CRH2型動車組制動系統防滑控制的優化

顧小山

（上海鐵路局 上海動車段，上海 200071）

方法與應用

CRH2型動車組制動系統防滑控制的優化

顧小山

（上海鐵路局 上海動車段，上海 200071）

高速列車一般采用空氣制動聯合再生制動方式進行制動調速或停車，空氣制動和再生制動均為粘著制動，受輪軌間粘著系數的影響。隨著速度的提高，輪軌間的粘著系數呈降低態勢，動車組出現滑行的概率增大，因此動車組的防滑控制也越顯重要。本文通過對CRH2型動車組運用問題的梳理及原因分析，提出相對應的防滑控制優化方案，能有效地減少防滑系統故障。

CRH2型動車組；制動系統；防滑控制

高速列車一般采用空氣制動聯合再生制動方式進行制動調速或停車，這兩種方式均為粘著制動，受輪軌間粘著系數的影響，而輪軌粘著系數主要受動車組行駛速度、雨、霜、雪等氣候條件及軌面和車輪踏面的狀態（生銹、粘附油脂或踏面粗糙度等）的影響，會發生較大變化。因此高速行駛的動車組，在制動時發生滑行的概率很高。不能盡早檢測到滑行，進行有效地防滑控制，輪對相對于軌道將發生滑行，嚴重的情況會導致輪對抱死、踏面擦傷，使制動距離增大，影響動車組運行的舒適度。本文對CRH2系列動車組制動系統防滑控制原理進行介紹，結合CRH2型動車組日常運用中遇到的防滑系統故障進行分析，提出防滑控制優化方案。

1 滑行控制原理

1.1 概要及常見概念

CRH2型動車組的制動力由動車制動控制單元（BCU，Brake Control Unit）計算、分配，優先使用牽引變流器（CI，Converter and Inverter）的再生制動，如再生制動力還不夠就用空氣制動來補充且優先控制拖車的空氣制動。

CRH2型動車組防滑控制為單車控制方式，通過檢測1～4軸的速度，進行速度差和減速度滑行檢測。其中，動車組使用安裝在牽引電機非傳動端的速度傳感器（PG傳感器給CI用、SS傳感器給BCU用），拖車是利用安裝在各車輛軸端的速度發電機所發出的信號。當CI檢測到滑行后，采用減小再生制動模式的方法，空氣制動采用降低BC壓力的方法來進行再粘著的控制，如圖1所示。

1.2 電制動的滑行再粘著控制

當CI檢測到A點后如表1所示。0.6 s之內限定再生模式信號變降為0 V，再生制動力減弱。C點檢測后，2 s之內讓原再生模式信號恢復。如圖2所示。

1.3 空氣制動的滑行再粘著控制

圖1 BCU防滑控制原理

表1 電制動滑行檢測條件

圖2 電制動滑行再粘著控制

當BCU件檢測到A點條件如表2所示，控制相應軸的防滑閥以階梯方式排出BC壓力。BC壓力降低后，該軸的滑行得到控制，接著隨其低速度降低，B點條件成立，便停止BC壓的排氣呈出保持狀態，當C點的條件成立時，就重新升高BC壓力回復為發生滑行前的正常狀態，如圖3所示。

表2 空氣制動滑行檢測條件

2 常見故障

2.1 防滑閥連接器虛接

防滑閥連接器1、2、4號針腳對應的車輛線號及防滑閥氣路的關系如表3和圖4所示。

圖3 滑行再粘著控制的時序圖

表3 防滑閥連接器針腳、線號等的對應關系

圖4 BCU防滑閥連接原理圖

當1或4號針接觸不良時， BCU無法對防滑閥RV排氣閥、HV保持閥進行控制，BC壓力無法降低，車輪滑行狀態無法及時得到抑制，從而致使輪對持續滑行擦傷。

從故障分析可知，當防滑控制回路發生虛接的情況，BCU無法及時監測到防滑閥連接狀態。

2.2 低級別制動時全軸滑行無法檢測

2014年12月16日CRH2A-2008動車組運行途中隨車機械師發現06車與07車之間車底有異音，檢查發現06、07車輪對踏面發生不同程度的擦傷，6車擦傷較為嚴重。對全車BCU數據下載發現故障發生時，全車所有軸均發生不同程度的滑行。并對故障發生時全車基準軸速度數據進行對比，如圖5所示。

圖5 各車基準軸速度數據

01車和08車的第2、3軸由于是ATC軸（Automatic Train Control, 列控系統速度采集基準軸），BCU在制動過程中只要檢測出ATC軸滑行，都對此兩軸采取全排氣的控制，因此01車和08車的基準軸速度比較準確，可以認為接近了列車速度。從圖5可以看出， 02、03、06、07車的基準軸速度均發生不同程度偏移，其中06車最大，故擦傷嚴重。故障原因為當全軸發生滑行后，所有軸速度低于列車速度，且BCU模擬軸選取的減速度β大于小級別制動時的減速（如圖6 所示CRH2型動車組僅考慮快速、緊急、常用制動的模擬減速度，未考慮低級別制動），計算出來的模擬軸速度實際低于列車速度，故選取的基準軸速度發生偏移，無法有效地進行滑行再粘著控制，造成輪對踏面擦傷。

圖6 CRH2型動車組模擬軸減速度曲線

2.3 總風壓力消耗過大引發總風不足導致列車緊急制動

2012年12月13日CRH2C-2098動車組和2013年1月31日CRH2C-2102動車組途中因總風壓力不足造成緊急制動停車。故障原因為當天雨雪天氣，輪軌粘著系數較低，動車組在實施較大級別的制動操作后，動車組出現了全列頻繁的滑行，BCU進行滑行控制，防滑閥頻繁排風，雖然有效的抑制動車組滑行狀態避免輪對踏面擦傷，但頻繁的排風導致列車總風消耗過快，空壓機來不及打風，當總風壓力下降至一定值時，觸發動車組緊急制動停車。

3 防滑控制優化方案

為解決CRH2 動車組現有的防滑控制回路上電自檢功能無法有效檢測到防滑閥連接器虛接、低級別制動時全軸滑行無法檢測及總風消耗過大引發總風壓力不足，并觸發列車緊急制動等問題，防滑控軟件制作為如下幾個方面的優化。

3.1 防滑閥連接器虛接的優化方案

CRH2型動車組僅在二級修作業項目中包含防滑閥自檢試驗，二級修周期跨度較大，不能及時發現連接器虛接斷接的問題，讓BCU實時檢測防滑閥控制回路狀態，會增加BCU工作負荷。故在BCU防滑控制軟件加入BCU初次通電時對防滑閥連接器狀態進行檢查功能，發現異常情況，BCU將故障信息傳輸到司機室、監控室通知列車工作人員，列車工作人員做好應急處理，避免運行途中發生抱死擦傷故障。

3.2 低級別制動時全軸滑行無法檢測的優化方案

對CRH2A-2008故障分析，導致故障發生的原因為低級別制動且發生全軸滑行時模擬軸減速設定不精確所致，故對常用制動模擬軸減速度進行優化設計，增加4N 以下制動的模擬軸減速度如圖7所示紅色曲線，由于列車速度提高，輪軌粘著系數呈下降趨勢，故模擬軸減速度也呈下降趨勢，更加貼近列車實際的減速，有效地滑行再粘著控制，避免輪對踏面擦傷。

3.3 頻繁滑行排風導致總風壓力不足的優化方案

為避免連續滑行過程中總風壓力消耗過大觸發緊急制動的情況，對C 點檢測后的滑行控制策略進行了更新：C 點檢測后，延遲500 ms 進行再生制動請求電壓的恢復，并對滑行軸的BC 壓力進行階段充氣，抑制BC 壓力的急劇供給，避免輪對再次發生滑行，降低滑行發生的頻次。

圖7 優化后的CRH2型動車組模擬軸減速度曲線

4 結束語

本文主要從防滑閥連接器接觸不良、頻繁滑行排風導致總風壓力不足、小級別制動全軸滑行無法檢測等方面對防滑閥軟件進行了相應優化，能有效減少防滑系統故障，確保動車組安全穩定運行。雖然通過軟件可有效檢測防滑閥連接器接觸不良，但從連接器結構上進行優化仍有待研究。

[1]南車四方機車車輛股份有限公司.時速200公里動車組維護檢修說明書[Z]. 2008.

[2]UIC CODE 541-05.Brakes-Specifications for construction of various brake parts-Wheel Slide Protection device(WSP)[S]. 2005, 11 2nd edition.

責任編輯 徐侃春

Optimization of anti-skid control method for Braking System of CRH2 EMU

GU Xiaoshan
( Shanghai EMU Depot, Shanghai Railway Administration, Shanghai 200071, China )

Commonly, the method of air braking combined with electric regenerative braking was used for highspeed train to control the train speed or stop the train to a standstill. This method was belong to adhesive braking. The braking effect was affected by wheel/rail adhesion coeff i cient. With the increase of train speed, the coeff i cient was on a declining cure, the probability of wheel sliding was increased. So the anti-skid control was of signif i cance. This article analyzed the problems of CRH2 EMU trains’ applications, put forward the plan which could optimize the anti-skid control method, reduced the faults of Anti-skid Control System effectively.

CRH2 EMU; Braking System; anti-skid control

U266.2∶TP39

A

1005-8451（2015）10-0041-04

2015-01-15

顧小山，高級工程師。