地鐵列車單車空氣制動不緩解故障分析

張勝　岳銘

摘要 針對武漢地鐵4號線出現單車空氣制動不緩解故障問題進行分析，通過觀察車輛制動不緩解故障現象，結合空氣制動不緩解故障判斷邏輯，分析故障時刻制動數據，故障點查找排除，綜合分析確定為制動控制裝置（BCU）中制動控制插件板（EPC）損壞導致。針對制動控制插件板故障原因，提出了故障處理方法;為避免單車空氣制動不緩解故障對正線運營造成影響，總結了正線單車空氣制動不緩解故障應急處置方法。

關鍵詞 空氣制動;制動不緩解;制動控制裝置;制動控制插件板

中圖分類號 U279.3 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）10-0064-03

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，越來越多的城市著力于地鐵線路建設，投入使用的地鐵車輛數量也在不斷增多。雖然國內地鐵車輛技術日益成熟，但地鐵在使用過程中依然會出現各類故障，有些故障甚至會嚴重影響行車安全[1]，其中，制動系統中單車空氣制動不緩解故障屬于比較典型故障，處置不當容易導致列車無法牽引動車，對正線運營造成影響[2]。該文主要針對武漢地鐵4號線出現單車制動不緩解故障進行分析，找出故障原因做出相應改進，總結制動不緩解故障特點及正線故障處置方法。

1 武漢地鐵4號線制動系統概述

武漢地鐵4號線制動系統采用微機控制的模擬式電空制動系統，控制系統采用車控方式，每輛車都配有一套電空制動控制裝置（BCU），BCU內設有監控終端，能進行故障記錄及制動數據存儲，并通過具有存儲功能的制動系統維護終端的USB接口與計算機進行通信，方便對車輛的故障、信息等方面的處理（見圖1）?？諝庵苿訄绦袉卧商っ嬷苿訂卧?、帶停放復合缸及閘瓦等組成，通過向制動單元缸內充入或排出空氣完成閘瓦和踏面的貼合與分離，從而完成空氣制動施加和緩解。

制動控制裝置由制動微機控制單元（EBCU）和氣動控制單元（PBCU）兩部分組成。制動微機控制單元主要由5塊制動插件板組成，其中制動控制插件板（EPC）主要實現常用制動的控制計算、制動施加電磁閥（AV閥）和制動緩解電磁閥（RV閥）的驅動輸出。PBCU主要由電磁閥等氣動執行機構組成，其接收來自EBCU指令進行制動和緩解動作，從而控制單元制動缸內空氣的充入與排出，實現空氣制動施加與緩解。因此當EPC板卡出現故障時，PBCU將無法接收EBCU動作指令進行制動及緩解動作，進而會出現單車空氣制動不緩解故障。

2 單車制動不緩解故障現象

武漢地鐵4號線車輛正線出現多起單車空氣制動不緩解故障，部分故障記錄如表1所示。

由故障記錄表1可以看出，當車輛出現單車空氣制動不緩解時，HMI界面會顯示BCU制動不緩解信息提示，同時控制臺面板上制動不緩解指示燈會亮。

4號線車輛空氣制動不緩解判斷邏輯為在緩解指令發出后，通過檢測制動缸壓力進行空氣制動不緩解檢測，制動缸壓力不能在規定的時間（5 s）內下降到一定的壓力，制動系統會判斷緩解失效，HMI會報出制動不緩解故障。

此時制動控制裝置將制動不緩解信號通過數字量輸出模塊給車輛控制單元，從而HMI報出制動不緩解故障，同時制動控制裝置會使制動不緩解燈信號繼電器得電，致使制動不緩解燈點亮。

3 故障分析

對制動不緩解故障車輛進行檢查，檢查車下無異常，車輪無擦傷痕跡。通過制動維護終端下載故障時刻數據分析發現，車輛在牽引工況下，由制動狀態緩解時，出現單節車AC實測值及BC實測值無法正常降低情況（見圖2），其中BC實測值為單元制動缸輸入空氣壓力;同時故障信息提示界面對應車號顯示制動不緩解故障。根據故障現象及制動數據顯示，制動不緩解車輛可確定為單車空車制動不緩解故障。

空氣制動控制氣路圖如圖3所示，AV閥為制動施加電磁閥，RV閥為制動緩解電磁閥，AC壓力傳感器檢測預控壓力，制動數據顯示為AC實測值，BC壓力傳感器檢測制動缸壓力，制動數據顯示為BC實測值，圖中.06為中繼閥，其作用是進行流量放大，使制動缸的壓力BC跟隨控制壓力AC變化而變化。正常情況下，制動施加時，AV閥和RV閥均得電，預控壓力上升控制中繼閥動作，使主風管壓縮空氣進入到制動單元缸管路內，風壓增大，從而BC實測值上升;制動緩解時，AV閥和RV閥均失電，預控壓力排空，中繼閥動作，制動單元缸內空氣通過中繼閥排出，風壓減小，BC實測值下降。由此分析可知，制動數據中顯示的預控壓力無法及時排空，導致制動缸壓力不能及時下降，從而造成單車空氣制動不緩解故障。

根據預控壓力無法排空故障點，分析可能故障原因為：

（1） AC、BC壓力傳感器故障導致壓力采集信息錯誤，與實際壓力值不符，出現壓力值顯示異常情況，從而制動系統報出制動不緩解故障。

（2）制動緩解電磁閥RV自身故障或制動緩解電磁閥驅動控制故障，導致緩解電磁閥無法失電，使預控壓力（AC壓力）無法及時排空。

為確定具體故障原因，使用手持式壓力測力裝置測得AC、BC壓力測點處壓力值與制動軟件顯示壓力基本一致，可排除AC、BC壓力傳感器故障，將故障車制動緩解電磁閥與正常車對調后故障現象未轉移，排除制動緩解電磁閥RV自身故障，將故障車制動控制插件板與正常車對調后故障轉移，最終確定為制動控制插件板（EPC）故障，更換故障EPC板卡后，故障恢復，車輛調試無異常。

4 故障排除

針對EPC板卡故障導致單車空氣制動不緩解故障，對EPC板卡檢測分析確認為EPC板卡上的緩解電磁閥驅動芯片損壞導致。RV閥驅動芯片功能框圖如圖4所示，RV閥驅動芯片內部有有源嵌位保護電路，而制動施加和緩解電磁閥為感性負載，在開關斷開時會產生感應電動勢，但內部保護電路吸收能力有限，在開關長期使用且動作頻繁、無額外保護的工況下會累積損傷，導致芯片損壞。為避免此類故障隱患，保護RV閥驅動芯片內部的有源嵌位電路不受損壞，4號線已將每個RV、AV電磁閥連接器更換帶有保護二極管的連接器，在外部增加吸收電路保護有源嵌位電路，運營觀察至今無該類故障出現。

5 總結

由分析可以看出：由于制動控制裝置（BCU）中制動控制插件板（EPC）損壞導致了緩解電磁閥RV閥無法失電，預控壓力無法及時排出，致使單元制動缸壓力無法下降，造成了單車空氣制動不緩解故障。建議后續項目電路設計時增加對芯片的保護設計，避免芯片損壞導致制動故障。

基于EPC板卡故障導致單車空氣制動不緩解故障現象，當正線出現該類故障現象時，為更快速做出應急處置，乘務員可根據HMI故障顯示的車廂號，對單節故障車進行制動切除操作并及時退出運營。

參考文獻

[1]趙尋， 文作強， 熊耀. 重慶市軌道交通1號線車輛制動不緩解典型案例分析[J]. 現代城市軌道交通， 2019（3）： 15-18.

[2]李昌銳. 地鐵車輛空氣制動不緩解故障研究[J]. 技術與市場， 2021（11）： 72-73.