動車組空電復合制動控制策略研究＊

（中車長春軌道客車股份有限公司電氣研發部，130062，長春∥第一作者，工程師）

動車組空電復合制動控制策略研究＊

王學文 馬永靖 孟繁輝 李宏偉

（中車長春軌道客車股份有限公司電氣研發部，130062，長春∥第一作者，工程師）

給出了兩種適用于動車組的空電復合制動控制策略，同時介紹空電復合制動控制策略的制動力分配方案、故障運行模式以及信號傳輸拓撲結構，并就兩種控制策略對列車制動力、閘片磨耗、接線復雜程度以及對通信協議的影響進行對比分析。

動車組；空電復合制動；制動控制策略

Author′saddressCRRC Changchun Railway Vehicles Co．，Ltd．，130062，Changchun，China

目前，動車組普遍采用空電復合制動控制策略，且在制動混合單元內，優先使用電制動，以有效降低閘片磨耗，并充分利用輪軌黏著力，減少列車級制動力損失，進而減少限速，提高動車組利用率［1－2］。

本文以8輛固定編組動車組為例，分別給出了一動一拖單元空電復合制動和兩動兩拖單元空電復合制動的控制策略，同時介紹空電復合制動控制策略的制動力分配方案、故障運行模式以及信號傳輸拓撲結構，并就兩種控制策略對列車制動力、閘片磨耗、接線復雜程度以及對通信協議的影響進行對比分析。

1 一動一拖單元空電復合制動

制動控制系統采用在一動一拖單元內進行空電復合，即將8輛編組動車組分為4個空電復合單元，具體空電復合制動編組方式見圖1。

圖1 一動一拖單元空電復合制動編組圖

一動一拖單元空電復合制動時，4個復合制動單元是相互獨立的，與復合制動相關的信息只在一個復合制動單元內交互。信息可采用多功能車輛總線（MVB）網絡傳送，也可采用硬線方式傳送。不論是通過MVB網絡還是通過硬線進行復合制動控制，一動一拖單元內空電復合制動控制邏輯是相同的，即僅在本單元內實現制動力分配［3］。一動一拖單元空電復合制動控制邏輯見圖2。

1．1 空電復合制動分配方式

記制動減速度指令為b（m／s2），T車載荷為mt（kg），M車載荷為mm（kg），一動一拖單元的制動載荷為mu（kg），T車、M車需要的制動力分別為Ft（N）、Fm（N），一動一拖單元所需的總制動力為FU（N），T車、M車的制動控制單元（BCU）均可獲得相鄰車的載荷信息，均可計算本車、相鄰車及一個單元所需的制動力［4］。制動力計算式如下：

圖2 一動一拖單元空電復合制動控制邏輯圖

電制動力的實際值為FE。記T車、M車需要補充的空氣制動力分別為FtA（N）、FmA（N）。

（1）當FE≥FU時，FtA＝0，FmA＝0。即當電制動力可以滿足本單元所需的制動力時，本單元的動車和拖車都不需要施加空氣制動，所需制動力全部由電制動承擔。

（2）當FU＞FE≥Fm時，FmA＝0，FtA＝FU－FE＝Ft＋Fm－FE＝Ft－（FE－Fm）。即當電制動力大于動車需求的制動力，但不能滿足一個一動一拖單元所需的制動力時，則復合制動單元不足的制動力在拖車上由空氣制動補償，動車所需的制動力全部由電制動承擔。

（3）當FE＜Fm時，FmA＝Fm－FE，FtA＝FU－Fm。即當電制動力小于動車需求的制動力，則動車不足的制動力在動車上由空氣制動補償，拖車所需的制動力全部由空氣制動承擔。

空氣制動與電制動能夠實時配合，但在動車組低速階段時電制動力會出現下降，且電制動力的下降速度會很快，可能會超出空氣制動力的最大上升速度。為減少空氣制動的滯后，除了制動缸要有初充壓力外，BCU將控制電制動緩慢退出，使空氣制動力能夠適當超前補充，以減少空氣制動力滯后產生的制動力波動。

1．2 空電復合制動故障運行模式

在電制動正常的情況下，BCU會向牽引控制單元（TCU）發送電制動力設定值信號，當電制動不滿足單元內制動力需求時，不足部分由空氣制動補充。

（1）動車電制動系統故障：空電復合制動是按實際電制動力變化實時配合的，當動車電制動發生故障時，實際的電制動力為零，這時故障單元的實際制動模式為空氣制動，對總的列車制動力沒有影響。

（2）動車空氣制動系統故障：當動車空氣制動發生故障時，電制動力可以正常發揮作用，當制動減速度比較大時，電制動力不能滿足復合制動單元所需的制動力，則列車總的制動力將偏小。

（3）拖車空氣制動系統故障：當拖車空氣制動發生故障時，動車BCU仍然可以進行空電復合制動控制，在電制動力可以滿足復合制動單元所需的制動力時，拖車空氣制動故障對列車總的制動力沒有影響。如果制動減速度比較大，電制動力不能滿足復合制動單元所需的制動力，則列車總的制動力將偏小。

1．3 復合制動的網絡拓撲結構

一動一拖單元內空電復合制動所需的信息通過MVB網絡進行傳輸。當某輛車的MVB通信發生故障時，該車的制動力設定為0，在較高減速度時，列車總的制動力偏弱。空電復合制動信息通過MVB網絡傳輸的拓撲結構見圖3。

圖3 一動一拖單元MVB網絡傳輸拓撲結構

1．4 復合制動的硬線拓撲結構

一動一拖單元內空電復合制動所需的信息通過硬線進行傳輸，BCU通過MVB網絡僅傳輸顯示和診斷信息，不參與制動控制。當動拖車之間的硬線發生故障時，各車輛制動力根據等黏著原則獨立分配。空電復合制動信息通過硬線傳輸的拓撲結構見圖4。

圖4 一動一拖單元硬線傳輸拓撲結構

2 兩動兩拖單元空電復合制動

制動控制系統采用在兩動兩拖單元內進行空電復合，即將8輛編組動車組分為2個空電復合單元，具體空電復合制動編組方式見圖5。

常用制動時，單元內優先施加電制動力，不足部分由空氣制動補充。根據“等黏著”或“等磨耗”原則，可以優先由拖車施加空氣制動或動車與拖車同時施加空氣制動。當本單元的某車無法施加制動時，其它3輛車能夠進行補充，相對于“一動一拖為一個單元”而言，此種空電復合制動更容易保證總的制動力大小不變，從而提高常用制動時制動系統的可用性［3］。兩動兩拖單元空電復合制動控制邏輯見圖6。

圖5 兩動兩拖單元空電復合制動編組圖

圖6 兩動兩拖單元空電復合制動控制邏輯圖

2．1 空電復合制動分配方式

一個空電復合單元由同一MVB網段內4輛車組成。常用制動根據車輛載荷進行補償，車輛載荷基于本車的質量信息和其他車輛的質量信息來計算單元內質量。對于常用制動，通過電制動和空氣制動兩種制動方式進行復合，電制動力優先發揮至最大可用值。如果實際電制動力不夠，空氣制動力平均分配至拖車的每個制動盤上，直至達到規定的黏著限制。如果拖車已經達到黏著限制，則剩余的空氣制動將平均分配到該車每個制動盤上，直至達到功率極限。剩余的空氣制動力被分配到沒有達到功率極限的車上。如果所有車都達到了功率極限，則剩下的空氣制動力必須被平均施加至所有制動盤上。

2．2 空電復合制動故障運行模式

在電制動正常的情況下，動車BCU會向TCU發送電制動力設定值信號，當電制動不滿足單元內制動力需求時，不足部分由空氣制動補充。

（1）動車BCU的MVB通信故障：當某輛動車BCU的MVB通信出現故障時，需要將該動車的電制動力和空氣制動力設置為零，以防止制動力的疊加。該動車損失的制動力由單元內其他車輛制動系統進行補充。

（2）拖車BCU的MVB通信故障：當某輛拖車BCU的MVB通信出現故障時，需要將該拖車的空氣制動力設置為零。該拖車損失的制動力由單元內其他車輛制動系統進行補充。

（3）動車電制動系統故障：空電復合制動是按實際電制動力變化實時配合的，當某輛動車電制動發生故障時，實際的電制動力為零，空氣制動系統仍然可以正常發揮作用，對總的列車制動力沒有影響。

（4）動車空氣制動系統故障：當某輛動車空氣制動發生故障時，電制動力可以正常發揮作用，在常用制動時對列車總制動力無影響。

（5）拖車空氣制動系統故障：當拖車空氣制動發生故障時，單元內仍然可以進行空電復合制動控制，在電制動力可以滿足復合制動單元所需的制動力時，拖車空氣制動故障對總的列車制動力沒有影響。如果制動減速度比較大，受限于黏著限制，列車總的制動力可能偏小。

2．3 復合制動的網絡拓補結構

兩動兩拖單元內空電復合制動時，兩個牽引單元是相互獨立的，與復合制動相關的信息只采用MVB傳送。空電復合制動信息通過MVB網絡傳輸的拓撲結構見圖7。

圖7 兩動兩拖單元網絡傳輸拓撲結構

3 空電復合制動方案對比分析

空電復合制動方案主要體現在故障工況時列車制動力和閘片磨耗所受到的影響狀況。故障模式主要包括：動車MVB故障、拖車MVB故障、動車電制動故障、動車空氣制動故障、拖車空氣制動故障、接收制動指令異常等。不同的復合制動形式在上述故障發生時對列車制動力和閘片磨耗的影響分析見表1和表2［5］。

此外，空電復合制動方案對車輛接線復雜程度也有一定影響（見表3）。

表1 復合制動故障對列車制動力的影響

表2 復合制動故障對閘片磨耗的影響

表3 復合制動方案對車輛接線復雜程度的影響

4 結語

綜上所述，一動一拖單元空電復合制動方案中，采用硬線復合方式（與網絡復合方式相比），可降低故障模式下制動力損失和閘片磨耗。兩動兩拖單元空電復合制動方案與一動一拖單元空電復合制動方案相比，優勢更為明顯。兩動兩拖單元空電復合制動方案已成功應用于CJ－1型城際動車組，目前使用狀態良好。

［1］ 錢立新．世界高速鐵路技術［M］．北京：中國鐵道出版社，2003．

［2］ 曹宏發，李和平，楊偉君，等．自主化CRH3型高速動車組制動系統［J］．鐵路技術創新，2015（2）：62．

［3］ 王月明．動車組制動技術［M］．北京：中國鐵道出版社，2010．

［4］ 饒忠．制動系統［M］．北京：中國鐵道出版社，2012．

［5］ 吳萌嶺，羅卓軍．基于自適應參數估計的列車制動減速度控制［J］．鐵道學報，2015，37（8）：8．

On the Electro Pneumatic Blending Brake Control Strategy for EMU

WANG Xuewen，MA Yongjing，MENG Fanhui，LI Hongwei

In this paper，two kinds of electro pneumatic blending brake control strategies for EMU are proposed．The brake force distribution solution，fault operation mode and topological structure of electro pneumatic blending brake control strategy are specially introduced，the influences of two kinds of control strategy on the train are compared from aspects of the brake force，brake wear，electricity wire connection complexities and influences on communication protocol．

electric multiple unit（EMU）；electro pneumatic blending braking；brake control strategy

U266．2

10．16037／j．1007－869x．2017．02．015

2016－09－17）

＊中國鐵路總公司科研項目（2012J003－B）