高速列车制动控制系统研究

【前言】高速列车制动控制系统研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。图15制动控制系统结构图 1.1.1制动信号发生装置 制动信号发生装置有自动(ATC，列车自动控制系统)和手动(制动控制手柄)两种。在日系动车组中，制动控制手柄设在司机座椅的左前方，与我国机车驾驶室内的情形类似，手柄转动时带动安装在下部的凸轮，控制各指令线电气触点...

摘要：随着国民经济的发展，我国铁路事业也取得了飞速的发展，各种列车速度不断提高，这些高速列车都对作为列车最重要装置之一的制动系统提出了更严格的要求，传统的空气制动己远远不能满足需要。高速列车，都是以动力制动和空气联合制动为主的制动系统，并可配合磁轨制动、涡流制动等其他制动方式。本文对基于250km/h旅客列车设计的制动控制系统做了详细介绍。

关键词：制动 控制功能系统

中图分类号： A715 文献标识码： A

1.1制动控制系统组成及主要功能

制动控制系统是制动系统中，在司机或自动控制装置的控制下，产生、传递制动信号，并对制动力进行计算和分配的部分。由此可以看出，制动控制系统主要包括制动信号发生装置、信号传输装置和制动控制装置三大组成部分。数字式电器指令直通电空制动系统的典型结构(见“图15”)。

图15制动控制系统结构图

1.1.1制动信号发生装置

制动信号发生装置有自动(ATC，列车自动控制系统)和手动(制动控制手柄)两种。在日系动车组中，制动控制手柄设在司机座椅的左前方，与我国机车驾驶室内的情形类似，手柄转动时带动安装在下部的凸轮，控制各指令线电气触点的通和断，向各车发送相应的制动指令。

1.1.2制动信号传输装置

制动信号传输装置即列车线，它不但负责将制动信号发生装置发出的制动令传送给列车中所有车辆，还负责将各车的信息传递给司机室。列车线有普通线(金属)和光缆两大类，为提高信号传输的质量和速度，减轻信号传输系统重量，车列中的列车线往往采用光缆。

1.1.3制动控制装置

制动控制装置也称制动控制单元(BCU)，它是制动控制系统中接收制动指令，并根据指令对制动力进行计算和分配的装置。车列中所有车辆均装有BCU，它根据输入的制动指令信号、速度信号和载荷信号输出决定电制动力和空气制动力的制动模式信号。此装置除产生制动模式信号外，还利用计算机进行防滑、空气压缩机和电空联合制动的控制，相当于制动系统的“大脑”。BCU的功能可归结为如下三个方面

一、制动控制；

二、防滑控制；

三、辅助控制。

除了以上三个主要组成部分，制动控制电路中还采用了很多继电器来进行逻辑判断和控制，如表示列车头车的MCR继电器、表示列车设备有无异常的JTR继电器，以及表示是否有制动指令的状态继电器(BR继电器)等。为保证发生故障时动作的可靠性及制动逻辑作用，这些继电器均带有多个触点。

1.1.4制动控制系统的操纵方式

高速列车的制动指令一般是根据头车内的制动控制手柄或ATC指令来进行的;但在车辆发生事故等异常情况下，则由手动开关或异常监测系统通过列车线将制动指令传给列车中的所有车辆。上述所有制动指令主要靠DCll0V电源来传递。不同情况下，制动控制系统向制动装置发出制动指令的方式如下:

(一)ATC操纵

ATC装置根据速度一粘着特性曲线自动对列车速度进行控制。若列车速度高于信号规定的速度，将自动进行制动;当列车速度降低至规定速度以下时，将自动缓解。在两列车相互接近和在车站停车前，ATC也会根据特性曲线自动施行制动。ATC制动可使用常用制动和非常制动来实现，即:当使用常用制动但在规定的距离列车速度不能降低至规定数值时，就使用非常制动。

(二)制动控制手柄操纵

列车的时间调整，以及从时速30km/h到停车地点的制动操作都是司机通过制动控制手柄来操纵的。在向列车发出制动指令时，人工操纵具有优先权，即:当司机把制动控制手柄转到司机控制位时，自动转到手动预定制动值。

(三)紧急制动的操纵

当出现意外事故时，司机操纵紧急制动开关UBS切断安全环路，紧急电磁阀失电使紧急制动气路开通，从而实现列车的紧急制动。紧急制动情况下只有空气制动的作用。

1.2动车组制动系统方案研究

根据动车组制动系统特点(绪论1.2)和制动系统必须具备的主要性能(2.1节)要求的条件。

动车组制动系统共分为三级：网络控制、电空制动及空气制动。网络控制是用计算机网络依靠双绞屏蔽线来传输控制指令；电空制动是以PWM波型来传输制动指令；空气制动依靠列车管中的空气压力进行传输制动指令。其中空气制动的安全级别最高、电空制动次之，网络控制为最低，其控制级别则相反。

1.2.1动车组复合制动的调和原则

在高速运行过程中，动车组制动系统必须保证列车在规定的距离内停车，以确保行车安全，同时还要保证列车运行的可靠性和舒适性。动车组的制动与常速列车的制动原理相同。但是，由于动车组的速度高，动能大，要在规定的时间和距离内将这些动能吸收和消耗，用一般列车的单一闸瓦制动方式是无法达到的，因此，动车组制动系统必须采用综合方式。按照最大限度发挥无磨损制动方式的能力原则，各种制动方式组成一个有机整体，合理分担制动负荷。

再生制动和摩擦制动的复合要遵循以下原则：

①再生制动和摩擦制动均由制动控制计算机控制

②优先使用零磨耗的再生制动

③必要时，通过全列车摩擦制动及动车混合制动来补充再生制动之不足。

④在出现异常情况时，依靠自动防故障装置转换到摩擦制动。

整个制动系统为动力制动和摩擦制动的复合，摩擦制动随着动力制动力的变化而随时变化，制动时摩擦制动力和动力制动力都存在，并同时施加，但优先使用动力制动，若动车上可用动力制动力已超过单独制动本车所需要时，复合制动可以取消本车上的摩擦制动力，过剩的动力制动力可用于补偿拖车上的摩擦制动力。考虑到控制电路转换时常有时间延时，而摩擦制动能迅速响应制动指令，制动开始(见“图16”)。

图16制动开始时的复合制动

摩擦制动开始起作用，并达到一定的制动力，然后动力制动开始作用并取消摩擦制动，从动力制动到摩擦制动的切换过程中，旅客没有感觉，不会降低旅客的乘坐舒适性。

因此，列车的制动控制系统应优先投入动力制动和非黏着制动，优先降低踏面制动和盘形制动负荷，而以非黏着制动作为提高制动力的主要手段。这不仅是对列车制动控制系统的基本要求，也是确定基础制动系统方案应遵循的基本原则。

1.3制动控制系统的控制功能

动车组控制系统操作应迅速、灵敏，方便，简单，快捷，能够自动进行复合制动并能够达到高准确度的制动力调节。因此，我们将动车组各种制动模式程序化，模块化，指令化并将其引入列车控制器以方便司机进行控制。制动控制系统根据不同的制动模式其组成可分为制动控制器、微机控制制动单元、再生制动单元、空气制动单元等主要制动单元以及一些辅助制动单元。

1.3.1制动控制器

制动控制器是列车制动系统的关键装置。司机通过司机控制器可以发出常用制动、紧急制动、缓解等信号，由电空制动控制器产生相应的PWM 波形信号，用一对双绞屏蔽线把该信号传送到各车辆接受器，接受器把PWM 波形信号转换成电空制动的控制指令及制动级等传送MBCU。

1.3.2微机制动控制单元(MBCU)

微机制动控制单元是制动控制系统的核心部件。每辆车上都装有独立的微机制动控制单元，它主要接收由制动控制器产生的制动命令信号、电制动反馈信号、负载信号等，通过计算机网络与各车辆控制网卡传输数据信息，并且能够用于制动力计算、防滑控制以及监控与故障显示等功能。

1.3.3再生制动单元

列车制动时，制动指令和制动参数送入MBCU，由微机进行数据处理与控制，优先使用再生制动。制动指令送至再生制动控制器，使牵引电机转换为发电机，将产生的电能反馈到供电系统。

1.3.4空气制动控制单元

空气制动控制单元接受MBCU 的制动指令通过空电转换控制器使制动缸充风，从而获得制动压力。

1.3.5常用辅助制动控制

（1)初充气控制。BCU接到制动指令后，为缩短机械响应时间从而减少空走时间，BCU立即控制电空转换单元(EP单元)，使制动缸充人一个近40 KPa的压力空气。

（2)冲动控制。为保证乘客乘坐舒适，对来自ATP或司机的制动指令，把跳变指令通过BCU的控制变成连续式输出，以避免冲动。

（3)滞后修正控制。由于EP阀本身有压力升降的滞后现象，所 在使用EP闻控制电流时要进行滞后修正。

（4)EP单元控制。EP单元是一种模拟式电空转换装置。它根据输入与反馈之间电信号的误差值，计算出相应的制动与缓解电流，控制电磁阀动作，实现闭环实时控制，达到所需的制动缸压力。

（5)高性能的防滑控制。由于高速时粘着系数急剧下降，制动时为防止当制动力过大以致超过粘着限制时的轮对滑行，高速列车必须具有高性能的防滑控制能力。

（6)信息监测控制。BCU在得电工作后，便对制动系统中的一些主要部件进行实时监测，并将监测结果及时传送给列车网络。BCU监控的主要对象有：制动贮风缸压力、制动缸压力、各种压力传感器及信号调理电路。

（7)故障诊断、存储、LED显示、输出控制 BCU将监测信息进行诊断，并将诊断结果进行分级处理，同时能将其中重要的信息(包括监测的原始信息及诊断处理结果)存人非易失性RAM；并能按照要求通过按键操作，经LED显示出来，必要时可通过串行接口，利用PTU进行信息输出

（8)自检、自校、自诊断控制。BCU可通过开机自检以确保从正常状态进入工作 可将自检结果存入非易失性RAN(特别是自检有故障时)，并传送给列车控制系统；能对A／D、D／A、及I／O 口进行自校和自诊断。

由上主要功能可得出制动控制装置逻辑方框图，(见“图17”)。

图17制动控制装置逻辑方框图

另外，头车和尾车的司机室内都有一个停车制动按钮，每辆车都有一个停车电磁阀和一个信号继电器，分别用来控制停车制动装置和把停车信号传送给其他控制单元。为保证电动车组的运行安全，除了正常的制动系统外，另设一套备用制动系统。在正常的制动系统发生故障或与其他列车混编时，需要用备用制动系统实现制动或缓解。司机可按控制台上的备用制动开关，使整个列车由正常的制动系统切换到备用制动系统工作状态。常用制动和备用制动失效或发生非常情况时触发非常制动，每辆车都安装非常制动电磁阀和信号继电器，非常制动电磁阀实现非常制动，信号继电器向其他控制单元发送非常制动信号。头、尾车司机室各装一个应急开关和一个非常制动开关，每辆车都安装一个车长应急开关。

参考文献：

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