某地鐵車輛制動狀態故障分析與改進措施

劉瑜 何小軍 劉堯喜 亓保平

摘 要：采用EP2002制動系統的某地鐵車輛在運行過程中，HMI多次報出制動狀態故障，提示某節車制動狀態不一致，經下載制動系統故障數據分析，制動系統并未報出故障。對TCMS系統數據分析后，發現該故障的根本原因在于制動狀態故障的判斷邏輯。本文通過對故障數據與制動狀態故障判斷邏輯進行深入分析，明確了制動狀態故障的問題原因，并制定了改進措施，經過改進后，列車運用良好，未再報出該故障。

關鍵詞：制動狀態故障;架控;制動系統;EP2002

0 引言

某地鐵項目車輛制動系統采用EP2002制動系統，該制動系統為架控式，即每個EP2002閥控制一個轉向架的空氣制動，由于其先進性與可靠性，目前在國內地鐵項目中得到了廣泛運用。本地鐵項目車輛上線以來，多次報出制動狀態故障，其中T555車報5車制動狀態故障，T252車報2、3、6車制動狀態故障。回段后，分析制動系統監控數據，制動系統制動狀態正常，未報故障。對下載的TCMS系統數據進行分析，發現該問題是由于制動狀態故障判斷的邏輯導致的。

本文通過對制動狀態故障判斷邏輯深入分析，結合TCMS系統故障數據，研究該故障的根本原因，并制定有效改進措施。

1 制動狀態故障判斷邏輯分析

制動狀態故障主要基于制動狀態一致性判斷，TCMS系統比較LCU從智能閥（網關閥）采集的硬線信號與BCU通過MVB網絡發出的制動狀態信號是否一致，當不一致時，報出制動狀態故障。

1.1 制動狀態信號來源

本地鐵項目車輛制動系統采用EP2002制動系統。如圖1原理圖所示，每節車輛上的智能閥（網關閥）上PL2插頭針腳的制動狀態信號均通過硬線給 LCU 進行采集，該處信號為一個0.4 bar壓力開關信號，每個智能閥（網關閥）制動狀態判斷邏輯是：制動缸壓力大于 0.4 bar 時，判定該閥為制動狀態;制動缸壓力不大于 0.4 bar 時，判定該閥為緩解狀態。LCU采集該信號后發送到TCMS系統。

另一方面，制動系統BCU對于制動狀態（施加或者緩解）通過 EP2002 閥內置控制軟件實時讀取制動缸壓力予以判斷，并向 TCMS系統實時反饋。

1.2 制動狀態故障判斷邏輯

本項目中，TCMS系統將每節車的BCU反饋網絡的制動狀態信號與LCU采集的制動狀態硬線信號作一致性判斷，其判斷邏輯如下：

①BCU 反饋轉向架 1 或轉向架 2 制動未施加，同時 LCU 反饋轉向架 1空氣制動或轉向架 2空氣制動未緩解;

②BCU 反饋轉向架 1 且轉向架 2 制動已施加，同時 LCU 反饋轉向架 1空氣制動且轉向架 2空氣制動已緩解。

上述情況下，持續時間超過 8 s報出制動狀態故障。

即對BCU 反饋轉向架 1 和轉向架 2的制動施加信號取“與”運算，對LCU 反饋轉向架 1和轉向架 2制動緩解信號取“與”運算，二者結果相等時，持續時間超過 8 s報出制動狀態故障。其具體判斷邏輯如表1所示，當每節車的BCU反饋網絡信號與LCU采集硬線信號符合下述條件時，則判斷制動狀態故障。

該邏輯本意是比較LCU從智能閥（網關閥）采集的硬線信號與BCU通過MVB網絡發出的制動狀態信號是否一致，當不一致時，報出制動狀態故障。但實際上從表1來看，當單節車架1與架2的制動信號不一致時，盡管此時BCU反饋網絡的制動狀態信號與LCU采集的制動狀態硬線信號一致，超過 8 s也會報出制動狀態故障。

例如，當單節車架1與架2制動狀態不一致時，表中信號（BCU架1制動施加，BCU架2制動施加，LCU架1制動緩解，LCU架2制動緩解）為0 1 1 0 或者1 0 0 1，超過8 s也會報出制動狀態故障。此時，BCU反饋網絡的制動狀態信號與LCU采集的制動狀態硬線信號實際上是一致的。

2 故障數據分析

T555車與T252車的制動系統數據無異常，因此，對T555車與T252車的TCMS故障數據進行分析。

2.1 T555車故障數據分析

查詢TCMS系統數據，在10：57：54時，架1制動缸壓力34 kPa，架2制動缸壓力36 kPa，BCU判斷架1制動未施加，架2制動已施加，LCU采集信號架1制動緩解，架2制動未緩解，反饋給TCMS系統信號（BCU架1制動施加，BCU架2制動施加，LCU架1制動緩解，LCU架2制動緩解）為（0 1 1 0），此時，BCU與LCU反饋信號一致，架1緩解，架2制動，此狀態延續10 s至10：58：04。制動狀態故障判斷邏輯成立，因此報出制動狀態故障。

2.2 T252車故障數據分析

查詢TCMS系統數據，在05：45：31時，B1車架1制動缸壓力37 kPa，B1車架2制動缸壓力37 kPa，BCU判斷B1車架1制動已施加，B1車架2制動未施加，LCU采集信號架1制動未緩解，架2制動緩解，反饋給網絡系統信號（BCU架1制動施加，BCU架2制動施加，LCU架1制動緩解，LCU架2制動緩解）為（1 0 0 1），此時，BCU與LCU反饋信號一致，架1制動，架2緩解，此狀態延續8 s至05：45：38。制動狀態故障判斷邏輯成立，因此報出2車制動狀態故障。

在05：45：31時，C1車架1制動缸壓力37 kPa，C1車架2制動缸壓力35 kPa，反饋給網絡系統信號為（0 1 1 0），此狀態延續8 s至05：45：38。制動狀態故障判斷邏輯成立，因此報出3車制動狀態故障。同理，C2車架1制動缸壓力38 kPa，C2車架2制動缸壓力34 kPa，反饋給網絡系統信號為（1 0 0 1），報出6車制動狀態故障。

3 原因分析與改進措施

3.1 原因分析

原因主要有以下2點：

①BCU 對于制動狀態（施加或者緩解）通過 EP2002 閥內置控制軟件實時讀取制動缸壓力予以判斷，并向 TCMS 實時反饋。LCU 讀取信號源為 EP2002 閥 PL2 插頭針腳 壓力開關信號。LCU所使用開關信號觸發值均參考如下名義值：

- 制動壓力下降沿（緩解方向） 動作值： 0.25 bar;

- 制動壓力上升沿（施加方向） 動作值： 0.4 bar;

在不同的制動進程里，同樣的BCP壓力在臨界區間，可能會對應著不同的制動狀態信號。

上述報出故障的車輛BCP壓力記錄值在0.34 bar～0.38 bar上下，該壓力處于制動施加/緩解狀態判斷臨界點附近，EP2002閥隨機報告制動緩解或者制動施加屬正常現象。

②對于制動狀態一致性的判斷，在以往的車控式制動系統中，是從每節車的信號一致性進行判斷，因為車控式制動系統的特點，整車制動狀態是一致的，所以該控制邏輯在運用過程中未出現過問題。而在本項目中，由于使用了架控式的EP2002制動系統，再沿用以前的控制邏輯，從每節車的信號一致性進行比較，就會導致在架1與架2制動狀態不一致時，會報出制動狀態故障。而在架控式制動系統中，各轉向架制動狀態都是獨立控制的，不同轉向架的制動狀態存在短暫的不一致是正常現象。

3.2 改進措施

對每節車的信號一致性進行判斷，會導致在架1與架2制動狀態不一致時，也會報制動狀態故障。因此將每節車的信號一致性判斷改成每一轉向架的信號一致性判斷。

另外，制動工況時沒有判斷制動狀態的需求，信號一致性主要用于制動未緩解的識別，避免發生制動未緩解，帶閘行駛影響行車安全。因此在制動工況不需要進行信號一致性判斷，可以改為在非制動工況下進行信號一致性判斷。

綜上，針對制動狀態的一致性判斷邏輯改成如下：當列車在非制動的工況下，如果檢測到該架的硬線制動狀態輸出信號和BCU軟件制動狀態輸出不一致超過8 s則判斷制動狀態故障。本項目在制動狀態故障判斷邏輯更改后，安全運行至今未發生一起制動狀態故障。

4 結論

本文對本項目制動狀態故障的判斷邏輯進行了深入分析，找出了該項目頻繁報出制動狀態故障現象的根本原因，并作出了相應的改進措施，經改進后，運用良好，未再出現該故障現象。

參考文獻：

[1]何曄，羅慶.廣州地鐵5號線車輛EP2002制動系統故障分析及改進[J].機車電傳動，2011（4）：50-51.

[2]馬喜成，龍倩倩.地鐵車輛用EP2002制動控制系統[J].機車電傳動，2007（4）：38-42+61.