车辆制动力分配与管理设计

车辆制动力分配与管理设计

郑莹莹

南京地铁运营有限责任公司江苏南京210000

摘要：目前城轨车辆存在两种制动力的管理与分配方式，其一是采用空气制动控制单元（BECU）进行制动力的管理和气制动的分配，车辆控制单元（VCU）负责电制动力的分配；另一种是采用VCU进行制动力的管理和电制动力的分配，BECU仅负责空气制动力的分配。

关键词：地铁车辆、动力分配管理、车辆控制

1VCU负责制动力管理和分配的优势

传输延迟时间短：采用VCU进行制动力的管理与分配，制动命令的传输时间短，在地铁三号线北延项目车辆中，制动命令的传输延时最小可达64ms；而如果采用BECU进行制动力的管理和分配，其传输时间将大于256ms。

停车制动时控制精度高：车辆制动力采用VCU管理的停车控制精度不低于或者高于BECU管理方案。控制精度高的原因有二：一是VCU自身的精度很高，完全能满足停车制动时列车对标屏蔽门的精度控制要求；二是由于传输延时时间短，VCU能够更快更好地响应牵引控制单元对电制动力的实时变化。

2制动力分配原则

VCU实现对制动力进行管理和电制动力的分配，列车制动时采用电制动优先，当电制动能满足车辆制动需求时，气制动将不被施加；如果电制动力不能完全满足整列车制动力的需求，缺失的制动力将由空气制动力来补充，并且在满足黏着限制的条件下被均匀地分配到每辆车。

3正常情况下制动力的分配

在正常时，列车最大常用制动力为420kN，而列车在120km/h时电制动力只能发挥240kN，故还有180kN的制动力需要空气制动来补充。BECU执行列车空气制动力的管理和分配，它将对列车需要的总制动力和实际的电制动力进行比较，当有需要补充气制动时，BECU将把整列车需要补充的总的空气制动力平均分配给每辆动车和拖车，因此动车将有电制动力和空气制动力同时存在。其分配方式如图1所示。

空气制动力被均匀分配给所有的车辆（动车和拖车），这种分配方式有效地避免了制动时闸片过热导致制动失效的可能，并且使各车辆上的闸片磨耗均匀，能有效提高列车闸片的维护效率。

BECU必须确保在给车辆补充空气制动力时不超过每辆车的黏着水平。因此BECU将评估动车的实际电制动力，并且保证两个力之和不超过规定的最大制动黏着系数15%。

为了保证车辆在制动时其冲击极限不超过0.75m/s3，因此在制动发起后的1.5s时间内电制动力将沿着一定斜率上升，为了避免在此过程中BECU认为电制动力不足而施加气制动，故要求BECU把VCU通过网络传输给它的可能电制动力当作实际的电制动力。

4有动车滑行时制动力的分配

4.1前面动车滑行时制动力的分配

根据列车运行方向，最前面的动车（牵引系统正常）被叫做前面动车。

如果电制动系统的防滑系统检测到滑行，为了在轮轨间产生最优化的黏着，使车辆产生滑行时也可保证车辆轮对不被擦伤，则电制动系统将减少本车的电制动力。VCU将把滑行车辆激活信号送给BECU，BECU将立即冻结滑行车辆上的空气制动力，在滑行动车上BECU将使用滑行车辆的可能电制动力进行计算，BECU必须保证补充的空气制动力和可能的电制动力两个力之和不超过规定的最大黏着系数15%，BECU不能使用滑行车辆的实际电制动力作为计算，因为在滑行的动车上实际的电制动力已经减少。故有车辆产生滑行时列车的制动距离将增加。在有动车滑行时制动力的管理和分配如图2所示。

4.2后面动车滑行时制动力的分配

根据列车运行方向，最后的动车（牵引系统正常）被叫做后面动车。

如果电制动防滑系统在后面动车上检测到车辆滑行，为了使电制动系统获得一个有效的对地速度，VCU将给BECU发送一个对地速度请求信号，BECU收到此信号后将立即缓解此车的空气制动力到零。后面动车丧失的空气制动力将被重新分配到两个拖车和另外没有滑行的动车上（考虑黏着允许）。当列车速度降低时，根据牵引系统电制动与速度特性曲线，列车在更低速度范围（v＜90km/h）牵引系统能发挥更高的电制动能力，为了充分保证电制动力优先的原则，保证列车在黏着范围内能最大发挥电制动力，则空气制动力不得不减少。空气制动力将在黏着允许的条件下平均分配，但后面滑行的动车气制动力将仍然被取消。

5BECU要求取消电制动

以下两个原因使BECU有可能取消车辆上的电制动力。为了取消车辆上的电制动力，BECU将发送相应的信号给VCU，VCU将取消此车的电制动力。

5.1严重滑行取消电制动力

电制动系统和空气制动系统都设置有独立的防滑系统，列车在滑行时，因为电制动系统比空气制动系统更加敏感，所以在轮对产生滑行时电制动系统将首先检测到此现象。如果滑行变得更加严重，则空气制动系统也将会检测到滑行，为了保证列车安全和滑行车辆上制动力的唯一性，BECU将发送取消滑行车辆电制动力的信号给VCU，VCU将取消滑行车辆上的电制动力。

5.2快速制动严重滑行取消电制动力

如果电制动系统在快速制动时检测到滑行超过2s，BECU将取消滑行车辆的电制动力，并且由于取消的电制动力引起列车缺失部分的制动力将在整列车上平均补充空气制动力直到制动命令消失。

6故障情况制动力的管理分配

由于在某些条件下（如制动电阻超温可能导致电制动能力短时间被限制）可能导致电制动力的减少或丧失，那么电制动系统故障动车将发送本车电制动力故障信号给BECU。如果动车电制动故障，它将被看作为拖车进行空气制动力的分配，另外，列车由于电制动系统故障导致缺失的制动力将被空气制动力补充，所补充的空气制动力将仅在没有滑行的动车上分配。

7快速制动制动力的管理与分配

快速制动时列车制动力的管理和分配方式与常用制动相同，在动车上电制动系统检测到滑行，则电制动将被取消，并且补充空气制动力。

8停车阶段制动力的管理

当BECU接收到VCU通过MVB网络发送过来的停车制动请求信号后，空气制动力并没有马上施加，经过一个短延时（大约几百毫秒）再施加。因为：1从电制动转换到气制动必须考虑冲击的限制（0.75m/s3）；2空气制动存在有一定的响应时间。电制动力的减少起始点将根据空气制动力的响应时间而进行相应的延时，为了保证在进行电/空转换的过程中总制动力不变，则电制动力减少的梯度与空气制动力上升梯度将相同。空气制动力将制动列车直到静止，当BECU检测到列车的静止时，BECU将对列车施加保持制动，以保证列车在静止时不发生溜车。

9结束语

本项目车辆自年月开通载客运营至今，其运行状况良好。由于本项目采用的控制方式是：电制动力不足时补充的空气制动力被平均分配给每辆车，此种控制方式与电制动力不足时补充的空气制动力被优先分配给拖车的制动力管理与分配模式比较，可以使每辆车的制动闸片（闸瓦）磨耗相对比较均匀，且制动闸片（闸瓦）磨耗率低。为客户大大将低了维护成本，提高了可靠性。

参考文献：

[1]夏寅荪.上海地下铁道车辆制动系统（上）[J].铁道车辆，1995（1）.

[2]徐惠林.国产地铁车辆制动技术原理及其发展（待续）[J].铁道车辆，2002（10）.

[3]樊贵新，曹忠林，李学峰.城轨车辆国产制动系统研制及应用[J].现代城市轨道交通，2007（6）.