城市軌道交通車輛制動系統的改造及應用

董兆兵，孫小康

（南京地鐵運營有限責任公司，江蘇 南京210012）

0 引言

南京地鐵1號線國產化四列車自2011年上線運營后，制動系統故障逐漸增多，供應商售后資源配置少，很難保證高質量的售后服務和技術支持，經常發生制動系統故障導致整列車不能繼續投入運營的情況，且該部件如需深度檢修，必須返回至歐洲原廠，存在檢修周期長，成本高等諸多困難。為此，地鐵公司決定聯合國內制動系統專業供應商對原列車的進口制動系統進行替換改造，降低運營故障，提高列車的使用率。

1 需求分析

制動系統是軌道交通車輛的重要組成部分，決定著車輛的重要性能，直接影響到車輛的行車安全，且與牽引、網絡、配電等設備均有接口，所以制動系統替換改造需求應從整車技術規范要求及改造的接口匹配性方面進行分析研究，提出改造的要求。

設計輸入在覆蓋原項目技術規范基礎上，增加了以下要求：①分析原制動系統的功能、接口以及在運營過程中的故障，做為一項設計輸入條件；②需增設以太網維護接口，便于車上軟件維護；③對改造過程中涉及的與制動相關的產品及其他與制動接口產品的匹配性負責。

2 制動系統的功能組成

2.1 主要配置及功能

系統采用成熟的EPC02型車控制動系統，主要由空氣供給設備、制動控制設備、基礎制動設備、空氣懸掛設備、車輪滑行保護設備、汽笛設備及車鉤驅動設備等部件組成，具有常用制動、快速制動、緊急制動、保持制動、遠程緩解、載荷補償、空壓機控制等功能。

2.2 與原系統的區別

與原系統的區別如下：

（1）制動系統內網通信采用CAN網絡。

（2）結合線路實際運營特點（大客流、地上高架），在電空制動分配策略上采用平均分配（等磨耗）原則，即電制動力不足部分由各車的氣制動平均補充。

（3）車上增加維護接口，可直接從車上連接上位機進行制動系統數據采集。

3 現車改造及試驗驗證

3.1 系統分析計算與接口確認

在項目開展初期，即進行了制動性能計算、供風能力計算、基礎制動熱容量計算等相關計算，并逐步開展了各接口形式的確認工作，見表1。

表1 接口形式確認Tab.1 Interface form confirmation

3.2 試驗策劃

制動系統替換改造與整車接口較多，所有涉及到制動的功能試驗均按策劃開展，見表2。

表2 試驗項點策劃Tab.2 Test point planning

3.3 主要試驗內容

（1）靜態試驗。靜態試驗主要針對功能性要求開展，依次完成了氣密性試驗、風源系統試驗、輔助控制功能測試 ，分別在AW0空載和AW3超載條件下，完成停放能力測試、不同級位下制動壓力測試及緊急制動狀態下的制動響應時間測試，同時確認故障診斷條件和復位條件。

圖1 緊急制動響應時間Fig.1 Emergency braking response time

（2）動調試驗。測試AW0和AW3工況下的常用、快速和緊急制動距離和平均減速度，在AW3配重工況下，在線路上根據實際限速（60km/h）要求，每站進行一次最大常用制動，運行一個往返，確認車輪踏面和閘瓦溫度。純空氣制動下，閘瓦最高溫度為92.4℃，車輪踏面最高溫度為212.2℃，熱容量滿足試驗要求。

圖2 純空氣制動下熱容量Fig.2 Thermal capacity under pure air brake

（3）防滑專項試驗。在試車線及正線上，分別開展了電空復合及純空氣狀態下的防滑性能試驗，試驗結果表明，最大常用制動級位工況下，電空復合制動及純空氣制動時，制動過程均較好的利用了輪軌間的粘著，滑行控制效果較好，防滑效率滿足要求。

圖3 防滑控制曲線Fig.3 Antiskid control curve

（4）ATO對站停車試驗。ATO模式列車的停車過程，是跟蹤一條恒定制動率的推薦速度曲線的過程，ATO系統根據實時反饋的實際速度和列車位置，計算實際速度和推薦速度的差值，使實際速度不斷的跟隨推薦速度。在信號及牽引系統不變的條件下，通過制動特性調整滿足ATO模式的對站停車要求。根據動調數據確認電制動淡出的起始速度、完成速度以及淡出斜率并結合不同速度點和進站距離條件下的指令值，通過分階段調整制動特性，完成ATO精確停車。

圖4 對門停車邏輯Fig.4 Door parking logic

通過制動特性調整后，開展了10次ATO正線對門試驗，各站均能正常開關門，且停車精度完全滿足運營要求。

（5）5000km穩定性試驗。為充分驗證制動系統的運行穩定性及制動系統與車輛其他系統之間的匹配性，在完成各項功能確認測試后，開展了正線5000km空載運行的穩定性試驗，期間列車運行穩定、無制動系統故障，5000km試驗結束后對各部件進行檢查，各部運行狀態良好，功能正常。

4 總結

完成替換改造的列車已正式投入載客運營，運營狀態良好。通過車輛核心系統的制動系統替換改造，成功地完成了一次行業運用的突破，積累了設計及替換改造方面的寶貴經驗，從運營的角度為行業內其他單位處理在車輛使用過程的問題提供了改進思路和方法。