CRH3系列動車組制動控制系統介紹

秦佳穎 陳澍軍 劉中華

摘要：制動控制系統是制動系統中的核心組成部分，在由司機或列車自動控制系統ATP控制的制動過程中負責生成、傳遞制動信號，并對制動力進行計算和分配的部分。文章介紹了CRH3系列動車組制動控制系統的電氣原理、氣路原理、空電復合方式以及故障診斷功能。

關鍵詞：CRH3系列動車組；制動控制系統；ATP控制；制動力；電氣原理；氣路原理 文獻標識碼：A

中圖分類號：U270 文章編號：1009-2374（2016）17-0098-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.17.047

制動控制系統是制動系統中的核心組成部分，在由司機或列車自動控制系統ATP控制的制動過程中，負責生成、傳遞制動信號，并對制動力進行計算和分配的部分。制動控制系統能夠實現列車常用制動、緊急制動等功能，同時對于制動系統可能發生的故障、失效等情況，制動控制系統具有完善的故障診斷措施和故障導向安全的控制體系。

CRH3系列動車組包括CRH3C、CRH380B和CRH380BL動車組，其制動控制系統具有空電復合制動功能，空氣制動部分由微機控制的直通式制動系統和備用的自動式制動系統組成。直通式制動系統通過列車網絡與硬線傳輸制動控制指令；自動式制動系統由列車管傳輸制動控制指令。

下面針對CRH3系統動車組中制動控制系統的電氣原理、氣路原理、空電復合方式及故障診斷進行介紹。

1 電氣原理

CRH3C和CRH380B動車組制動系統的系統組成如圖1，CRH380BL動車組在此基礎上僅增加編組數量。電制動和空氣制動的協調由制動控制單元EBCU、牽引控制單元TCU和列車中央控制系統CCU進行控制。在一個牽引單元（4輛車）內，數據交換由MVB來完成，牽引單元之間的通訊由WTB完成。

1.1 常用制動

列車運行過程中，司機可通過“制動控制手柄”發出制動指令，制動級位與“制動控制手柄”扳動的角度成比例。同時，列車控制系統也可產生常用制動指令。負責列車制動管理的主EBCU接收制動指令，按照優先施加電制動原則進行整車制動力分配，并通過MVB和WTB將制動指令發送至各車EBCU。主EBCU確保在制動過程中不會因制動力過高導致輪軌黏著超標，確保空氣制動裝置的載荷均勻。

單車EBCU通過MVB讀入制動指令，并控制本車電制動和空氣制動的復合。動車EBCU向本車TCU發送電制動請求并接收反饋信號，由TCU施加電制動。電制動不足部分，由本車BCU控制常用制動電磁閥補充空氣制動。

制動施加/緩解狀態記錄在各車的EBCU中，同時通過MVB和WTB報告給司機。

1.2 緊急制動

列車設有緊急制動安全環路，制動控制手柄緊急制動位、緊急制動按鈕、列車自動控制系統等均串入環路中，均可斷開緊急制動安全環路。

當緊急制動環路斷開時：各車PBCU內緊急制動電磁閥直接讀取環路狀態，通過直通式制動實施緊急制動；同時列車管緊急排風閥讀取到環路狀態，控制列車管排風，由各車PBCU通過自動式制動實施緊急制動。施加緊急制動過程中，若電制動不可用，則僅施加空氣制動；若電制動可用，則在黏著允許情況下疊加電制動。

制動控制手柄緊急制動位和緊急制動按鈕發出斷開緊急制動安全環路的電信號，同時還通過氣路激活列車管緊急排風閥進行排風，觸發各車PBCU實施自動式空氣制動。

2 氣路原理

2.1 常用制動

直通式電空制動系統由EBCU控制：EBCU接收并解讀來自制動控制手柄或列車控制系統的制動指令，然后控制PBCU執行空氣制動。

直通式電空制動系統的氣路原理如圖2，壓縮空氣從總風管經止回閥流至制動風缸；當總風壓力不足時，止回閥可確保制動風缸內有足夠的壓力空氣。制動風缸為PBCU提供風源，PBCU負責空氣制動的控制。

在PBCU內，常用制動電磁閥將來自EBCU的電信號轉換成相應的預控制空氣壓力。常用制動時，緊急電磁閥失電關閉，從常用制動電磁閥來的壓縮空氣經稱重閥進入中繼閥，經過中繼閥流量放大后輸出。常用制動時，制動力隨載重變化的調整由EBCU進行控制。稱重閥可根據載重情況，限制中繼閥預控壓力的設定值，在制動壓力控制電路出現故障時防止制動力過大。

2.2 緊急制動

緊急制動時，緊急制動安全回路斷開，緊急電磁閥得電打開，從總風管來的壓縮空氣經緊急電磁閥進入稱重閥和中繼閥，施加與載荷相應的緊急制動壓力，此時如EBCU處于正常工作狀態，可同時控制電空轉換閥產生緊急制動壓力。緊急制動指令同時也發送給備用的自動式空氣制動系統：制動管的壓縮空氣也通過一個緊急排風閥迅速排空，繼而觸發分配閥產生緊急制動動作。直通式制動壓力與自動式制動壓力在雙向止回閥進行比較，較大者經稱重閥到達中繼閥，最終完成對制動缸壓力的控制。具體參見圖3所示：

2.3 備用制動

司機可通過司機室備用制動控制手柄控制列車管的充/排風，通過各車PBCU中分配閥和中繼閥實現自動式空氣制動的施加/緩解動作。

3 空電復合方式

空氣制動與電制動的制動力分配由EBCU控制，EBCU經MVB和WTB讀取牽引系統再生制動狀態信息，并依據制動指令，按設定的復合制動模式完成電制動力與空氣制動力的分配。

CRH3動車組可利用的電制動的特性曲線如圖4所示。

3.1 常用制動

由圖4可知，高速段電制動力較小，隨著速度的降低，電制動力逐漸增加。

常用制動時，優先采用電制動力，電制動力不足部分，由EBCU控制直通式電空制動補充空氣制動力。

3.2 緊急制動

緊急制動時，在緊急空氣制動全部施加的基礎上，在黏著允許的情況下疊加電制動。在速度降至80km/h以下時，僅施加空氣制動。空電復合緊急制動設計曲線如圖5所示。

4 故障診斷及信息

制動系統通過帶電節點的截斷塞門及傳感器等采集外部設備狀態信息，并將這些信息輸入EBCU，由其對車輛制動系統狀態進行判斷，并將故障和制動狀態信息通過MVB和WTB發送至司機顯示器，以便于車輛的運行控制和故障處理。同時制動系統的診斷信息經列車遠程數據傳輸系統傳輸到地面服務中心，地面維護人員可對列車制動系統狀態進行實時監控。

制動系統的故障診斷主要包括如下三方面：（1）影響安全的故障：嚴重影響車輛的運行安全，EBCU會依據故障的重要等級觸發制動；（2）功能監測：司機可隨時掌握車輛制動系統的狀態，并為地面維護提供支持；（3）制動試驗故障：（動車組在運行前，需進行一系列制動試驗，以檢查車輛制動系統的功能是否正常）BCU需對試驗結果進行診斷，確定車輛制動狀態及存在故障的情況。

在EBCU內設有RS232串口，可與PC機進行通訊，實現監控BCU的相關實時參數及下載故障數據等功能。

5 結語

CRH3系列動車組制動控制系統遵循故障導向安全的原則，能夠保證列車的安全運行，其控制系統及診斷模式在高速動車組制動系統的設計中很值得借鑒。

參考文獻

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[2] 孫幫成.CRH380BL型動車組[M].北京：中國鐵道出版社，2014.

[3] 曹宏發，等.和諧號動車組制動系統故障再現及分析[J].鐵道機車車輛，2011，（5）.

作者簡介：秦佳穎，男，中車唐山機車車輛有限公司產品研發中心工程師，研究方向：動車組制動系統研發設計。

（責任編輯：小 燕）