成都地鐵3號線電客車制動系統防滑異常故障分析

黃 曄

(成都地鐵運營有限公司, 成都 610035)

成都地鐵3號線電客車制動系統，是采用微機控制的模擬式電-空制動系統。內設監控終端，它能在司機控制器、ATO或ATP的控制下對列車進行階段或一次性的制動與緩解，具有自診斷和故障記錄功能以及常用制動、緊急制動、停放制動和滑行控制等功能。

滑行控制作為制動系統的一項重要功能，主要用于防止制動力超過黏著引起的輪對滑行或抱死造成輪對踏面擦傷。正線若報出防滑異常故障，不僅會在HMI上彈出故障提示，對司機行車造成影響；嚴重時甚至會使對應軸防滑失效，導致擦輪甚至輪對抱死等嚴重后果。

下面就成都地鐵3號線的電客車制動系統防滑異常故障案例從現象、原因到整改措施及效果做簡要闡述。

1 防滑控制功能概述

1.1 防滑系統的構成

防滑控制系統主要設備由制動控制器BECU，防滑控制閥及速度傳感器組成，見圖1防滑控制裝置方框圖。

圖1 防滑控制裝置方框圖

1.2 滑行狀態的檢測

各車的BECU接收本車安裝在各軸上的速度傳感器發出的脈沖信號，演算各軸的速度和減速度。在非牽引狀態下，各車的BECU通過監視各軸與基準軸之間的速度差和減速度實時數據，與制動軟件中的滑行判定條件進行比較，實現滑行檢測的功能。

1.3 滑行狀態的控制

各車的BECU檢測到滑行狀態后，通過控制每軸的防滑控制閥(PCV)，排出滑行軸制動缸中的壓力空氣，進行滑行再黏著控制。

1.4 防滑控制的目的

當由于制動力超過輪軌黏著力使輪對踏面由滾動到出現滑動狀態時，防滑系統能夠檢測出這種滑行并能通過減小滑行輪對上的制動力，緩解出現滑行輪對上的滑動程度，從而防止輪對抱死和輪對踏面擦傷。防滑控制裝置邏輯見圖2。

圖2 防滑控制邏輯圖

2 案例分析

2.1 故障簡介

3號線電客車自2017年1月起，正線多次接報單車空氣制動欄顯紅，HMI故障提示顯示某節車空氣制動系統故障、某軸防滑異常，但車輛停穩后故障便自動恢復正常。該類故障的多次發生不僅給司機帶來了較大影響，同時給行車安全埋下隱患。從2017年1月至5月，正線共發生同類故障7起，占3號線電客車制動系統正線故障的87.5%，成為正線最主要的制動系統故障，故障統計見圖3。

圖3 正線防滑故障統計

2.2 原因分析

故障車輛回庫后，車輛技術人員組織制動廠家下載了系統控制終端內的故障記錄，并利用魚骨圖分析法進行了末端原因分析。

2.2.1魚骨圖末端原因分析

查詢車輛故障記錄發現，發生此類故障時，車輛均不在制動工況，處于牽引或惰行狀態；再對可能導致滑行的因素進行了魚骨圖末端分析，見圖4。

圖4 魚骨圖末端分析

如圖4所示，線路濕度大，軌面、踏面臟污，滑行判斷條件不合適，防滑閥故障，防滑動作不及時，速度傳感器故障，進站制動級位過大，非制動工況下誤報防滑異常故障，均為可能造成防滑異常故障率偏高的末端原因。對此，車輛技術人員進行了一系列的工作以確認故障的主要原因(表1)。

表1 主要原因確認表

結合以上分析，初步推斷導致防滑異常故障的主要原因為非制動工況下的誤報。隨即組織相關技術人員及廠家對故障記錄進行了深入分析。

2.2.2故障記錄分析

根據防滑異常故障記錄(圖5)，可將其分為①～③3個時間段內發生的情況進行說明。

3號線制動系統狀態判斷邏輯：牽引指令=0，制動指令=1時為惰行狀態；牽引指令=1，制動指令=1時為牽引；牽引指令=0，制動指令=0時為制動。(設計出于安全考慮，制動指令低電平時施加制動)

①車輛在惰行狀態下，在-5.4 s時，系統檢測到全部4根軸發生滑行，見圖6。

②從第-5.0 s開始至0.0 s，車輛處于惰行狀態中，無法檢測到第2軸的加減速度變化，見圖7。

③BECU在車輛惰行狀態下檢測到2軸發生了滑行。但由于車輛處于惰行狀態，在檢測到能夠滿足滑行解除的條件之前，BECU檢測到的是一段長達5 s的既無加速又無減速的工況，導致觸發了制動系統防滑異常故障邏輯。

防滑異常故障邏輯：從BECU檢測到某軸發生滑行開始，直到該軸狀態滿足解除條件期間，如果出現5 s以上Δv都為0時，將判斷該軸防滑控制失效(即通過防滑控制功能無法改善該軸滑行狀態)，同時切除該軸防滑控制功能，直至列車完全停穩后恢復。

綜上所述：成都地鐵3號線電客車制動系統發生正線防滑異常故障的原因在于防滑異常故障邏輯未能考慮到在系統檢測到滑行后，且在該軸滑行尚未糾正之前，列車有可能不進入制動狀態，而是進入惰行或牽引狀態并在短時間內(5 s)無法恢復。導致列車正線在非制動工況下誤報防滑異常故障，且將對應軸的防滑控制功能切除，直到停車后才能恢復。

圖5 故障記錄

圖6 故障記錄

圖7 故障記錄

2.3 整改措施及效果

找到該類問題的根本原因后，車輛技術人員組織制動廠家于2017年4—6月完成了3號線制動程序升級驗證及批量刷新，將3號線車輛制動系統控制程序由V2.4升級至V2.5，優化了防滑異常故障邏輯：在防滑異常判斷邏輯中加入僅在制動工況下，且制動缸壓力>25 kPa的限制條件。

經過系統優化，已將該類問題故障率降到0.5件/月以下(圖8)。

圖8 故障趨勢對比圖

3 工作啟發

針對這類故障整改，分別建議在3個方面作出優化改進，以避免同類故障再次發生：

(1)新線建設方面，在新線設計聯絡階段，對車輛牽引、制動等關鍵系統軟件邏輯進行論證分析，秉持運營前置理念，盡量將隱患消除在設計、制造階段。在新車型式試驗過程中，重點關注電客車防滑問題，并將防滑試驗作為調試大綱項點之一，保證新車驗收后能夠順利投入運營。

(2)修程修制方面，通過列檢、里程檢、均衡修等修程對電客車輪對狀態進行檢查測量，及時發現輪對踏面異常，通過異常現象結合車輛故障記錄查找相關可能故障。

(3)在線監測方面，通過在線監測系統實時對正線電客車狀態進行監控，掌握電客車運行情況，及時發現異常數據及故障接報。

4 結束語

隨著成都7號線的開通試運營，成都地鐵“井+環”格局形成，標志著成都地鐵正式進入線網化運營時代。線網客流總量、密度不斷加大，對行車間隔、運營組織能力的要求不斷加大，對電客車等行車關鍵設備的穩定性要求隨之變得越來越高；同時舊線設備老化加劇，新線新產品新技術運用增多，這需要地鐵工程技術人員不斷的探索、研究、總結，做好維保工作，保證設備狀態良好。