FHQ-Q-1 型空氣防滑系統控制技術研究

石 億 武小平 劉 泉 黃金虎

（中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412001）

0 引言

隨著列車運行速度的不斷提高，防滑系統在列車運用過程中發揮著重要的作用，它能夠充分利用輪軌黏著，防止輪對因滑行或抱死造成擦傷，并縮短制動距離，保證列車停車安全。

FHQ-Q-1 型空氣防滑系統采用軸控方式對輪對進行防滑保護，適用于機車空氣制動系統，同時，對國內防滑控制技術的研究具有積極的作用。

1 防滑系統組成

FHQ-Q-1 型空氣防滑系統主要由防滑主機、速度傳感器和防滑排風閥等組成，如圖1 所示。

圖1 空氣防滑系統組成示意圖

防滑主機采用微機控制方式，具有速度采集與計算、滑行判斷與控制、數據存儲、以太網通信、自檢、故障查詢與顯示等功能；速度傳感器采用非接觸式電流型霍爾傳感器，安裝于軸箱蓋上，感應測速齒輪輸出脈沖信號；防滑排風閥安裝于制動管與制動缸之間的連接管路上，由防滑主機控制，實現制動缸的充風、保壓、排風功能。

2 防滑控制原理

FHQ-Q-1 型空氣防滑系統以速度差和減速度作為滑行判據， 當檢測到輪對發生或即將發生滑行時，控制防滑排風閥排風，降低作用在輪對上的制動缸壓力降到黏著力以下，防止車輪滑行。 當輪軌黏著恢復以后，防滑主機控制防滑排風閥充風，恢復輪對的制動缸壓力，保證車輛安全停車。

2.1 速度差判據

將參考速度Vf與軸速度V取差得到速度差，即ΔV=Vf-V。

如果輪軌粘著條件差，當ΔV≥ΔV1時（第一個速度差判據），防滑主機控制防滑排風閥動作，使制動缸保壓；當ΔV≥ΔV2時（第二個速度差判據），防滑主機控制防滑排風閥動作， 使制動缸階段排風； 當ΔV≥ΔV3時（第三個速度差判據），防滑主機控制防滑排風閥動作，使制動缸一次排風。

如果輪對恢復轉動， 軸速度開始回升， 當ΔV≤ΔV4時（第四個速度差判據），防滑主機控制防滑排風閥動作，使制動缸階段充風；當軸速度接近參考速度時，防滑主機控制防滑排風閥動作，使制動缸一次充風，恢復制動缸壓力。

2.2 減速度判據

當車輛所有軸以相近速度同時發生滑行時，需要采用減速度a判據進行控制，控制原理如下：當軸速急速下降時，a的值相應增大。 當a小于預定值a1時，防滑主機控制防滑排風閥使制動缸排風；隨著軸速回升，當a恢復到預定值a2時，防滑主機控制防滑排風閥使制動缸保壓；當軸減速度a恢復到大于預定值a3時，防滑主機控制防滑排風閥階段充風，使制動缸壓力逐漸恢復；當a恢復到大于預定值a4時，防滑主機控制防滑排風閥一次充風，使制動缸壓力迅速恢復。

3 防滑控制關鍵技術

3.1 參考速度

防滑控制過程中，參考速度要盡可能與列車速度接近，通常選擇車輛中最高的軸速度值中作為參考速度；當車輛所有軸同時滑行時，可根據制動減速度計算的理論速度作為參考速度。

3.2 輪徑修正

輪徑修正是為了消除車輪因磨損對速度計算的影響，以車輛中最低的脈沖頻率值作為標稱輪徑的基準，計算出各軸的修正系數λ，在速度計算中，利用系數λ對各軸的脈沖頻率值進行修正， 就能得到同一基準下的速度值，從而消除車輪因磨損造成的輪徑差影響。

3.3 相鄰切換控制

防滑系統具有相鄰切換控制功能，當轉向架某一輪對的速度傳感器故障時，若該輪對的防滑排風閥無故障，則該防滑排風閥的動作由轉向架另一輪對的防滑排風閥動作保持一致；當轉向架上二個輪對的速度傳感器均故障時，此轉向架的二個防滑排風閥的動作與另一轉向架相鄰輪對的防滑排風閥動作保持一致；如果二個轉向架上至少三個輪對的速度傳感器同時故障，則防滑系統故障，并切除防滑系統控制功能。

4 故障診斷及安全導向

4.1 軟件死機故障檢測

采用外部看門狗芯片檢測單片機運行狀態，且控制軟件定時對看門狗芯片進行“喂狗”，當控制軟件故障停止“喂狗”后，看門狗芯片復位單機片，并重啟控制軟件。

4.2 速度傳感器故障檢測

結合硬件電路和軟件設計，實現對速度傳感器的短路、斷路、突變、超限等多種故障狀態檢測，當檢測到速度傳感器故障時，提示相應的故障碼，并采用“相鄰切換控制”方法，降低因速度傳感器故障切除防滑功能而導致擦輪風險，提高防滑控制效果。

4.3 防滑排風閥故障檢測

防滑排風閥輸出控制具有過流和輸出反饋故障檢測， 當檢測到轉向架某一軸防滑排風閥故障時，提示相應的故障碼， 并切除故障軸的防滑控制功能，使制動缸處于充風狀態，保證車輛停車安全。

4.4 連續排風超時監測

采用軟/硬件相結合的方式，設計了軟件定時器和硬件定時器，當防滑排風閥處于排風狀態時，同時觸發軟/硬件定時器對排風狀態計時，如果計時時間超過TB/T 3009—2019 《機車車輛制動系統用防滑裝置》要求的閾值，則控制軟件切除防滑系統控制功能，且硬件定時器關斷防滑排風閥電源，使制動缸處于充風狀態，保證車輛停車安全。

5 試驗

FHQ-Q-1 型防滑系統裝用廣州地鐵18#-22#工程車，并根據TB/T 3009—2019《機車車輛制動系統用防滑裝置》標準要求，在北京環鐵開展120 km/h 緊急制動防滑試驗，試驗結果如表1 和圖1 所示。

表1 試驗結果

圖2 120 km/h 緊急制動防滑

6 結語

分析了FHQ-Q-1 型空氣防滑系統的控制原理、關鍵技術、故障檢測及安全導向，并通過動態試驗對防滑系統進一步驗證，試驗結果表明，FHQ-Q-1 型空氣防滑系統具有良好防滑控制效果，并為防滑控制的深入研究提供了技術基礎。