车辆制动控制系统选型分析

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[摘 要]本文通过对车控和架控制动控制系统的介绍、应用、特点进行分析制动控制系统的选型。

[关键词]车控；架控；KGPM-P；EP08；EP2002；EP09

中图分类号：U270.35 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）35-0391-01

引言

制动系统的主要功用是使行驶中的车辆减速甚至停车，使停止的车辆保持不动。车辆制动系统的性能将直接影响着城市轨道交通车辆的安全运营状况和舒适性，因此制动系统的选型显得尤为重要。城市轨道交通车辆制动系统在控制上分以车辆为单元进行制动力控制的制动系统（简称车控）和基于转向架为单元进行制动力控制的制动系统（简称架控）两种方式。

1 车控制动系统

采用车控方式时，每辆车具有1个制动控制单元（BCU），以车辆为单位进行制动力的计算和分配。每个BCU直接连接至车辆总线（如MVB总线等）上，各车直接接收列车的制动指令，适用于牵引控制采用车控型式的车辆进行制动力的混合分配。

制动控制部分主要由电子控制部分和气动控制部分组成。微机电子控制单元根据制动缸目标压力和压力传感器检测的作用风缸压力，控制E/P转换阀对作用风缸充风或排风，实现对中继阀预控压力的闭环控制；中继阀根据预控压力实现流量放大，实现常用制动功能。缓解时，EP制动/缓解电磁阀将中继阀预控腔的压力空气排入大气。在中继阀的作用下，制动缸的压力空气经中继阀排到大气中，实现了缓解操作。

常用制动的空重车调整是根据检测反映车辆载重的空气簧压力信号，对列车不同载重下的制动力进行相应调整。在空气簧破裂或P-E转换电路的输出小于空车的信号或大于超员时的车重信号时，则可按车辆的设计安全载重进行计算。

车控制动技术使用比较广泛，例如德国 KNORR公司的KBGM-P制动控制系统、中国铁科院EP08制动控制系统、法国FAIVELEY公司的EPAC Lite制动控制系统、日本NABTESCO公司的HRDA制动控制系统等均采用车控制动技术。其中前两种系统在国内应用较广泛。

2 架控制动系统

采用架控方式时，每辆车具有两个架控制动单元，以转向架为单位进行制动力的计算和控制。其中部分架控制动单元具有网关功能，负责接收制动指令以及向其它架控单元输出制动信息。其它无网关功能的架控制动单元，通过内部CAN总线从具有网关功能架控制动单元获取制动指令。架控制动控制主要是针对同时配有动力转向架和非动力转向架的车辆应运而生的，实现基于转向架为单元实现电制动与空气制动的混合控制，也比较适合牵引系统采用架控控制车辆或者短编组列车，能够充分发挥每个转向架的电制动能力和黏着利用率。

KNORR、铁科院、FAIVELEY公司和NABTESCO公司已推出架控制动产品，但技术实现不同。KNORR公司的EP2002制动系统和铁科院的EP09制动系统，都取消了与原来制动控制独立的空气防滑阀控制，通过气动阀实现制动压力和空气防滑一体化控制。前者采用多功能集成阀结构，是将电子和气动集成一体的整体阀的概念。后者采用多个独立气动阀基于气路板集成，电子控制和气动控制为模块化结构，便于检测及维护。而FAIVELEY公司和NABTESCO公司的架控控制技术理念是每个轴上仍保留独立的防滑阀控制方式，制动控制部分是在车控基础上实现小型化的结果。

3 主要车控制动系统的介绍

3.1 KNORR公司KGPM-P制动系统

KNORR公司KGPM-P制动系统，制动电子控制单元一般单独设置在车厢内，气动集成板固定在车辆底架下。

3.1.1 制动电子控制单元

制动电子控制单元简称为BECU。整个制动系统的控制采用二级控制，简述为“电控制气，气再控制气”。即为BECU控制气路控制单元，控制气（CV压力）再控制执行气。BECU可对列车的常用制动和快速制动的制动力进行调节控制，通过均衡阀将流量放大后最终输入到基础制动装置。BECU采用19英寸标准电子柜 ，按功能分类设计的印刷电路板插件排列在电子控制柜中。

3.1.2 气制动控制单元

气制动控制单元简称为BCU。它是气制动的核心，它接受制动系统电脑（BECU）的指令，然后再指示制动执行部件动作。如图5所示，包括的部件有均衡阀（D）、模拟转换阀 （A）、紧急电磁阀（E）、压力开关（H）、称重阀（C）、压力传感器（F）和测试接头（K、M、N、J、L）。这些部件都安装在一块铝合金的气路板上，犹如电子分立元件安装在印刷线路板上一样，实现了集成化，其气路内部连接图可用图6来表示。这样可避免用管道连接而造成容易泄漏和所占空间大等敝病。而且在气路板上还装置了一些测试接口，要测量各个控制压力和闸缸压力。

3.2 铁科院EP08制动控制系统

EP08制动控制系统，采用模块化设计，将微机制动控制单元与气制动控制单元集成在一起。主要由电子制动控制单元（EBCU）和气动制动控制单元（PBCU）等组成，并将电子制动控制单元与气制动控制单元集成在一起。

3.2.1 电子制动控制单元

EBCU是BCU中电子控制的核心部件，它接收常用制动电气指令，根据制动指令和载重信号计算本车所需的制动力，输出制动电磁阀和缓解电磁阀的控制信号。EBCU还接收所在车辆4根轴的速度信号，按照速度差或减速度等滑行判据判定车轴的滑行状态。当符合滑行的条件时，EBCU输出防滑阀控制信号。EBCU主要由电源插件、制动控制插件、防滑控制插件、开关量输入输出插件和通信显示插件等组成。

3.2.2 气动制动控制单元

PBCU是BCU中气动控制的核心部件，它接收EBCU发出的常用制动电气执行信号，将其转换为相应级别的空气信号后输出常用制动制动缸压力输出。同时，PBCU还接收紧急制动电气指令，在经空重阀的控制后输出紧急制动的制动缸压力。PBCU由压力传感器、压力测点、压力开关、空重阀、电磁阀、中继阀等组成。

EP08车控制动控制装置的EBCU和PBCU均安装在制动控制装置机箱中。保证了电气控制部件和气动控制部件各自独立，又能使系统结构紧凑，使检修和维护变得方便和快捷。气动控制单元是微机直通电空制动系统的关键部件，由电空变换阀、中继阀、紧急制动电磁阀、空重车调整阀、总风压力开关等组成。气动控制单元采用模块化设计，它将有关的气动阀组装在集成控制板上，在内部将各通路有机的联系在一起。

制动缸压力基于微控制器智能数字控制，是根据制动缸目标压力和压力传感器检测的预控压力以及制动缸压力，来控制两个EP转换阀对作用风缸的充风或排风，实现对中继阀预控压力的闭环控制。中继阀采用双膜板结构，有紧急制动和常用制动两个预控压力输入，输出压力根据二者之间取大的原则，由紧急制动和常用制动两个预控压力中压力较高的控制，中继阀根据预控压力控制输出大流量的制动缸压力。

4.结论

对于采用车控牵引控制的车辆，或虽为架控但同一车辆的两个转向架牵引力不可分别控制的车辆。既可以采用车控制动系统，也可以采用架控制动系统。此时，可以根据列车编组长度进行选择，对于短编组的列车，架控制动系统的优势比较明显，对于长编组的列车，车控制动系统优势凸显。

参考文献

[1] 麻建省.地铁车辆主流制动系统浅析[J].甘肃科技.2014（14）.

[2] 杨峰.地铁车辆制动系统浅析[J].现代城市轨道交通.2009（04）.

[3] 吕晓辉.我国城轨车辆制动系统介绍及选型[J].城市轨道交通研究.2009（06）.