地鐵車輛兩種典型制動方式的對比分析

周波 張新永 劉中華

摘要：隨著近年來的技術進步，軌道交通車輛在提高電氣制動與空氣制動的協調性，提高冗余度，最大限度地致力于黏著、小型化、輕量化、模塊化制動系統的開發方面發揮了重要作用。文章分別對NABTESCO公司的HRDA制動系統、KNORR公司的EP2002制動系統的車控與架控兩種制動形式進行了梳理，介紹了兩種制動控制方式原理、制動布置方式以及制動控制裝置的差別。

關鍵詞：地鐵車輛；架控；車控；控制原理；制動布置 文獻標識碼：A

中圖分類號：U270 文章編號：1009-2374（2016）18-0102-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.050

1 概述

近年來，隨著技術的不斷進步，軌道交通車輛在提高電氣制動與空氣制動的協調性，提高冗余度，最大限度地致力于黏著、小型化、輕量化、模塊化制動系統的開發方面發揮了重要作用。對于地鐵車輛來說，制動的形式也逐漸成形，主要是分為了車控與架控兩種控制形式，各地鐵車輛公司根據自身軌道交通環境的狀況選擇所需的制動形式。

2 制動系統及制動形式

目前國內城市軌道車輛主要應用的系統有NABTESCO公司HRDA型系統、KNORR公司EP2002型系統。兩種系統均為直通式電空制動系統，該類型系統具有響應時間短，制動力施加準確，容易控制，結構簡單，容易與牽引、列車監控系統（TCMS）及列車自動控制系統（ATC）配合等特點。由于目前各制動系統供應商均能提供架控制動控制單元及車控制動控制單元，因此，目前地鐵車輛按照這兩種控制方式建立制動系統平臺，一套為架控制動系統平臺，另一套為車控制動系統平臺，以滿足不同用戶的需求。

2.1 車控制動系統

車控制動系統主要包括如下系統：供風系統、車控制動控制單元、輔助控制模塊、防滑控制裝置、基礎制動裝置、回送系統。車控制動模式下每輛車設有一套制動控制裝置，以每輛車為單位控制制動系統。以日本NABTESCO-HRDA型電空制動系統為例。

HRDA型電空氣制動裝置是反應迅速、性能良好的電氣指令制動系統，并可與列車自動保護系統（ATP）配合，是充分考慮安全性而設計的系統。該型制動系統主要包含兩個部分：微機控制部分和空氣制動部分。兩個部分裝于一個制動控制箱內。

兩個部分共同實現車輛的制動控制。制動指令由司機室制動手柄發出，該指令由司機將制動手柄置于不同的位置產生，該位置的電信號由制動手柄模塊中的編碼器轉化為PWM信號，通過列車控制線傳輸給該系統的微機控制部分。根據制動指令，由控制裝置中的微機進行電空混合制動的計算，最終確定空氣制動與電制動的分配比例。并據此向牽引系統及制動系統中的EP閥發出指令，由牽引系統施加電制動，由EP閥實現空氣制動。制動過程中最主要的制動功能為常用制動及緊急制動。

2.1.1 常用制動。常用制動指令是由制動控制器，通過3根列車貫通線（2進制碼）送給制動控制裝置。手動常用制動分為7級。M車的制動電子控制單元，檢測本車及T車的空氣彈簧壓力（T車的空氣彈簧壓力是通過T車的制動電子控制單元檢測），控制M-T單元的制動力。這個控制不僅是進行本車的電空協調配合，由再生制動優先方式，對T車優先使用空氣制動補足，采用T車優先延時投入。另外，制動電子控制單元為改善常用制動時的舒適性，減少制動力的變化率而減少沖動。常用制動工作原理如圖1所示：

2.1.2 緊急制動。緊急制動是列車在緊急情況下才會施加的制動。因此其安全性及可靠性必須被充分考慮。在HRDA型制動系統中設置有貫穿全列的緊急制動線。處于故障導向安全的原則，該制動線采用失電制動。即當改線處于斷電狀態時，制動控制裝置會將該失電狀態轉化為緊急制動指令信號，控制EP閥施加緊急制動。緊急制動指令的觸發因素有很多種，例如ATP指令、司機制動閥指令、緊急制動按鈕，而且在列車斷鉤及有較大漏風處使得總風壓力顯著降低時。列車往復線（EB1線、EB2線）組成力列車的緊急制動環路。緊急制動工作原理如圖2所示：

2.2 架控系統

架控制動系統主要包含如下系統：供風系統、架控制動控制單元（2套/車）、輔助控制模塊、防滑控制裝置、基礎制動裝置、回送系統。

每輛車設有兩套制動控制單元，獨立控制每個轉向架。其具有如下優點：（1）可以測量每個轉向架上空氣彈簧的準確壓力，通過電子部件對空氣彈簧壓力加以平均；（2）可以以轉向架為單位，根據車輛載荷更好地調整制動力；（3）縮短了制動單元到制動缸管路之間的長度，降低了制動響應時間；（4）每個制動單元用獨立的總線連接，如果一個轉向架出現故障，損失的制動力可以由制動單元內其他轉向架補償，使損失的制動力達到最小；（5）沒有獨立的防滑閥排風閥，集成于制動系統中；（6）快速、獨立的連接，可以共享關鍵的事件信息。

架控制動系統以KNORR公司的EP2002制動系統為例。EP2002電空制動控制閥是高度集成的控制單元，其中包括了制動控制、防滑、空重車調整等諸多功能。該控制閥有多種型號，在地鐵車輛中應用的主要為網關閥和智能閥。網關閥主要用于制動網絡控制和本車制動控制，智能閥用于本車制動控制。一般頭車上安裝網關閥，中間車安裝智能閥。EP2002將防滑功能集成在其內，不需要單獨的防滑排風閥。該閥體由數百個零件組成，因此維修時需徹底分解，對維修條件有很高的要求。

EP2002閥采用車輛多功能數據總線與硬線控制相結合的控制方式，一般制動數據通過數據總線在車輛之間進行傳輸。當數據總線出現問題時由硬線來實現基本的制動控制。制動控制原理如圖3所示：

每個架控制動裝置接收制動指令，根據不同級別的制動指令判斷并計算各轉向架所需的制動力，實現車輛的常用制動及緊急制動。

2.2.1 常用制動控制。系統將從列車總線收到制動指令PWM信號，并由列車硬線線路進行備份。只有當兩條列車總線完全失效時，才會使用另一條列車硬線線路發出的PWM列車線路信號。計算出的制動指令會被譯碼成壓力指令，然后確定與實際達到的電制動力相混合所需的減壓量，再經由制動總線分配到制動總線上的其他閥。常用制動空氣流程圖如圖4所示：

2.2.2 緊急制動控制。緊急制動系統完全是遵循以“故障導向安全”為原則進行設計的，采用純空氣制動。在設計上是完全獨立于列車的常用制動系統之外的獨立系統。這樣就可以保證即使在常用制動系統發生故障時，不會影響到緊急制動的實施。緊急制動列車線為貫串于全列車的列車環路，列車緊急制動指令線從頭車開始直至尾車，再由尾車回到頭車，利用雙線雙斷的安全原則保證緊急制動指令的準確實施。緊急制動指令線采用失電緊急，得電緩解的形式，以確保在列車中的任何一輛車的緊急制動線斷路時，都能保證緊急制動指令線失電，列車實施緊急制動。

EP2002閥接收到緊急制動指令時，會施加一個經過載荷補償的緊急制動力。緊急制動空氣流程圖見圖5，圖中虛線部分為出現滑行的緊急制動空氣流程圖。

3 結語

今后，地鐵制動系統在系統的整體設計上以及制動形式設計上將還是圍繞這兩種制動形式進行，制動系統的穩定性、無故障、易維修等還將作為主要的課題。因此，應與綜合制動系統廠家密切合作，自主而積極地進行設計研發工作。

參考文獻

[1] 匡如華.EP2002制動系統及其在城軌車上的應用[J].機車電傳動，2009，（5）.

[2] 吳新宇.克諾爾模擬式地鐵制動系統概述[J].鐵道車輛，2000，38（1）.

[3] 胤志輝.廣州地鐵3g-線電動車組的制動控制[J].電力機車與城軌車輛，2004，（41）.

[4] 陶功安，袁市祥，馬喜成.廣州地鐵3號線地鐵車輛

[J].機車電傳動，2006，（4）.

作者簡介：周波，男，中車唐山機車車輛有限公司產品研發中心工程師，工學碩士，研究方向：軌道車輛制動系統研發設計。

（責任編輯：王 波）