩解空氣制動時應該加大機車的電阻制動力，以確保車鉤一直處于壓縮狀態平穩緩解。列車制動減壓的同時，單閥手把推向緩解位或解除電阻制動等，這種人為地不使機車發生制動作用的方法，稱為“大劈叉”制動法。列車惰力運行，一般為車輛推機車前進，機車與列車連接車鉤呈壓縮狀態。當施行制動時，特別減壓量較大時，使用大劈叉，機車不發生制動作用，而后部車輛迅速制動，猛然拉動車鉤，這樣前擁后拉，很容易造成車鉤斷裂。即使不發生斷鉤，天長日久，也會使車鉤各部受到嚴重損傷。同時，由于機車不發生制動作用，使整個列車制動力下降，對安全不利。所以嚴禁大劈叉操作。

4、結束語

制動系統是列車故障導向安全的重要保障，EP2002制動控制系統能夠很好地滿足列車快起快停、準確停車的要求，具有模塊化、故障率低、便于維護等優點，是未來城軌車輛的主流制動控制系統之一。

參考文獻：

[1]段繼超.地鐵車輛制動控制系統設計[J].成都：西南交通大學，2012.

[2]馬琪.國產地鐵車輛制動系統[J]. 都市快軌交通，2013