和諧號動車組制動系統制動試驗方法

章 陽，張 洋，蔣 軍，胡 宇

（中國鐵道科學研究院 機車車輛研究所，北京100081）

隨著我國高速列車技術的飛速發展，制動系統的制動負荷急劇增加，制動系統也愈加復雜，其運用可靠性直接關系到列車的運行安全。為了確保列車運行過程中，制動系統能隨時正常可靠地工作，在列車每次上線運行之前，必須進行制動試驗，以確認制動系統各項功能是否正常。8輛編組的CRH3型動車組由4輛動車和4輛拖車組成。列車可以單組或兩列連掛運行。列車制動系統包括有直接制動和間接制動。直接制動系統是一套由電氣直接控制氣動摩擦制動的制動系統。間接制動系統是一套自動式空氣制動系統，在直接制動系統故障情況下提供緊急制動功能以及作為備用模式。常用制動采用復合型的制動方式，使用電制動和直接制動聯合作用。制動試驗必須驗證直接制動系統和備用制動系統的各項功能，確保列車能夠有效執行緊急制動。制動試驗包括自動制動試驗、菜單引導的制動試驗、短制動試驗。

1 制動試驗的實施目的

制動試驗的目的是驗證制動系統的可操作性，用以保證其安全性和可用性。制動系統的關鍵部件有風源系統、控制系統、基礎制動裝置、總風管、列車管、緊急制動環路等。其功能有直接制動功能、間接制動功能、防滑功能、緊急制動功能。制動試驗必須驗證上述關鍵部件的可用性和功能的可靠實施。而且，為了確保在緊急情況下，能夠可靠施加緊急制動使列車安全停車，制動試驗最重要的一項是確認列車緊急制動有效率。在緊急制動有效率低于100%的條件下，列車必須限速運行。

2 制動試驗的實施方法

2.1 自動制動試驗（ABT）

動車組在每次上線之前必須進行一次自動制動試驗。在下線之后，司機可通過司機屏（TD－HMI）設定列車再次上線運行的時間，列車中央控制單元將計算制動試驗的開始時間，并在那個時間啟動制動試驗，由制動控制單元執行試驗。自動制動試驗內容包括：

（1）總風管貫通性試驗；（2）空壓機試驗；（3）列車管泄漏試驗；（4）直接制動試驗，包括高壓力／低壓力模式；（5）防滑試驗；（6）列車管貫通性試驗；（7）間接制動試驗；（8）各頭車內間接制動的緊急制動閥試驗；（9）由局部制動控制單元介入的停放制動監控環路試驗；（10）由停放制動環路介入的緊急制動環路試驗；（11）制動有效率的計算。

2.2 菜單指導的制動試驗（MBT）

如果不執行自動制動試驗，司機可以通過司機屏進入菜單引導的制動試驗，根據菜單提示，按步驟完成制動試驗。在每一項試驗過程中，司機屏都會顯示試驗進度和各階段的結果。菜單指導的制動試驗內容包括：

（1）總風管貫通性試驗；（2）列車管泄漏試驗；（3）間接制動試驗，包括列車管連續性試驗；（4）直接制動試驗，通過扳動制動手柄在制動級位與緩解位置上進行直接制動施加與緩解；（5）緊急制動試驗，通過扳動制動手柄至緊急制動位置上進行；（6）列車管連續性試驗；（7）制動有效率的計算。

2.3 短制動試驗（SBT）

在自動制動試驗后、司機換端操縱、列車連掛或解編后，需要執行短制動試驗。短制動試驗的步驟包括：

（1）通過扳動制動手柄在制動級位與緩解位置上進行直接制動施加與緩解試驗；（2）通過扳動制動手柄至緊急制動位置上進行緊急制動試驗；（3）在兩列動車組聯掛之后進行列車管貫通性試驗。

2.4 手動制動試驗（HBT）

在沒有司機屏和制動控制單元支持的時候，必須由司機進行手動制動試驗。司機和乘務員通過觀察壓力表和機械指示儀表來檢測手動制動試驗的結果。手動制動試驗的內容包括：

（1）在任意一個列車管相關試驗失敗時，用指針壓力表測試列車管壓力；（2）用指針壓力表測試列車總風壓力；（3）用指針壓力表驗證列車管充風；（4）通過機械制動狀態指示器驗證每一輛車的制動施加和緩解。

3 制動試驗的相關接口

3.1 制動試驗期間BCU的功能層次

在制動試驗期間，有3個主要的任務需要制動控制單元（BCU）執行，按照這些任務的層次等級，也將BCU分為3個層次：

（1）列車制動管理器（TBM），由本務頭車主BCU承擔；（2）分段制動管理器（SBM），由各牽引單元中的頭車主BCU承擔；（3）本地制動控制單元（LBCU），即各車本地的BCU。

根據BCU所在的車輛的位置，BCU所承擔的功能會有所重疊。表1列出了不同車輛的BCU的用途和承擔的功能：

表1 不同車輛的BCU的用途和功能

根據上述3個層次分級，在制動試驗期間，各相關設備之間通過多功能列車總線（MVB）的通訊也有嚴格的限制，只能在限定的兩者之間發送／接收命令和試驗結果，見表2及圖1。

表2 允許互相通訊的設備

3.2 自動制動試驗的信號流

自動制動試驗的命令和試驗結果的信號流如圖2。

圖1 制動試驗通訊結構

列車中央控制單元（CCU）在司機設定的時刻經由多功能車輛總線（MVB）向列車制動管理單元（TBM）發送自動制動試驗請求，TBM接收到請求后，按下列順序開始執行自動制動試驗（ABT）：TBM通過MVB向列車組內的全部SBM傳輸ABT命令，SBM向其有關的LBCU發送ABT命令，LBCU經由MVB向SBM報告每個局部制動試驗結果，SBM通過MVB向TBM報告局部制動試驗結果，TBM根據各MVB分段的SBM發送過來的制動試驗結果信息產生匯總的ABT結果，然后將該結果報告給CCU和TD－HMI。

3.3 菜單引導的制動試驗的信號流

菜單引導的制動試驗的命令和試驗結果的信號流如圖3。

司機在TD－HMI上選擇的試驗命令經由多功能車輛總線（MVB）向TBM 發送自動制動試驗請求，TBM接收到請求后，按下列順序開始執行制動試驗：TBM通過MVB向列車組內的全部SBM傳輸MBT命令，SBM向其有關的LBCU發送MBT命令，LBCU經由MVB向SBM報告每個局部制動試驗結果，SBM通過MVB向TBM報告局部制動試驗結果，TBM根據各MVB分段的SBM發送過來的制動試驗結果信息產生匯總的MBT結果，然后將該結果報告給TD－HMI。

圖2 ABT命令和試驗結果信號流

圖3 MBT命令和試驗結果信號流

4 制動試驗的實施流程

制動試驗由TBM接收CCU或TD－HMI的指令，然后下發至各個SBM，SBM又命令自己網段內的LBCU來執行制動試驗；LBCU執行完畢，將結果報告給SBM，各個SBM將本網段內的試驗結果報告給TBM，TBM發送給TD－HMI顯示。制動試驗完成后，TBM根據由LBCU報告的摩擦制動有效的車輛的數量，計算當前緊急制動有效率值并經由MVB向TD－HMI發送此值。

4.1 TBM實施過程

TBM控制整列動車組的制動試驗。在制動試驗開始階段，列車的本務頭車內的兩個BCU進行主－從配置，主BCU被配置為TBM。TBM執行以下功能：

在ABT期間：（1）接收和處理來自CCU的命令，以便執行ABT；（2）向其下屬的SBM發送ABT的啟動和中止命令；（3）確定列車需要進行的局部試驗并向其下屬的SBM發送此信息；（4）從其下屬的SBM接收和處理中止ABT的請求；（5）收集其下屬的SBM每個試驗步驟的結果，并在ABT結束之時向TD－HMI發送匯總的結果。

在MBT期間：（1）接收和處理來自TD－HMI的命令，以便執行MBT；（2）向其下屬的SBM發送MBT的啟動和中止命令；（3）確定列車需要進行的局部試驗并向其下屬的SBM發送此信息；（4）從其下屬的SBM接收和處理中止MBT的請求；（5）收集其下屬的SBM每個試驗步驟的結果，并發送給TD－HMI以便TDHMI提示司機下一步操作。

4.2 SBM實施過程

SBM從屬于TBM。由4輛車組成的每個MVB分段都有一個SBM，它執行以下功能

（1）接收和處理來自TBM的命令，以便開始和中止ABT／MBT并向其下屬的局部BCU發送命令；（2）從TBM接收命令，以便進行實際的試驗步驟并向其下屬的局部BCU發送命令；（3）向TBM發送關于第一輛車、最后一輛車、連掛的狀態的信息；（4）收集來自下屬的BCU的每個試驗步驟結果并發送給TBM。

4.3 LBCU實施過程

LBCU從屬于本MVB分段的SBM，每輛車的第一個BCU（BCUx.1，x＝1，2，3，4）在制動試驗期間稱為LBCU，它執行下列功能

（1）從SBM接收命令，以便開始和中止制動試驗的實際試驗步驟；（2）執行實際試驗步驟；（3）將實際試驗步驟結果發送給所屬SBM。

4.4 試驗結果及制動有效率的計算

如果完成ABT，TBM將向TD－HMI發送試驗結果，顯示給司機。

TBM將匯總ABT的各部分的結果，并將下列任一情況報告給CCU。

（1）成功進行了自動制動試驗；（2）未成功進行自動制動試驗；（3）自動制動試驗中止。

TBM將通過MVB向列車組內的所有頭車BCU發送下列結果。

（1）成功進行了自動制動試驗；（2）未成功進行自動制動試驗；（3）自動制動試驗中止；（4）成功進行了MRP貫通性試驗；（5）未成功進行MRP貫通性試驗。

局部BCU1.1和BCU1.2將儲存從TBM接收到的ABT結果，以及從MVB接收到的數據和時間信息。全部BCU1.1和BCU1.2向MVB發送下列儲存的信息，包括數據和時間。

（1）成功進行了自動制動試驗；（2）未成功進行自動制動試驗；（3）自動制動試驗中止；（4）成功進行了MRP貫通性試驗；（5）未成功進行MRP貫通性試驗。

在進行MBT過程中，TD－HMI會在每項制動試驗過程中提示司機操作并顯示中間過程和結果。

制動試驗結束之后，TBM根據由局部BCU報告的摩擦制動有效的車輛的數量計算當前制動有效率值并經由MVB向TD－HMI發送此值。制動有效率的計算方法為：

η＝（n÷N）×100%

η為列車緊急制動有效率；

n為能有效執行緊急制動的車輛的數量；N為列車編組的車輛總數。

5 結論

制動試驗的內容涵蓋了制動系統的所有關鍵部件，通過制動試驗可以驗證這些關鍵部件的可用性和制動功能。緊急制動有效率能確保在相應運行速度下，能夠可靠施加緊急制動使列車安全停車。和諧號動車組的運營證明，制動試驗是有效的和必要的。