地铁车辆制动防滑控制故障分析

  地铁车辆制动防滑控制故障分析

郑凯

深圳地铁运营集团有限公司

摘要：制动技术是随着铁路高速发展而引出的技术难题之一，地铁的制动技术则是摆在城市发展前列的技术障碍。制动技术发展至今，其发展有限，目前依然采取轮轨粘着的方式来进行制动。以上我们提到，地铁制动技术粘着力有限，在某些情况下其制动力不足，便会发生地铁安全事故。统计分析，国内出现的地铁安全事故均与地铁制动有较大关系。在提倡民生的当今社会，保障地铁安全成为民生建设的首要项目。以安全作为地铁运营的主题，要求我们高度重视地铁高速运行时制动的有效和可靠，保证地铁运营安全，有效提升城市化进程和质量。从这种情况来看，地铁车辆制动研究势在必行，不容忽视。

关键词：地铁车辆；制动防滑控制；故障

1地铁车辆防滑制动系统

1.1空气制动防滑控制

目前城市轨道交通列车空气制动防滑控制系统控制原则大致一致，具体的控制方式、控制参数存在部分区别，但是其结构却存在很大差异。一种是以一个控制单元、四个速度传感设备、两个防滑动式排风阀构成的新型地铁客车制动装置。这个系统使用三个滑行准则，分别是：速度差、滑动率、减速【1】。制动过程中，通过速度传感设备，将测量到的数据传递到控制单元，由控制单元进行运算，计算各轴的转速、速度差、减速、滑动率等。如果控制单元依据以上三项准则判定出一根轴的轮子要出现滑动情况，则对这个轴所在转向架的防滑排风阀排气、保压进行控制，以达到防滑效果

另外一种是地铁的空气制动防滑装置。这防滑装置由控制单元、四个速度传感设备、四个防滑动式排风阀构成。其结构与新型地铁客车制动装置相比，其最大的不同之处有两点。第一点是将主装置与空气制动微机控制单元相结合，第二点是在每个轴上安装一个防滑动式排风阀，对轮轴制动缸的充排气进行控制。这种防滑装置的防滑控制原则和标准与提速、准高速客车所用的克诺尔式防滑设备大致相同，具体是根据速度差、减速的不同而实现防滑控制。但是，防滑动式排风阀则是以总风压力为前驱压，开启排风阀门上制动控制单元中继阀、制动缸之间的通道，从而阻断制动缸和空气的通道【2】。刹车过程中，制动风缸的压缩气体通过中继阀、防滑动式排风阀进入制动缸，当发生防滑动动作时，通过电磁开启排风阀上制动缸与大气之间的通道，将制动缸中的压缩气体排出，并切断中继阀与制动缸之间的通道。此外，此种排风阀仅有一个排气电磁阀，这主要是考虑到，列车的车速比较慢时，空气制动都是在低速状态下进行，一旦发现要打滑，就必须立刻将制动缸放空，等滑动结束后，再立刻给制动缸充气，所以没有安装保压电磁阀。

1.2动力制动防滑控制

轨道交通列车动力制动防滑控制采用的是电阻式制动、再生制动。在车辆的防滑控制中，对四个轴进行统一的控制，也就是在动力制动的时候，如果判定某个轴的轮子发生了滑动，那么四个轴的全部动力制动力都会被降低。在制动力方面，有两种控制方法，第一种是在确定发生滑移后，将所有的制动力去除，采用空气制动设备，然后进行空气制动防滑控制。第二种方法是按防滑需要，局部降低制动力，通过空气制动来弥补降低的制动力。此外，大部分的城市轨道交通系统在空气制动和动力制动防滑控制时，对制动力缓解时长作出一些约束。在空气制动防滑过程中，若防滑动式排风阀持续排风五秒以上，则会自动恢复制动。在动力制动防滑过程中，若制动力持续下降到五秒以上，有两种解决方法，第一种方法是切断电力制动设备，改用空气制动设备。第二种方法是稳定一部分制动力，缩减的制动力通过空气制动取代。

2地铁车辆制动防滑控制故障

2.1防滑制动系统的工作原理

防滑制动系统有多种形式,其工作原理类似。防滑制动系统的工作原理是:地铁车辆发生制动时,系统通过速度传感器进行检测,然后信号经微处理器比对之后发出防滑控制指令,对制动进行调控。当地铁轨道由于状态异常、外界环境因素等影响或者车辆制动力过大时,列车发生制动时就会导致地铁车辆发生滑行。滑行产生的瞬间,地铁车辆车轮的减速超出车辆本身的减速,发生“抱死”现象。在这种情况下,车轮速度与正常情况下的速度有差别。地铁防滑制动系统是通过传感器来检测这个差值的,一旦检测到差值存在,检测信号就会被传输到微处理器中,微处理器与正常速度进行比对之后,进行滑行判断,若出现滑行,微处理器便发出防滑控制指令,对防滑系统进行操控。出现滑行时,防滑制动装置便立即做出相应反应,降低车轮制动力,缓解滑行。滑行缓解后,速度信号反馈到微处理器中,经比对之后重新发出控制指令,使列车制动力得到恢复。

2.2防滑数据分析

列车在正线运行过程中，曾出现多次因制动滑，且发生在不同区间、不同的时间段，没有一定的规律性。经查阅相关数据发现，每次滑行均为电制动防滑系统发出，且在持续2s后，由BCU切除电制动防滑系统，并由空气制动防滑系统接管列车的滑行调整。而在这多次滑行事件中，空气制动防滑系统并未直接检测到列车的滑行，且在切除电制动后，也未检测到列车的滑行。从数据可以看出，电制动防滑控制直接影响到了列车的停车精度。因此，需要重点关注电制动的防滑控制。通过对数据的分析发现，当

CCU在发送列车运行速度给TCU时，某一速度信号发生了突变(突变值大于3km/h)，持续时间约100ms，然后列车运行速度恢复正常。TCU在检测到该突变速度后，判断列车当前处于滑行状态，就发出滑行信号给BCU，并且持续了2s。之后，BCU切除电制动，完全使用空气制动。可见，在整个制动过程中，列车运行速度只在某一瞬间有突变，且在100ms后恢复正常。此外，该突变值也未达到空气制动防滑的阈值。因此，可以说在列车实际运营过程中并未出现真正的滑行。TCU对电制动滑行的监控是实时记录的。当监控到列车参考速度与电机速度的差值大于3km/h时，TCU开始进入滑行激活状态，并在延迟200ms后，将滑行信号发送给CCU。同时，TCU还会降低电制动力来调整滑行状态。在检测到此时输出的电制动力和列车要求的电制动力相等时，TCU判断滑行消除。TCU根据力矩差判断，而不再根据速度差判断。

2.3防滑控制策略

空气制动滑行控制系统主要采用速度差和减速度进行滑行检测判断。当某一轴速度低于参考速度一定程度时或某一轴减速度达到某一数值时，判定该轴处于滑行状态。防滑系统的滑行检测和控制的典型曲线如图2所示。当通过减速度判据检测到滑行，防滑系统就会对滑行轴的制动缸阶段排风；当通过速度差判据检测到滑行时，防滑系统就会对滑行轴的制动缸快速排风，以尽快减小滑行轴上的空气制动力。当检测到滑行轴加速度达到粘着恢复的判据时，开始阶段充风，制动力和制动缸压力开始恢复；当轴速恢复到接近参考速度，达到粘着恢复的速度差判据时，不再进行防滑控制。空气制动进行滑行控制时，单轴连续排风时间不超过5s（可调）。当空气制动滑行控制失效时不影响正常的常用制动和紧急制动的施加。

2.4防滑失效监控

监控设备是防滑控制单元的独立设备,防滑控制单元进行防滑控制时若出现防滑异常现象,该监控设备可及时切断输出端,以防止空气制动失去制动力或者损失过大。采用相对独立的防滑失效监控系统时,若防滑控制系统采用空气制动失效,只是防滑控制功能受到单方面的影响,而不会影响到空气制动功能,从而保证空气制动力有效。

2.5优化措施

根据相关的数据分析，上述故障出现的根源是因为有速度信号的突变，从而引起电制动状态下的滑行，进而导致停车误差较大。考虑到速度信号突变的偶然性，以及每次速度突变的时间只有100ms，可考虑通过CCU屏蔽掉该突变信号，使CCU在检测到连续的采样周期(100ms)、且车轴转速与电机转速的速度差大于1．2km/h时，屏蔽掉该突变速度信号，而取其他轴的速度信号。

3结束语

由以上分析可知，如果希望城市地铁安全稳定的运行，需要多方面的努力，其中最为基础和重要的就是地铁制动系统和防滑系统。只有意识到安全运营对地铁发展和城市化建设两方面的重要意义，不断提高技术，对地铁运行时的制动和防滑有精准的了解和分析，研发出新型制动和防滑系统，才能满足社会经济发展的需求。

参考文献：

[1]罗秋强.地铁车辆的制动与防滑分析探讨[J].数字化用户,2020,23(30).

[2]陈霄.关于地铁车辆的制动与防滑分析[J].工程技术:全文版,2021(11).