城軌交通車輛制動系統的研究

趙旭松+傅揚

摘 要：隨著我國城鎮人口不斷增加，城市規模不斷擴大，城市擁堵的現象越來越嚴重，而發展城市軌道交通是緩解這一現象的必然選擇。在城市軌道迅猛發展的同時，城市軌道交通設備的安全性也備受關注。因此，本文首先對城軌車輛制動系統進行了概述，并詳細分析了城軌車輛制動系統的選用，旨在促進我國城市交通的發展。

關鍵詞：城軌交通；車輛制動系統；研究

1 城軌車輛制動系統介紹

目前我國城軌車輛主要選用國外進口的制動系統，主要包括日本NABCO制動系統、德國KNORR制動系統、英國WESTINGHOUSE制動系統和SABWABCO CFAIVELEY）制動系統。以上均屬于當今主型的模擬式直通電空制動系統，具有反應快速、操縱靈活，以及與牽引、TOMS（列車控制管理系統）和ATC等系統協調配合等特點。由于不同制動系統的風源和基礎制動單元差別不大，下面主要對這些制動系統的控制系統或單元進行介紹。

1.1日本NABCO制動系統

日本NABCO制動系統主要指NABCO的H RDA型電空制動系統，1992年投入應用，是一種傳統的直通電空制動系統。在我國，該電空制動系統主要應用于北京和天津的城軌項目。 H RDA型電空制動系統的制動控制單元包括制動電子控制裝置和氣動控制裝置兩部分：電子控制裝置為貯有定制程序的標準機箱，氣動控制裝置主要由電空中繼閥、空重車調整閥和氣路板等組成。

1.2制動電子控制裝置

H RDA型電空制動系統的電子控制裝置整體結構采用6U標準機箱，主要芯片采用日本日立公司的H8系統微控制器。該電子控制裝置主要包括

制動控制、防滑控制、通信及顯示三個部分。

制動控制部可接收列車制動控制線的PWM制動指令，進行空氣和電制動的混合制動計算，控制電空中繼閥上電空轉換（EP）閥的電流，實現對制動缸的預控壓力控制；同時，電子控制裝置又根據兩路空氣彈簧壓力（AS1 ，AS2）對預控壓力按載荷進行自動調整，通過氣動控制裝置實現對制動力的控制。

防滑控制部可以測定各車軸的速度，一旦檢測到有車輪滑行，便控制防滑閥降低滑行軸的制動缸壓力，使滑行車輪恢復到正常的粘著狀態。 通信及顯示部用于與TMS通信及故障診斷信息的顯示與存貯。

1.3德國KNORR制動系統

德國KNORR制動系統主要指KNORR的ESRA電空制動系統。該電空制動系統是一種標準化的制動系統，是傳統的直通電空制動系統，可用于機車、動車組和城軌等項目。該電空制動系統1993年研發，1995年投入應用。在我國，該電空制動系統主要應用于上海、廣州、北京和天津等地鐵項目。

KNORR的ESRA制動系統的制動控制單元包括制動電子控制裝置和氣動控制裝置兩部分：電子控制裝置為貯有定制程序的標準機箱，主要由包括微處理器的主電路板、輔助電路板和通信板組成；氣動控制裝置主要由電空模擬轉換（CEP閥、緊急電磁閥、中繼閥、空重車調整閥和氣路板等組成。

1.4英國WESTINGHOUSE制動系統

英國WESTINGHOUSE制動系統主要指英國WESTINGHOUSE（現為KNORR英國子公司）的EP2002電空制動系統，是一種基于架控的城軌直通電空制動系統。該電空制動系統2000年開始研發，2005年裝車應用。在我國，該電空制動系統主要應用于上海、廣州、北京等地鐵項目。EP2002電空制動控制單元包括一系列高度機電一體化的制動控制閥，即網關閥（Gateway Valve）、擴展閥（RIO Valve）和智能閥（Smart Valve）。網關閥主要用于制動網絡控制和本車制動控制，擴展閥主要用于本車制動控制和擴展電氣連接，智能閥用于本車制動控制。以上各種EP2002制動控制閥（以下簡稱EP2002閥）外形和重量基本相似，一般外形尺寸325 mm×210 mm× 210 mm，總重23kg（EP2002閥重19 kg，閥安裝座重4 kg）。

2 城軌車輛制動系統選用分析

針對上述制動系統的組成和功能，結合一些當前新型直通電空制動系統的熱點，如車控和架控制動系統等，提出了以下選用城軌車輛制動系統需注意的幾個方面，在保證城軌車輛制動系統安全性的同時，盡量減少其運用風險和壽命成本。2.1辨析車控和架控制動控制系統

實際應用證明，對城軌車輛制動系統，車控和架控制動控制系統在性能方面沒有什么區別，例如制動響應時間、制動緩解靈敏度、制動缸充排風速度和防滑控制水平等。這是由于實際上現有車控制動控制系統的性能已足夠滿足對制動的要求，所以制動系統的性能主要取決于制動管路的布置和狀態。另外，在制動管路的布置方面，車控和架控制動控制系統各有優缺點：對于車控系統，與架控系統相比在車輛上需布置沿車長方向的制動缸管；對于架控系統，與車控系統相比需要設置兩個靠近轉向架的制動控制裝置；對于停放制動系統，車控和架控系統的管路布置是相同的。應該說現有的將停放制動集成在內的車控制動控制單元更具有優勢。

2.2制動控制單元小型化趨勢

由上述城軌車輛制動控制單元介紹可知，與20世紀90年代NABCO的H RDA制動控制單元和KNORR的ESRA制動控制單元相比，制動控制單元小型化已是現在以至未來制動控制單元的發展方向。制動控制單元小型化，如EP2002和EPAC制動控制單元，使制動控制單元成為了一個可在線更換的裝置，方便車輛的安裝和維護，減輕了車輛的總重，減少了列車庫停檢修的時間。

2.3制動控制單元新解決方案的挑戰

我國城軌車輛大多數制動控制單元采用傳統的制動控制解決方案：即制動氣動裝置接受制動電子控制裝置的控制，由電空轉換閥產生與制動需求相一致的預控壓力，然后通過中繼閥進行流量放大，最終控制制動缸的壓力；防滑控制由制動電子控制裝置通過控制靠近轉向架的防滑閥實現車輪防滑。值得注意的是，一些新的制動控制單元采用了全新的制動控制解決方案，將制動缸控制和防滑控制合并在一起。但由于制動缸控制和防滑控制不同的機械和氣動特性，新的制動控制解決方案面臨著較大的挑戰。

2.4考慮制動控制系統的壽命成本

由于城軌交通的安全性要求較高，目前我國主要采用了國外的車輛制動控制系統。但在保證了安全性的同時，也不得不面對產品的壽命周期成本。這一大問題。面對上述我國采用的城軌制動控制系統，運用一定時期的可維修性需著重考慮。所以在選用城軌制動控制系統時，需要研究其零部件維修的可能性，而不是自始至終從國外購買整機。

3 總結

綜上所述，在城市軌道迅猛發展的過程中，只有將城市軌道交通設備各子系統緊密地聯系在一起，使控制系統的結構更加緊湊、功能更加強大、設計更加靈活，在保證列車安全運行的同時也為乘客提供了一個舒適的乘車環境。

參考文獻：

[1]劉德東. 城軌車輛制動系統的監測與故障診斷系統研究[D].北京建筑大學，2014.

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