城軌車輛防滑系統控制原理及失效模式分析

張貝貝

摘? 要：防滑控制系統是城軌車輛的基本組成部分，其在城軌車輛的安全運用過程中至關重要，一旦列車運行過程中發生防滑系統故障，將對整列車乘客的人身安全造成威脅，文章介紹了城軌車輛防滑控制系統的構成及控制原理及控制過程，從嚴重度、頻度和探測度三個方面對防滑控制系統組成部件的潛在失效模式進行分析，為解決防滑系統故障保證列車安全運行提供了一種新思路。

關鍵詞：城軌車輛? 防滑系統? 防滑故障? 失效模式分析

中圖分類號：U463.6 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2021）01（b）-0063-03

Control Principle and Failure Mode Analysis of Anti-skid System of Urban Rail Vehicles

ZHANG Beibei

（Hunan Vocational College of Railway Technology， Zhuzhou， Hunan Province， 412006 China）

Abstract： The anti-skid control system is a basic part of urban rail vehicles. It is very important in the safe use of urban rail vehicles. Once the anti-skid system fails during train operation， it will threaten the personal safety of the entire train passengers. The article introduces the composition， control principle and control process of the anti-skid control system of urban rail vehicles. The potential failure modes of the components of the anti-skid control system are analyzed from the three aspects of severity， frequency and detection. It provides a new idea for solving the failure of the anti-skid system to ensure the safe operation of the train.

Key Words： Urban rail vehicle; Anti-skid system; Slip failure; Failure mode analysis

城軌車輛作為目前城市軌道交通中的重要構成，不僅承擔著輸運旅客和緩解城市交通壓力的職能，而且需要將旅客安全、快速、舒適地送達目的地，防滑控制系統作為保證車輛運行的主要系統，在列車正常穩定運行過程中起著重要的作用。

防滑系統作為列車制動控制系統的基本組成部分，它的重要功能是預防由于制動缸壓力大于輪軌黏著力而導致的車輪滑行或者抱死，進而避免車輪踏面損傷。在制動缸壓力大于輪軌黏著力時，車輪在軌道上的運動由滾動變為滑動，防滑控制系統能夠探測出此滑行狀態，同時降低作用在車軸上的制動力，從而使有滑行情況的車輪的滑行程度降低，在預防車輪損傷的同時，最大化地利用黏著力，在短距離內實現列車制動。因此對城軌車輛防滑控制系統進行失效模式分析具有十分重要的意義，便于采取有效措施避免防滑控制系統失效[1]。

1? 防滑系統控制原理

1.1 防滑系統的組成

當前各地鐵公司在段運行列車的防滑系統雖然型號不盡相同，但是組成部件相似，通常由制動控制器、空氣管路、防滑排風閥、制動器部件、速度傳感器等部件構成，如圖1所示。

其中速度傳感器的作用是采集各節車車軸運行的速度信號，傳送給制動控制裝置;制動控制裝置內的防滑控制模塊能夠根據速度差值以及減速度的差值等輸入實現是否滑行的判斷，可以及時的監測滑行狀態并進行防滑的控制。防滑排風閥的功能是在列車出現滑行狀態時對出現滑行的車軸的制動缸壓力值進行調節;制動器部件的功能是施加制動力。

依據施加制動指令時車輛的運行狀態，防滑閥有如下3種工作模式。

（1）非滑行狀態：制動缸管路和整車制動系統管路正常連通，防滑排風閥不對制動缸內空氣壓力調節。

（2）緩解狀態：防滑排風閥阻斷制動缸內壓縮空氣的來源，并排出制動缸內的壓縮空氣，控制對應車軸上的制動力降低。

（3）保壓狀態：防滑排風閥阻斷風源到制動缸的壓縮空氣，保證制動缸內壓力不變。

1.2 防滑控制過程

城軌車輛防滑控制系統通過采集速度差值和減速度值來監測車輪是否存在滑行。當列車其中某個車軸的運行速度小于列車運行的參考速度時，或者某個車軸的減速度值接近設定值時，系統判斷該車軸存在滑行。以減速度值為標準判斷車軸滑行后，防滑系統控制該車軸的制動缸階段排風;以速度差值為依據判斷車軸滑行后，防滑控制系統控制該車軸的制動缸快速排風，使該車軸的制動缸壓力值迅速降低。當存在滑行狀態的車軸上的加速度值重新達到正常值范圍內時，控制制動缸進行階段充風，使該車軸上的制動力達到正常要求。當車軸的速度重新達到參考速度值，則系統判斷該車軸不存在滑行，切除防滑控制。列車采用空氣制動時出現的防滑控制，單個車軸持續排風的時間不大于5s，且可以調節。在空氣滑行控制不正常工作時也不會引起緊急制動或者常用制動[2]。

2? 防滑控制系統失效模式分析

針對城軌車輛防滑控制系統的構成部件、電路連接、氣路連接等部件的故障機理，對城軌車輛防滑功能進行失效分析，如表1所示。

表1中S為嚴重度（Severity）其數值越高表明失效造成的后果越嚴重、O為頻度（Occurrence）越大表明失效模式越容易發生，D為探測度（Detection）越大表明失效模式越難被探測到。風險系數RPN=（S）× （O）×（D），其值越高，表明該失效模式造成風險越嚴重，需要采取一定的措施來避免該失效模式的發生。

通過上述表格中的分析，防滑控制系統的程序故障的RPN值為最高，表明程序故障是造成系統失效的重要因素，因此設計或使用防滑控制系統是需要重點關注系統的程序，盡量避免程序問題引起的整個系統的失效。

3? 防滑控制系統典型故障分析

3.1 非制動工況下誤報防滑異常

該故障導致列車控制系統報空氣制動系統存在故障，某一個車軸防滑異常，當列車停車后故障解除，系統恢復正常。經后續分析，該問題主要是由于防滑控制程序中判斷防滑系統存在異常的邏輯沒有包含在系統監測到車軸滑行后，同時在車軸的滑行狀態未被處理前，車輛存在不能施加常用制動的情況，此時車輛為牽引或惰行工況，同時在5s內不能恢復。從而使車輛在運行情況下未進行制動時系統也報出防滑系統存在異常，同時也將相應車軸的防滑功能失效，在列車停穩后故障才消失，后續對程序進行更新后即解決該問題[3]。

3.2 地鐵車輛多次停車誤差較大

車輛運行過程中有速度傳感器信號的跳變，從而引起電制動狀態下的滑行，2s后由BCU控制使電制動失效，使空氣制動的防滑控制功能來調節整車的滑行狀態，實際上2s后經過電制動的防滑狀態調節，車輛已經處于正常狀態，此時施加空氣制動滑行，導致停車誤差較大。后續把BCU切斷電制動作用的時間由2s調整為4s，以使電制動調節整車的滑行狀態的時間充足，4s后調節不到正常狀態時才啟動空氣制動防滑控制系統進行車輛的滑行狀態調節[4]。

4? 結語

通過對城軌車輛的防滑控制系統的組成部分以及控制原理進行分析介紹，并對引起防滑控制系統失效的因素進行分析，明確導致防滑系統失效的各種因素，為排除城軌車輛的防滑系統故障和解決由防滑系統故障引起的問題提供思路，以確保車輛能夠運行正常，保障車輛的行車安全。

參考文獻

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