中低速磁浮列車(chē)制動(dòng)特性研究

司 麗 杜慧杰 楊永勤 張興旺 李童生 許紅梅

(中車(chē)唐山機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司，063035，唐山//第一作者，高級(jí)工程師)

中低速磁浮列車(chē)采用全動(dòng)車(chē)配置,制動(dòng)控制系統(tǒng)采用微機(jī)控制直通式電空制動(dòng)系統(tǒng)，且制動(dòng)力混合以單輛車(chē)為單元。制動(dòng)指令通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和硬線(xiàn)傳輸;制動(dòng)系統(tǒng)與牽引控制單元的信號(hào)通過(guò)MVB(多功能車(chē)輛總線(xiàn))傳輸，亦可以通過(guò)硬線(xiàn)傳輸。中低速磁浮列車(chē)的監(jiān)控通過(guò)列車(chē)監(jiān)控管理系統(tǒng)(TCMS)實(shí)現(xiàn),且列車(chē)具有常用制動(dòng)、保持制動(dòng)、快速制動(dòng)、緊急制動(dòng)和落車(chē)制動(dòng)等功能。

1 中低速磁浮列車(chē)制動(dòng)控制原理

中低速磁浮列車(chē)制動(dòng)控制的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1中,制動(dòng)控制單元是磁浮列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。它與電子制動(dòng)控制單元(EBCU)組成閉環(huán)控制;根據(jù)制動(dòng)力需求，它能準(zhǔn)確而穩(wěn)定地控制制動(dòng)缸壓力。

當(dāng)采用常用制動(dòng)時(shí)，空氣制動(dòng)控制單元根據(jù)EBCU傳來(lái)的電信號(hào)，通過(guò)電空轉(zhuǎn)換閥將來(lái)自制動(dòng)儲(chǔ)風(fēng)缸的空氣壓力轉(zhuǎn)換成與電信號(hào)相對(duì)應(yīng)的預(yù)控制壓力。當(dāng)預(yù)控制壓力到達(dá)空重車(chē)調(diào)整閥，受到空重車(chē)調(diào)整閥的檢測(cè)和限制;從空重車(chē)調(diào)整閥出來(lái)的預(yù)控制壓力到達(dá)中繼閥，打開(kāi)中繼閥中制動(dòng)儲(chǔ)風(fēng)缸與制動(dòng)缸的通路，最后使制動(dòng)缸獲得符合制動(dòng)力要求的空氣壓力。

注:M表示動(dòng)力車(chē);Mc表示帶司機(jī)室的動(dòng)力車(chē)

當(dāng)采用緊急制動(dòng)(見(jiàn)圖2)時(shí)，預(yù)控制壓力不受電空轉(zhuǎn)換閥控制，來(lái)自制動(dòng)儲(chǔ)風(fēng)缸的壓縮空氣直接經(jīng)緊急制動(dòng)電磁閥到達(dá)空重車(chē)調(diào)整閥，此時(shí)預(yù)控制壓力僅受空重車(chē)調(diào)整閥控制，并使之與空氣彈簧的壓力即載荷情況相適合。緊急制動(dòng)采用純空氣制動(dòng)，電制動(dòng)未參與，平均減速度不小于1.3 m/s2。

圖2 緊急制動(dòng)觸發(fā)方式

另外,中低速磁浮列車(chē)還具備獨(dú)特的落車(chē)制動(dòng)功能。該功能可使“低速飛行”中的磁浮列車(chē)垂直降落在軌道上。落車(chē)制動(dòng)時(shí)，緊急制動(dòng)被觸發(fā)，牽引被封鎖，懸浮系統(tǒng)處于緊急斷電狀態(tài)，車(chē)輛依靠自身質(zhì)量緊急落車(chē)，同時(shí)安裝在懸浮架上的滑橇與軌道相互機(jī)械摩擦，從而產(chǎn)生制動(dòng)力。

2 中低速磁浮列車(chē)制動(dòng)控制邏輯

2.1 常用制動(dòng)

列車(chē)常用制動(dòng)由EBCU掌控，并通過(guò)MVB與TCMS進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞與邏輯控制。當(dāng)TCMS檢測(cè)到端口輸入為低電平時(shí)，TCMS將該指令信號(hào)通過(guò)MVB傳遞至EBCU;當(dāng)EBCU接到制動(dòng)指令后，根據(jù)車(chē)輛載荷計(jì)算出所需制動(dòng)力，并將此作為電制動(dòng)需求指令提供至TCMS，進(jìn)而提供給牽引控制單元;牽引控制單元將該指令和根據(jù)司機(jī)控制器指令計(jì)算出的制動(dòng)需求進(jìn)行比較，按照取大的原則來(lái)施加電制動(dòng)力，并將測(cè)得的實(shí)際電制動(dòng)力反饋給EBCU;由EBCU計(jì)算制動(dòng)力需求和實(shí)際電制動(dòng)力之間的差值，并根據(jù)該差值施加相應(yīng)的空氣制動(dòng)力。

2.2 保持制動(dòng)

非牽引工況下，當(dāng)列車(chē)速度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，TCMS發(fā)出電制動(dòng)衰退信號(hào)，EBCU檢測(cè)到電制動(dòng)衰退信號(hào)后,按照沖動(dòng)限制斜率的要求，使空氣制動(dòng)上升、電制動(dòng)下降，且制動(dòng)力應(yīng)保持恒定，形成符合制動(dòng)指令要求的制動(dòng)缸壓力。保持制動(dòng)施加應(yīng)全部由EBCU自身負(fù)責(zé)。網(wǎng)絡(luò)不發(fā)送保持制動(dòng)的施加信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)僅對(duì)EBCU發(fā)送保持制動(dòng)緩解信號(hào)。

圖3為列車(chē)保持制動(dòng)特性曲線(xiàn)示意圖。圖3中,在t0時(shí)刻,列車(chē)速度為7.0 km/h，此時(shí)列車(chē)僅收到制動(dòng)指令；t0—t1段,延遲施加液壓制動(dòng)；t1—t2段,再生制動(dòng)力將減少至0，液壓制動(dòng)力將接管整個(gè)制動(dòng)力；在t2時(shí)刻,列車(chē)速度為1.5 km/h；在t3時(shí)刻,施加液壓制動(dòng),此時(shí)檢測(cè)到列車(chē)速度為0；在t4時(shí)刻,列車(chē)已停車(chē)至速度為0。

圖3 列車(chē)保持制動(dòng)特性曲線(xiàn)示意圖

在ATO(列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行)模式下，列車(chē)保持制動(dòng)的施加和緩解均由ATO來(lái)控制;在人工模式下，當(dāng)列車(chē)接近靜止時(shí)，保持制動(dòng)自動(dòng)施加。保持制動(dòng)緩解信號(hào)由牽引系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行發(fā)送。

2.3 電空制動(dòng)配合

為了盡量降低閘片的磨耗，當(dāng)列車(chē)運(yùn)行速度高于設(shè)定值，即制動(dòng)級(jí)位介于B1級(jí)至B4級(jí)之間時(shí)，空氣制動(dòng)暫不投入;當(dāng)制動(dòng)級(jí)位介于B5級(jí)至B7級(jí)之間時(shí)，空氣制動(dòng)的投入不受速度的限制，此時(shí)按照混合制動(dòng)力的要求進(jìn)行制動(dòng)力補(bǔ)充。

2.4 速度信號(hào)控制策略

牽引制動(dòng)設(shè)備對(duì)測(cè)速系統(tǒng)4路速度信號(hào)的選取采用最優(yōu)控制策略(4路速度信號(hào)兩兩作差，取測(cè)速誤差范圍內(nèi)差值最小的2路速度脈沖信號(hào)的平均值作為列車(chē)速度)來(lái)確保電空制動(dòng)的良好配合。如果4路速度信號(hào)全部異常，即輸出的4路速度信號(hào)兩兩差值全部超出列車(chē)測(cè)速范圍時(shí)，若列車(chē)處于制動(dòng)狀態(tài)下切除電制動(dòng)，則由空氣制動(dòng)進(jìn)行管理；若列車(chē)處于牽引狀態(tài)下，則采取限速運(yùn)行措施。

3 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置

中低速磁浮列車(chē)在正常運(yùn)行時(shí)，基于磁浮列車(chē)的懸浮特性，車(chē)體與軌道不接觸，此時(shí)懸浮架與軌道存在8～10 mm的間隙。制動(dòng)夾鉗能夠適應(yīng)車(chē)輛在起浮和降落過(guò)程中的豎向位移變化。制動(dòng)夾鉗上的浮動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于在制動(dòng)時(shí)調(diào)整因列車(chē)高度變化而產(chǎn)生的位移量，使得制動(dòng)夾鉗在制動(dòng)時(shí)，能夠在懸浮和落車(chē)狀態(tài)間自由轉(zhuǎn)換。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)中低速磁浮列車(chē)制動(dòng)特性的分析研究,磁浮列車(chē)制動(dòng)時(shí)不受輪軌間黏著的限制,制動(dòng)減速度在設(shè)計(jì)時(shí)可高于輪軌列車(chē),制動(dòng)方式能夠滿(mǎn)足磁浮列車(chē)的制動(dòng)需求。中低速磁浮列車(chē)具有乘坐舒適、安全性高、爬坡能力強(qiáng)和響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代城市軌道交通的重要補(bǔ)充，同時(shí)也是城市軌道交通領(lǐng)域的一種新的交通系統(tǒng)。