摘要：文章介绍了当前国内地铁车辆架控制动系统主要的制动系统功能、控制逻辑，对制动系统各制动功能模式下的控制逻辑、控制过程、实施原则、信号传输等进行了较全面的阐述和分析，并总结了各制动模式的功能特点。
关键词：地铁车辆；架控制动系统；制动功能；控制逻辑；控制过程；信号传输 文献标识码：A
中图分类号：U266 文章编号：1009-2374（2016）10-0112-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.055
1 概述
当今，我国城市轨道交通车辆在城市交通运输中起着越来越重要的作用，制动系统作为城轨车辆的关键组成部分，其作用是使列车减速，并使列车在规定的减速度和距离内停车，确保列车行车安全和提高铁路运输能力。我国城轨车辆制动系统采用电制动与空气制动混合的制动模式，空气制动采用微机控制的直通式制动系统，早期车辆采用车控方式，即一辆车配置一个BCU（制动控制单元）；为了更充分地利用制动力提高制动系统可靠性，近年来绝大多数地铁列车均采用架控方式，即一辆车配置两个BCU。架控制动系统其产品主要分为国内和国外两种，国内制动系统主要包括铁科院机辆所研制的EP09制动系统、四方所研制的JK02制动系等，国外制动系统主要包括克诺尔EP2002制动系统、法维莱EPAC2制动系统等。各供应商制动系统的产品各不相同，但其主要功能大体一致，主要包括常用制动、紧急制动、停车保持制动、停放制动等。
2 常用制动
列车正常运行时，实施常用制动。制动力设定与制动控制手柄的扳动角度成比例，另外也可由ATP（列车保护系统）来定义。常用制动可以由司机控制器、ATO（列车自动驾驶系统）以及ATP发出。
2.1 控制逻辑
制动指令以网络指令优先，根据网络指令的具体要求施加不同的制动力。在紧急牵引模式下，制动系统读取来自硬线的控制指令，此时仅施加最大常用制动。当制动系统接收到列车的制动模式指令及制动需求指令后，根据不同制动需求，优先使用电制动，如电制动能力达不到列车需求，空气制动将自动补充电制动力缺失的部分。在常用制动过程中，若收到来自列车的快速制动或紧急制动指令，根据不同的激活指令，将自动转为相应的制动模式。
2.2 控制过程
BCU根据接收的制动力需求指令（模拟量）和列车载荷计算每辆车所需的总的制动力，同时BCU还将接收和处理已施加的电制动力值，从而完成制动力混合的功能。
由于电制动施加时不存在磨耗，所以优先使用动车上的电制动力作为主要的制动力。一般情况下，电制动力正常发挥时无需空气制动系统的辅助就可以使各种载重的列车减速到一定程度。在电制动力不能满足列车制动力需求的情况下，空气制动将自动补充制动力缺失的部分，所补的制动力考虑载重条件和黏着水平。
补充空气制动力根据等磨耗的原则，采用全列平均分配空气制动力的方式。即：当电制动力不足时，制动控制单元根据接收的总的制动力指令、已施加的电制动力值、载荷信号等信息计算每辆车每个转向架需要补充的空气制动力，并发送相关数值给控制每个转向架的制动单元。当某一辆动车电制动丢失时，主制动控制单元会将其视为“拖车”。当动车的空气制动力达到黏着极限，此时如果仍未达到总的制动力需求，剩余所需的制动力将平均分配到空气制动可用的拖车转向架上，直到达到黏着限制；当网络故障时，电制动力应切除，当列车有制动需求时（自动读取制动硬线指令），将按照硬线模式施加空气制动。当列车设定为紧急牵引模式时，将按照硬线模式施加空气制动。
2.3 实施原则
2.3.1 制动方式的选择是自动的。
2.3.2 优先次序是电制动、空气制动。
2.3.3 在整列车范围内进行分配电制动力和空气制动力。
3 紧急制动
紧急制动由列车安全环路硬线直接控制，环路失电触发紧急制动，具有故障导向安全的功能。紧急制动发生后，牵引系统将被封锁，车轮防滑系统启动。由于有零速联锁，在列车完全停止前不允许缓解。
3.1 控制逻辑
紧急制动由硬线控制，通过独立的、贯穿列车的紧急制动环路控制紧急制动的施加和缓解，该环路独立于常用制动，不受微处理器控制。紧急制动环线采用常得电方式，一旦失电列车自动实施紧急制动。当触发紧急制动后，紧急制动环路断开，失电触发紧急制动，迅速产生紧急制动压力，同时紧急制动状态通过MVB网络传送到TCMS。
3.2 控制过程
紧急制动列车线信号传送给每个BCU，BCU内部有独立的电磁阀控制紧急制动的施加和缓解。当紧急制动列车线失电时，BCU根据空气簧压力对紧急制动制动缸压力进行独立的闭环控制。同时，BCU据最大常用制动压力设定一个紧急制动压力值作为备份。
3.2.1 制动触发条件：（1）触发司机室中的警惕装置；（2）按下司机室控制台上的紧急制动按钮（击打式按钮）；（3）列车脱钩；（4）总风欠压；（5）当列车在运行状态下，方向手柄为零位；（6）紧急制动电气列车线环路中断或失电；（7）DC110V控制电源失电；（8）ATO系统发出紧急制动指令；（9）ATP系统发出列车超速紧急制动指令。
3.2.2 触发方式与信号传输。紧急制动环路断开后，施加紧急，同时紧急制动环路继电器断开状态通过硬线提供给CCU（列车控制单元），CCU读取的紧急制动环路状态信号，用于故障诊断。
3.2.3 施加方式。当紧急制动环路断开后，紧急制动阀失电触发紧急制动。BCU软件不对紧急制动阀进行控制，并在常用制动回路冗余施加（减速度与紧急制动减速度相等）。
3.2.4 缓解方式。制动控制单元的紧急制动电磁阀由紧急制动环路控制。触发紧急制动后，零速联锁由CCU完成。制动控制单元监测到紧急制动环路恢复后，将紧急制动缓解，并通过网络反馈CCU。
3.3 实施原则
3.3.1 动指令发出后是不能撤除的，列车必须减速，直到列车停止。
3.3.2 不管是什么原因引起的紧急制动，车辆必须以紧急制动减速度制动。
3.3.3 紧急制动作用时，有防滑保护。
3.3.4 在整个紧急制动过程中，其他制动方式不起作用。
3.3.5 紧急制动不受冲动极限限制。
4 停车保持制动
停车保持制动是常用制动的一部分，用于低速情况下停车，该过程中空气制动会逐步取代电制动。
4.1 控制逻辑
在制动作用下列车速度持续降低，电制动力无法再根据制动指令值的变化而改变。此速度点即为电空转换点，电制动在此速度点开始以一定的斜率进行衰减，同时空气制动以相同的斜率进行增加，保证列车总的制动力不会变化。直至系统检测到零速信号，如果当前制动级位大于保持制动力，列车保持该制动力停车，否则自动切换至保持制动。当列车需要重新启动时，保持制动会在牵引力确保列车不溜逸的情况下自动缓解。
4.2 控制过程
停车保持制动过程可分为以下阶段：
4.2.1 空气制动取代电制动。在速度小于15km/h的情况下，由制动指令和电制动衰减（EdFadeOut）信号发起，然后空气制动逐渐取代电制动，由于空气制动施加有一定的响应时间，电制动力必须在一段时间的延迟后以一定的斜率当速度高于15km/h时，制动系统将忽略电制动衰减信号（即不会发起停车制动）。
4.2.2 纯空气制动的停车制动。当电制动衰减至完全退出后，空气制动完全取代电制动，所施加的制动力满足制动需求和冲动限制。此时列车速度很低，但系统还检测不到零速。
4.2.3 保持制动施加。在ATO模式下，保持制动的施加由ATO来控制，当列车状态满足ATO保持制动施加判据时，会向制动系统发起保持制动施加指令；如果制动系统检测到非牵引指令和零速超过3秒仍未收到该指令，则自动施加保持制动。非ATO模式下，当制动系统检测到非牵引指令和零速，则自动施加保持制动。
4.2.4 保持制动缓解。网络正常时，保持制动缓解信号由网络发出，制动系统收到网络发出的保持制动缓解信号后缓解保持制动，此时如果制动系统如果检测到牵引指令和保持制动缓解指令也能自行缓解保持制动。网络故障时，制动系统收到牵引硬线指令且当列车非零速信号后，由制动系统自行缓解。
4.3 实施原则
4.3.1 停车保持制动过程一旦发起不可取消。
4.3.2 停车后，保持制动为纯空气制动。
4.3.3 保持制动力大小需保证超员载荷列车在最大坡道上停住不发生溜逸。
4.3.4 回送模式下，保持制动功能失效。
5 快速制动
快速制动指令由司机控制器的快速制动位触发，所需的制动力由电制动和空气制动混合提供，与紧急制动的制动率相同。电制动故障时，快速制动缺失的制动力自动由空气制动提供（自动转换），但制动减速度一般会比紧急制动减速度低一些。
5.1 控制逻辑
紧急制动列车线环路闭合时，快速制动列车线被激活或网络上有快速制动指令，此二指令任一指令信号有效时制动系统都执行快速制动。当司机控制器的手柄离开快速制动位时快速制动即可缓解。
5.2 控制过程
快速制动控制过程与常用制动相同。
5.3 实施原则
5.3.1 电空复合的快速制动减速度与紧急制动相同。
5.3.2 快速制动为可恢复的制动方式，可随时缓解。
5.3.3 具备防滑保护，受冲击极限限制。
6 停放制动
停放制动用于满足列车在无电源和气源的情况下，库内存放时，安全可靠停住的要求。
6.1 控制逻辑
停放制动是独立于BCU控制的一种制动方式，通过司机室按钮来控制停放制动的施加和缓解。停放制动采用弹簧储能的方式，每根轴安装一个带停放制动的基础制动单元，车辆缓解停放是通过向基础制动单元停放制动缸施加压缩空气抵消弹簧力达到缓解停放制动的目的，停放制动的施加则是通过排放停放缸中的压缩空气，弹簧自然伸张来实施停放制动。
6.2 控制过程
当触发停放制动施加按钮后，停放制动施加列车线得电，从而激活安装在辅助控制模块中的脉冲电磁阀，脉冲电磁阀为双稳态电磁阀。该阀有两个电磁铁模块，分别控制停放制动的施加和缓解。当控制停放制动施加的电磁铁得电后，脉冲电磁阀会排出下游（通往停放缸）的压缩空气，从而使停放制动施加。此时，只有当控制停放制动缓解的电磁铁得电才能被缓解。每车设有1个截断塞门能够切除故障停放制动，该截断塞门集成在辅助控制模块中。切除状态会在司机HMI上显示。切除停放制动后，可通过手动缓解装置缓解，一旦手动缓解了停放制动，停放制动失效，当总风压力恢复到正常范围时，打开停放切除截断塞门，并进行一次制动操作，停放制动自动恢复。
6.3 实施原则
6.3.1 列车运行时，不能施加停放制动，否则会触发紧急制动。
6.3.2 列车入库停放后，随着总风压力的降低，车辆状态会由紧急制动状态制动切换成停放制动状态。
6.3.3 只有总风压力达到一定程度之后停放制动才能够被缓解。
7 结语
本文介绍了当前国内地铁车辆架控制动系统主要的制动系统功能、控制逻辑，对制动系统各制动功能模式下的控制逻辑、控制过程、实施原则等进行了较全面的阐述和分析；总结了各制动模式的功能特点，对从功能上了解地铁制动功能在各工况下所起着的作用以满足列车的正常运营具有重要意义，对地铁列车故障诊断具有指导意义。
参考文献
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作者简介：刘政，男，中车唐山机车车辆有限公司产品研发中心工程师，工学硕士，研究方向：轨道车辆制动系统研发设计。
（责任编辑：王 波）