CRH3系列動車組制動控制系統(tǒng)介紹

秦佳穎 陳澍軍 劉中華

摘要：制動控制系統(tǒng)是制動系統(tǒng)中的核心組成部分，在由司機或列車自動控制系統(tǒng)ATP控制的制動過程中負責(zé)生成、傳遞制動信號，并對制動力進行計算和分配的部分。文章介紹了CRH3系列動車組制動控制系統(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系列動車組；制動控制系統(tǒng)；ATP控制；制動力；電氣原理；氣路原理 文獻標識碼：A

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

制動控制系統(tǒng)是制動系統(tǒng)中的核心組成部分，在由司機或列車自動控制系統(tǒng)ATP控制的制動過程中，負責(zé)生成、傳遞制動信號，并對制動力進行計算和分配的部分。制動控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)列車常用制動、緊急制動等功能，同時對于制動系統(tǒng)可能發(fā)生的故障、失效等情況，制動控制系統(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系列動車組包括CRH3C、CRH380B和CRH380BL動車組，其制動控制系統(tǒng)具有空電復(fù)合制動功能，空氣制動部分由微機控制的直通式制動系統(tǒng)和備用的自動式制動系統(tǒng)組成。直通式制動系統(tǒng)通過列車網(wǎng)絡(luò)與硬線傳輸制動控制指令；自動式制動系統(tǒng)由列車管傳輸制動控制指令。

下面針對CRH3系統(tǒng)動車組中制動控制系統(tǒng)的電氣原理、氣路原理、空電復(fù)合方式及故障診斷進行介紹。

1 電氣原理

CRH3C和CRH380B動車組制動系統(tǒng)的系統(tǒng)組成如圖1，CRH380BL動車組在此基礎(chǔ)上僅增加編組數(shù)量。電制動和空氣制動的協(xié)調(diào)由制動控制單元EBCU、牽引控制單元TCU和列車中央控制系統(tǒng)CCU進行控制。在一個牽引單元（4輛車）內(nèi)，數(shù)據(jù)交換由MVB來完成，牽引單元之間的通訊由WTB完成。

1.1 常用制動

列車運行過程中，司機可通過“制動控制手柄”發(fā)出制動指令，制動級位與“制動控制手柄”扳動的角度成比例。同時，列車控制系統(tǒng)也可產(chǎn)生常用制動指令。負責(zé)列車制動管理的主EBCU接收制動指令，按照優(yōu)先施加電制動原則進行整車制動力分配，并通過MVB和WTB將制動指令發(fā)送至各車EBCU。主EBCU確保在制動過程中不會因制動力過高導(dǎo)致輪軌黏著超標，確?？諝庵苿友b置的載荷均勻。

單車EBCU通過MVB讀入制動指令，并控制本車電制動和空氣制動的復(fù)合。動車EBCU向本車TCU發(fā)送電制動請求并接收反饋信號，由TCU施加電制動。電制動不足部分，由本車BCU控制常用制動電磁閥補充空氣制動。

制動施加/緩解狀態(tài)記錄在各車的EBCU中，同時通過MVB和WTB報告給司機。

1.2 緊急制動

列車設(shè)有緊急制動安全環(huán)路，制動控制手柄緊急制動位、緊急制動按鈕、列車自動控制系統(tǒng)等均串入環(huán)路中，均可斷開緊急制動安全環(huán)路。

當(dāng)緊急制動環(huán)路斷開時：各車PBCU內(nèi)緊急制動電磁閥直接讀取環(huán)路狀態(tài)，通過直通式制動實施緊急制動；同時列車管緊急排風(fēng)閥讀取到環(huán)路狀態(tài)，控制列車管排風(fēng)，由各車PBCU通過自動式制動實施緊急制動。施加緊急制動過程中，若電制動不可用，則僅施加空氣制動；若電制動可用，則在黏著允許情況下疊加電制動。

制動控制手柄緊急制動位和緊急制動按鈕發(fā)出斷開緊急制動安全環(huán)路的電信號，同時還通過氣路激活列車管緊急排風(fēng)閥進行排風(fēng)，觸發(fā)各車PBCU實施自動式空氣制動。

2 氣路原理

2.1 常用制動

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

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

在PBCU內(nèi)，常用制動電磁閥將來自EBCU的電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的預(yù)控制空氣壓力。常用制動時，緊急電磁閥失電關(guān)閉，從常用制動電磁閥來的壓縮空氣經(jīng)稱重閥進入中繼閥，經(jīng)過中繼閥流量放大后輸出。常用制動時，制動力隨載重變化的調(diào)整由EBCU進行控制。稱重閥可根據(jù)載重情況，限制中繼閥預(yù)控壓力的設(shè)定值，在制動壓力控制電路出現(xiàn)故障時防止制動力過大。

2.2 緊急制動

緊急制動時，緊急制動安全回路斷開，緊急電磁閥得電打開，從總風(fēng)管來的壓縮空氣經(jīng)緊急電磁閥進入稱重閥和中繼閥，施加與載荷相應(yīng)的緊急制動壓力，此時如EBCU處于正常工作狀態(tài)，可同時控制電空轉(zhuǎn)換閥產(chǎn)生緊急制動壓力。緊急制動指令同時也發(fā)送給備用的自動式空氣制動系統(tǒng)：制動管的壓縮空氣也通過一個緊急排風(fēng)閥迅速排空，繼而觸發(fā)分配閥產(chǎn)生緊急制動動作。直通式制動壓力與自動式制動壓力在雙向止回閥進行比較，較大者經(jīng)稱重閥到達中繼閥，最終完成對制動缸壓力的控制。具體參見圖3所示：

2.3 備用制動

司機可通過司機室備用制動控制手柄控制列車管的充/排風(fēng)，通過各車PBCU中分配閥和中繼閥實現(xiàn)自動式空氣制動的施加/緩解動作。

3 空電復(fù)合方式

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

CRH3動車組可利用的電制動的特性曲線如圖4所示。

3.1 常用制動

由圖4可知，高速段電制動力較小，隨著速度的降低，電制動力逐漸增加。

常用制動時，優(yōu)先采用電制動力，電制動力不足部分，由EBCU控制直通式電空制動補充空氣制動力。

3.2 緊急制動

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

4 故障診斷及信息

制動系統(tǒng)通過帶電節(jié)點的截斷塞門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，由其對車輛制動系統(tǒng)狀態(tài)進行判斷，并將故障和制動狀態(tài)信息通過MVB和WTB發(fā)送至司機顯示器，以便于車輛的運行控制和故障處理。同時制動系統(tǒng)的診斷信息經(jīng)列車遠程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)降孛娣?wù)中心，地面維護人員可對列車制動系統(tǒng)狀態(tài)進行實時監(jiān)控。

制動系統(tǒng)的故障診斷主要包括如下三方面：（1）影響安全的故障：嚴重影響車輛的運行安全，EBCU會依據(jù)故障的重要等級觸發(fā)制動；（2）功能監(jiān)測：司機可隨時掌握車輛制動系統(tǒng)的狀態(tài)，并為地面維護提供支持；（3）制動試驗故障：（動車組在運行前，需進行一系列制動試驗，以檢查車輛制動系統(tǒng)的功能是否正常）BCU需對試驗結(jié)果進行診斷，確定車輛制動狀態(tài)及存在故障的情況。

在EBCU內(nèi)設(shè)有RS232串口，可與PC機進行通訊，實現(xiàn)監(jiān)控BCU的相關(guān)實時參數(shù)及下載故障數(shù)據(jù)等功能。

5 結(jié)語

CRH3系列動車組制動控制系統(tǒng)遵循故障導(dǎo)向安全的原則，能夠保證列車的安全運行，其控制系統(tǒng)及診斷模式在高速動車組制動系統(tǒng)的設(shè)計中很值得借鑒。

參考文獻

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作者簡介：秦佳穎，男，中車唐山機車車輛有限公司產(chǎn)品研發(fā)中心工程師，研究方向：動車組制動系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計。

（責(zé)任編輯：小 燕）