符合TSI標準的乘客緊急制動系統設計

張國慶，李明星，吉增建

(中車青島四方機車車輛股份有限公司 技術中心，山東 青島 266111)

制動系統是車輛安全運營的保障，設置乘客緊急制動系統主要為實現以下目的：

(1) 乘客將緊急情況通知司機；

(2) 車輛在站臺外時，收到乘客緊急情況后，由司機決定車輛繼續運行或停止在安全位置；

(3) 車輛在站臺內或站臺外但司機沒有確認時自動停車。

據英國BBC報道，英國鐵路運輸集團(Rail Delivery Group)統計，2017—2019年，英國列車上配備的乘客通信和乘客緊急制動系統使用率逐年上升，其中僅在2019年前8個月使用次數已達8 561次，乘客緊急制動系統已成為歐洲軌道車輛至關重要的一部分。TSI 1302和EN 16334標準對乘客緊急制動系統(PAS)進行了詳細的規定，主要從功能要求、司機乘客通信、制動請求管理、降級模式管理、乘客報警手柄等方面作了規定。

國內對乘客緊急制動系統的制動實現方式有不同的邏輯。CRH2、CRH6型動車組和部分城軌車輛在乘客緊急手柄或按鈕觸發后，司機會收到信息，由司機判斷并決定是否施加制動；CR400AF型中國標準動車組乘客緊急手柄動作后會立即觸發緊急制動EB，但司機可以通過操縱臺上的乘客緊急制動復位開關對緊急制動EB進行旁路，繼續行車至合適位置停車。

1 乘客緊急手柄要求

EN 16334:2014標準對乘客緊急手柄的功能要求、電氣接口和安裝等方面進行了詳細的規定，根據該標準規定，對乘客緊急手柄進行以下設計[1]。

1.1 功能要求

手柄通過上下拉動操作，如圖1所示，手柄從位置1到位置2，將激活乘客緊急制動系統，同時手柄位置被鎖住，需用專用鑰匙復位。

1.整備狀態;2.動作狀態。圖1 乘客緊急手柄動作示意圖

如果手柄離開位置1，但沒有到達位置2，則返回位置1，乘客緊急制動系統狀態未改變。

向下拉動手柄需要的垂直作用力為65～120 N，如果手柄外部有保護罩，則打破保護罩的作用力不超過60 N。

1.2 電氣接口

乘客緊急手柄電觸點配置如圖2所示。手柄有2個速動開關，每個速動開關包含兩對電觸點，一對常閉觸點，一對常開觸點。整備狀態時，速動開關觸點1-1、1-2(2-1、2-2)閉合，觸點3-1、3-2(4-1、4-2)斷開；動作狀態時，速動開關觸點1-1、1-2(2-1、2-2)斷開，觸點3-1、3-2(4-1、4-2)閉合。

圖2 乘客緊急手柄電觸點配置圖

將乘客緊急手柄的一對常閉觸點串聯于乘客緊急回路中，手柄動作后，將斷開乘客緊急回路；一對常開觸點用于診斷，診斷信息在司機室顯示屏上進行顯示，并觸發聲光報警信號。

1.3 乘客緊急手柄安裝要求

除了衛生間和過道，每個隔間、每個入口門區至少有一套清晰可見的觸發乘客制動的手柄，操作手柄間走動距離不超過12 m；在垂直方向上，手柄底面距地面高度介于1.5～2.05 m，手柄在至少6 m外清晰可見。手柄接觸區域的外形尺寸如圖3所示。

1.手柄自由區域；2.手柄外層(非強制)；3.手接觸區域； 4.允許的邊緣半徑；5.地面。圖3 乘客手柄和封閉空間總體尺寸圖

2 乘客緊急制動總體要求

EN 16334:2014和UIC 541-6:2010標準對車輛離站標準、制動請求管理、降級模式等方面進行了詳細的規定[2]。

2.1 車輛離站標準

可以通過車載離站檢測系統判斷車輛是否離站，采取以下方法進行確定：

(1) 車輛保持靜止狀態且車門釋放，認為停在站臺內；

(2) 當車門狀態由釋放變為關閉，且最后一輛車還未通過站臺時，仍認為在站臺內(正在離站)；

(3) 當滿足以下任意一個條件時，認為列車在站臺外：列車離開站臺距離(100±30) m，列車啟動后持續運行(16±2) s。

2.2 制動請求管理

(1) 如果車輛在站臺內或正在離站，乘客緊急手柄動作后立即觸發乘客緊急制動，制動力大小可為緊急制動力或最大常用制動力。這種情況下，只有車輛完全靜止后才允許司機取消乘客緊急制動系統觸發的制動行為。

(2) 如果車輛在站臺外，乘客緊急手柄動作后，(10±1) s后自動觸發至少2/3的最大常用制動力(允許施加最大常用制動力或緊急制動力)，但若在這段時間內司機收到報警信息并進行乘客緊急制動旁路，則取消施加制動力。這種情況下，允許司機在任何時候旁路乘客緊急制動系統觸發的制動行為。

(3) 如果乘客緊急手柄動作后，司機通過制動控制器施加緊急制動進行確認，允許乘客緊急制動系統額外請求制動施加。

(4) 如果車輛停在站臺內，乘客緊急手柄動作后，即使司機進行確認，乘客緊急系統仍可請求制動，同時乘客緊急制動系統應提示司機乘客緊急手柄已動作。

(5) 降級模式：對配置司機室的列車，在司機室應設置隔離開關，允許授權的工作人員隔離乘客緊急制動功能，司機應該被通知乘客緊急制動功能被隔離。

3 乘客緊急制動實現方案

從原理上劃分，制動系統分為直通式制動系統和自動式制動系統。針對以上2種不同的制動原理，分別進行乘客緊急制動系統設計[3]。

3.1 直通式制動系統

3.1.1 氣路控制原理

直通式制動系統的氣路控制原理見圖4，制動控制裝置根據司機控制器或乘客緊急制動回路發送的制動指令將總風壓力轉換為制動缸壓力，傳遞到基礎制動裝置施加制動力，TCMS與EBCU(制動控制單元)之間進行信息傳輸。

圖4 直通式制動系統氣路控制原理圖

3.1.2 電氣控制原理

乘客緊急制動系統電氣控制原理如圖5所示，以每輛車安裝2套乘客緊急手柄(PEBS1和PEBS2)為例，如果任何一套乘客緊急手柄動作，乘客緊急手柄常閉觸點將斷開，導致乘客緊急回路1斷開，PEBLR繼電器失電，乘客緊急回路2中的EBLR繼電器和EBLRTD延時繼電器(延時閉合時間為10 s)失電。此時針對以下2種工況實施不同的制動邏輯：

圖5 乘客緊急制動系統電氣原理圖

(1) 若檢測到車輛在站臺外，則廣播控制器主機控制KA100繼電器得電，乘客緊急回路3中的EBLRTD觸點延時10 s后閉合，將制動指令傳輸到EBCU，EBCU控制施加乘客緊急制動，乘客緊急制動力可根據需要設置為最大常用制動力或緊急制動力。

若TCMS檢測到手柄動作且司機按下操縱臺上的PEBSRS(乘客緊急制動復位開關)，TCMS輸出PEBRYR繼電器得電，其常開觸點閉合，乘客緊急回路2重新建立，EBLR繼電器和EBLRTD延時繼電器得電，乘客緊急制動不施加，司機選擇合適位置停車處理，同時TCMS記錄乘客緊急制動旁路開關操作。當乘客緊急手柄恢復后，PEBLR繼電器得電，同時TCMS停止PEBRYR繼電器輸出，當手柄再次動作后，仍可觸發乘客緊急制動。

若乘客緊急手柄動作后，司機未按下PEBSRS，(10±1) s后自動觸發乘客緊急制動。但乘客緊急制動觸發后，司機仍可進行旁路，緩解乘客緊急制動。

(2) 若檢測到車輛在站臺內或正在離站過程中，則廣播控制器主機控制KA100繼電器失電，乘客緊急手柄動作后，EBCU立即接收到制動指令，車輛立即觸發制動，此時由于乘客緊急回路2中的KA100繼電器觸點保持斷開，司機無法旁路乘客緊急制動，只能待車輛停止后通過恢復乘客緊急手柄進行乘客緊急制動緩解。

另外，車輛設置乘客緊急制動隔離開關(PEBLRS)，進行手動隔離乘客緊急制動功能，TCMS檢測隔離開關狀態，被隔離后通知司機。

3.2 自動式制動系統

3.2.1 氣路控制原理

自動式制動系統通過相關裝置調節列車管壓力，分配閥隨之根據列車管壓力變化輸出對應的制動缸壓力。自動式制動系統氣路控制原理見圖6，以符合UIC標準的機車牽引客車為例，總風管壓力為850～1 000 kPa，列車管定壓為(500±10) kPa。乘客緊急制動控制氣路主要由乘客緊急電磁閥(1)、減壓閥(2)、截斷塞門(3)、可調節縮堵(4)、總風截止電磁閥(5)、活塞閥(6)和自動制動閥(7)組成。當車輛制動完全緩解時，總風管依次通過總風截止電磁閥、活塞閥、自動制動閥給列車管充風至(500±10) kPa，制動時通過控制列車管減壓量和減壓速率，控制制動缸壓力。

圖6 自動式制動系統氣路控制原理圖

當車輛滿足乘客緊急制動施加條件時，車輛PLC控制乘客緊急電磁閥失電，導通列車管通向大氣的通路，同時控制總風截止電磁閥失電截斷總風管給列車管充風的氣路。通過減壓閥和可調節縮堵分別控制列車管減壓量和減壓速率，各車的分配閥將列車管減壓量轉換為制動缸壓力，從而控制各車施加制動力；當車輛滿足乘客制動緩解條件時，控制乘客緊急電磁閥和總風截止電磁閥得電，列車管充氣至定壓，各車緩解制動。

通過計算和試驗選擇適當啟、閉壓力的減壓閥和可調節縮堵尺寸，保證制動施加時列車管減壓量和減壓速率，產生滿足需求的乘客緊急制動力。

當控制氣路或電路發生故障導致乘客緊急電磁閥失電時，車輛也會誤施加制動，可通過關閉截斷塞門將乘客制動控制氣路關閉，暫時隔離乘客緊急制動功能。

3.2.2 電氣控制原理

自動式乘客緊急制動系統電氣控制原理見圖7，X項代表輸入，Y項代表輸出。正常狀態下，PLC控制乘客緊急電磁閥和總風截止電磁閥得電，乘客緊急制動不施加。如果乘客緊急手柄動作，手柄常閉觸點斷開，將使乘客緊急回路斷開，PEBLR繼電器失電。此時針對以下2種工況實施不同的制動邏輯：

圖7 自動式乘客緊急制動系統電氣控制原理圖

(1) 若PLC檢測到車輛在站臺外(KA100繼電器得電)、乘客緊急手柄動作(PEBLR繼電器失電)且司機在10 s內按下PEBSRS，則PLC控制乘客緊急電磁閥和總風截止電磁閥仍得電，乘客緊急制動未施加，由司機選擇合適位置停車處理，同時PLC記錄操作；若PLC檢測到車輛在站臺外、乘客緊急手柄動作且司機在10 s內未按下PEBSRS，在手柄動作10 s后，PLC停止輸出乘客緊急電磁閥和總風截止電磁閥的供電，觸發乘客緊急制動。但乘客緊急制動觸發后，司機按下PEBSRS仍可進行乘客緊急制動旁路。

(2) 若PLC檢測到車輛在站臺內或正在離站過程中，手柄動作后立即停止輸出乘客緊急電磁閥和總風截止電磁閥的供電，車輛立即觸發乘客緊急制動至停車，司機無法進行旁路，只有停車并將手柄恢復后PLC才能恢復控制乘客緊急電磁閥和總風截止電磁閥得電，緩解乘客緊急制動。

另外，車輛設置PEBLRS進行手動隔離乘客緊急制動功能，PLC檢測到隔離開關處于隔離位時通知司機，并控制乘客緊急電磁閥和總風截止電磁閥得電，乘客緊急制動不施加。

4 結論

本文設計的乘客緊急制動系統方案可滿足TSI標準的相關要求，對進行車輛TSI認證有一定的參考價值。