城轨车辆制动系统的应用李明，丁锋，盛朝霞 （大连机车车辆有限公司城轨技术开发部制动室，大连１１６０２２）　摘要:对国内外城轨车辆制动系统进行了对比、分析，阐述了各种制动系统的特点及其发展方向，在选用城轨制动系统时，应大力提倡采用国产化制动系统。

关键词:城轨车辆；制动控制系统；电空制动；应用Application of Brake System in ChinaLi Ming，Ding Feng，Sheng Zhaoxia(51 Zhongchang Street shahekou District,Dalian 116022, China)Abstract: Compared with the brake systems in CHINA and overseas．Elaborated each kind of braking system's characteristic and the development direction．When selects the urban rail vehicle braking system．We should promote with great effort uses the manufacture domestically braking system．Keywords:Urban rail Vehicle; Brake Control System; Electropneumatic Brake; Application1 前言现如今，城轨车辆在城市交通运输中将起着越来越重要的作用。

城轨车辆具有大运量、低污染、快速、准点、安全等优点，并且能充分利用地下空间，对环境不产生污染，是解决城市交通拥挤的主要手段。

本文介绍了当前我国城轨车辆主要选用的国内和国外制动系统，从组成、功能和原理上进行了剖析，以利于对城轨车辆制动系统的选用。

2 城轨车辆国内外制动系统分析目前，我国城轨车辆制动系统主要分为国内和国外产品，国内制动系统为铁道科学研究院机车车辆研究所所研制的制动系统，国外制动系统主要包括德国KNORR制动系统、日本NABTESCO制动系统.以上均属于当今主型的模拟式直通电空制动系统，具有反应快速、操纵灵活，以及与牵引、TCMS(列车控制管理系统)和ATC等系统协调配合等特点。

主要对这些制动系统的制动控制、装置组成和功能进行介绍。

2.1 国产制动系统由铁道科学研究院机车车辆研究所所研制的国产制动系统，已成功运用于各城市的地铁车辆中，如天津滨海线所采用的制动系统。

该系统采用微机控制的模拟式电－空制动系统，制动控制系统采用车控方式，即每辆车都配有一套电空制动控制装置(EBCU)，空气簧压力取自前后转向架各1点，将其平均后进行控制，EBCU内设有监控终端，具有自诊断和故障记录功能。

空气制动系统能在司机控制器、ATO 或ATP 的控制下对列车进行阶段或一次性的制动与缓解。

该系统具有反应迅速、操纵灵活、能与电制动混合使用、防滑控制、紧急制动等功能。

2.1.1制动控制装置制动控制装置主要由电子控制装置(EBCU)、电空中继阀等气动控制部件及压力传感器的气动控制单元组成。

EBCU可分为制动控制、防滑控制、通信及故障诊断3个部分。

EBCU的制动控制部可以接收列车制动控制线的PWM 制动指令编码，进行空气和电制动的混合制动模式运算，控制常用制动电磁阀的电流以实现对制动缸的压力控制，并根据两路空气弹簧的压力ASl、AS2实现制动力按载重的自动调整。

EBCU的防滑控制部分可以测定各车轴的速度，一旦检测到有车轮滑行，便驱动防滑放风阀降低滑行轴的制动缸压力，使滑行车轮恢复到正常的粘着滚动状态。

EBCU的通信及故障诊断部分用以列车监控装置的通信及故障诊断信息的显示与存贮。

制动控制装置还能优先响应纯空气的紧急制动，并封锁EBCU的作用，达到安全制动的目的。

电空制动系统框图如图1所示。

图1 微机控制模拟直通电空制动系统框图2.1.2 制动系统基本功能(1) 常用制动常用制动采用模拟电气指令方式，是由微处理器控制的直通式电空制动，它采用减速度控制模式，其制动力随输入指令大小无级控制，制动控制单元根据减速度指令和车辆实际载重来计算目标制动力，产生相应的减速度。

常用制动具有冲击率限制功能，以改善乘坐的舒适性；常用制动采用空电混合制动并优先使用电制动，不足部分由空气制动补足，以尽可能减少空气制动的负荷。

(2) 快速制动快速制动的控制模式与常用制动相同，制动减速率与紧急制动相同，同时具有空电复合的功能。

(3) 紧急制动紧急制动采用紧急安全环路的纯空气制动，由列车线直接控制的直通式制动模式。

该制动环路独立于常用制动，不受微处理器控制，它受失电紧急的两位三通紧急电磁阀控制，具有故障导向安全的功能。

紧急制动发生后，在列车完全停止前不允许缓解制动(零速联锁，以防止车辆减速过程中重新起动)。

(4) 空电混合制动控制空电混合制动是以一动一拖车辆作为一个单元进行的混合制动控制。

动车的制动电子控制单元也从拖车的制动电子控制单元得到拖车的车重信号，产生编组单元内的制动请求信号，再向牵引系统请求电制动信号。

根据牵引系统反馈电制动信号，进行编组单元内的制动力不足计算，动车优先响应电制动力，减少空气制动力，单元内不足的制动力则由拖车优先补充，或者编组内同时施加空气制动。

(5)检测及故障诊断制动控制装置具有自诊断功能，可以对制动系统的关键部件和性能进行监测，及时通讯。

同时根据故障情况进行分级：小故障、中等故障、重大故障，指导司机进行正确有效的处理。

2.2 德国KNORR制动系统德国KNORR制动系统主要指KNORR的ESRA电空制动系统和EP2002电空制动系统。

ESRA电空制动系统是一种标准化的制动系统，是传统的直通电空制动系统，可用于动车组和城轨等项目。

该电空制动系统1993年研发，1995年投人应用。

在我国，该电空制动系统主要应用于上海、广州、北京和天津等地铁项目。

2.2.1 KNORR的ESRA制动系统KNORR的ESRA制动系统的制动控制单元包括制动电子控制装置和气动控制装置两部分：电子控制装置为贮有定制程序的标准机箱，主要由包括微处理器的主电路板、辅助电路板和通信板组成；气动控制装置主要由电空模拟转换(EP)阀、紧急电磁阀、中继阀、空重车调整阀和气路板等组成。

(1) 常用制动常用制动时，总风压力经过电空转换模块(图5中A)转换为与电子控制装置制动指令成比例的预控压力，然后驱动KR6AA中继阀(图5中D)为制动缸充风，从而施加制动。

常用制动时，输入电空转换模块的电控信号基于制动指令进行了载荷调整和冲动限制；电空转换模块输出的预控压力须通过紧急阀(图5中E)和空重车调整阀(图5中F)，然后进入中继阀。

(2) 紧急制动紧急制动时，紧急电磁阀失电使总风不经电空转换模块直接进入空重车调整阀，产生一个经载荷调整的紧急预控压力，通过中继阀给制动缸施加紧急制动压力。

2.2.2 KNORR的EP2002电空制动系统德国KNORR的EP2002电空制动系统主要指英国WESTINGHOUSE(现为KNORR英国子公司)的EP2002电空制动系统，是一种基于架控的城轨直通电空制动系统。

该电空制动系统2000年开始研发，2005年装车应用。

在我国，该电空制动系统主要应用于上海、广州、北京等地铁项目。

EP2002电空制动控制单元包括一系列高度机电—体化的制动控制阀，即网关阀(Gateway Valve)、扩展阀(RIO Valve)和智能阀(Smart Valve)。

网关阀主要用于制动网络控制和本车制动控制，扩展阀主要用于本车制动控制和扩展电气连接，智能阀用于本车制动控制。

EP2002阀外形如图2所示。

图2 EP2002阀外形图对于EP2002的网关阀、扩展阀和智能阀，其气动部分都是相同的，称为气动阀单元。

该气动阀单元包括多个功能部，如图3所示。

(1)主调节部(Primary Regulation)，根据经载荷调整的紧急制动压力进行压力调节。

(2)次调节部(Secondary Regulator)，位于主调节部的上游装置，根据在超员状态下紧急制动压力限制制动缸的最大压力。

(3)称重部(Load Weigh)，用于向主调节部提供一个预控压力。

在常用和紧急制动时，称重部将产生与空簧压力(ASP)成比例的预控压力。

(4)制动缸压力部(BCP Regulation)，用于将主调节部的输出压力调节到要求的制动缸压力，还用于在防滑器动作时对制动缸压力进行控制。

对于每根轴，它由两个电磁阀和两个活塞阀组成。

(5)连接部(Link Valve)，用于在气路上连接或隔断制动缸的压力输出。

(6)压力传感器，用来进行内部调节和(或)外部指示(制动风缸、载荷、制动缸压力、停放制动)。

(7)远程缓解部(Remote Release)，用于当列车在隧道中遭遇严重的影响安全的风险时。

图3 EP2002阀内部气动示意图2.3 日本NABTESCO制动系统日本NABTESCO制动系统主要指NABTESCO的HRDA型电空制动系统，1992年投入应用，是一种传统的直通电空制动系统。

在我国，该电空制动系统主要应用于北京和天津的城轨项目。

HRDA型电空制动系统的制动控制单元包括制动电子控制装置和气动控制装置两部分：电子控制装置为贮有定制程序的标准机箱，气动控制装置主要由电空中继阀、空重车调整阀和气路板等组成。

制动控制单元的原理框图如图4所示。

图4 HRDA型制动控制单元原理框图2.3.1制动电子控制装置HRDA型电空制动系统的电子控制装置整体结构采用6U标准机箱，主要芯片采用日本日立公司的H8系统微控制器。

该电子控制装置主要包括制动控制、防滑控制、通信及显示三个部分。

制动控制部可接收列车制动控制线的PWM制动指令，进行空气和电制动的混合制动计算，控制电空中继阀上电空转换(EP)阀的电流，实现对制动缸的预控压力控制；同时，电子控制装置又根据两路空气弹簧压力(AS1、AS2)对预控压力按载荷进行自动调整，通过气动控制装置实现对制动力的控制。

防滑控制部可以测定各车轴的速度，一旦检测到有车轮滑行，便控制防滑阀降低滑行轴的制动缸压力，使滑行车轮恢复到正常的粘着状态。

通信及显示部用于与TMS通信及故障诊断信息的显示与存贮。

2.3.2制动气动控制装置制动气动控制装置主要由电空中继阀、空重车调整阀、压力传感器和气路板等组成。

其中电空中继阀包括电空转换(EP)阀、紧急电磁阀和中继阀。

常用制动时空气制动力是通过电空转换(EP)阀对预控压力进行控制，然后再由中继阀进行流量放大，产生与预控压力相对应的制动缸压力。

紧急制动为纯空气制动模式，当接收到紧急制动指令时将空重车调整阀调整后的紧急制动预控压力直接由紧急电磁阀进人中继阀，产生能随载荷调整的紧急制动缸压力。