国内外动车组制动系统及救援技术分析

1、内外动车组制动系统及救援技术分析摘要：我国的高速铁路建设在不断的加快，高速铁路的建设带动了我国的经济 在不断的发展进步，目前世界上的主要高速铁路国家包括中国、日本、德国、法 国等，制动系统原理和制动救援技术均不相同。中国高铁和日本新干线均采用直 通式电空制动系统，德国和法国等欧洲干线动车组制动系统普遍采用自动式空气 制动系统，欧洲市域动车组和地铁等通常采用直通式电空制动系统。各国高速动 车组通过配置自动式空气制动机、设置制动指令传输或转换装置、列车供电管理、 外部供电等各种方式，来保证动车组能够被机车或者动车组高效救援。关键词：动车组；制动系统；救援；回送引言制动系统是列车高速运行的安全保障，

2、需要设计良好的控制策略来保证安全 停车。目前动车组采用的是空电复合的直通式电空制动系统，通过列车网络来传 递制动控制指令和制动设备的状态，实现制动系统和列车上其他系统之间的交互。 目前制动系统的协调控制方面在现场应用时还存在一些问题，因此研究动车组电 空混合制动控制算法具有重要的意义。以动车组整车制动系统为研究对象，利用 Control-Build软件搭建整车制动力分配逻辑，对各种制动工况和 制动方式下的车辆制动力动态分配进行分析。由列车制动管理器根据各单元制动 力能力值和载重比进行单元制动力分配，再由分段制动管理器在单元内按照等磨 耗原则分配各车制动力，对电制动故障、空气制动故障、滑行以及停

3、车情况下各 车的制动力分配进行仿真分析，仿真结果表明搭建的制动力分配逻辑能够有效的 提高制动效率，确保列车能够安全运行。1微机控制的直通式制动机目前，动车组与城轨车辆使用的制动机采用电气指令微机控制的直通式电空 制动机。与早期的直通式空气制动机不同的是空气压缩机安装在车辆上，制动控 制器安装在带司机室的头车与尾车上，每个车辆上均安装有微机制动控制单元， 该单元主要包括制动控制计算机BCU、电空转换EP阀（包括制动电磁阀、缓解 电磁阀）、紧急电磁阀等。它具有单独的排气口，制动缸的压力不需再通过制动 控制阀排气，可以避免制动与缓解前后不同步的问题。在制动、保压、缓解过程 中，司机通过制动控制手柄发

4、出电气制动指令，制动指令通过电缆线（光缆）传 递到微机制动控制单元。微机制动控制单元进行制动力的计算与分配工作。同时， 将总风管的压缩空气按照电气制动指令传递给制动缸。不同的制动作用，电气制 动指令的大小不同，制动缸得到的压缩空气压力也就不同，制动力大小也就不同。 因此，可以实现各种情况下的不同制动作用。2国内外动车组制动系统及救援技术2.1德国动车组制动系统及救援技术德国在1985年就开始研制高速动车组，目前为止已研制出ICE系列的 多款车型ICE动车组从1 9 8 5年的ICE/V试验型动车组、1 9 9 0年 的ICE1到1 9 9 2年的ICE2均为动力集中型的动车组，1997年的I

5、CE3为动力分散型动车组，2017年12月正式运营的ICE4是德国第一 个采用直通电空技术的动力分散型动车组ICE系列动车组均采用自动式空气 制动机用于救援。2.2日本动车组制动系统及救援技术日本自1 9 6 4年新干线开通以来，共研制了0系、10 0系、3 0 0系、5 0 0系、70 0系，以及E1、E2、E3、E4、E5、E6系等多款高速 动车组，均采用直通电空制动系统，均无自动式空气制动机。采用动车组或专用 机车救援，可利用车前端连接器供电和传递制动指令。2.3分配阀单元原理制动管的压力空气进入分配阀单元的1口，压力传感器及截断塞门的电接点 将压力信号送给TCMS及控制电路，分配阀根据

6、制动管压力变化控制输出压力， 工作风缸中压缩空气经分配阀单元的2 口输出。比例风缸容积1.3L，它可以模拟 制动的容积。当制动管压力升高时，管内压力使分配阀动作，打开了 CV 口与大 气的排气通道，CV 口压力空气排大气，压力降低，使系统处于缓解状态。同时， 制动管的压力向工作风缸充气。当制动管压力不再升高时，分配阀所有阀口关闭， CV 口压力与大气不相通，CV压力保持不变，工作风缸也不再充气，系统处于保 压状态。当制动管压力下降时，分配阀的阀口打开，工作风缸的压缩空气经阀口 向C 口充气，CV压力升高，使系统处于制动状态。2.4车辆发生滑行时的制动力分配策略车辆的制动控制单元BCU和牵引控制

7、单元TCU都会对车辆的滑行情况进 行检测，当BCU检测到滑行时置位滑行信号EpSlide，当TCU检测到 滑行时置位滑行信号EdSlide。发生滑行时制动控制单元通过图4所示的 逻辑对列车的制动力进行管理，防止列车滑行情况恶化。当SBM检测某辆车的 滑行信号置位时，将会把预设黏着系数降低，通过降低本车施加的制动力达到快 速恢复黏着的目的。当EdSlide置位时，在3 s内SBM不对电制动力进 行补充，等待TCU对电制动力进行处理，3s后若EdSlide还是置位状 态则置位该节动车电制动力切除信号EdSlide置位的同时EpSlid e也置位，持续时间超过Is时置位该节动车电制动力切除信号。以上

8、控制逻辑 可以有效防止滑行信号误检测导致制动力分配频繁变化。2.5国内动车组救援优化措施目前国内各型动车组均采用微机控制的直通式电空制动系统，当动车组在救 援过程中无电时空气制动不可用或系统功能降级，导致救援限速运行。为保证被 救援动车组空气制动可用以提升救援效率，前提是BP救援转换装置和制动系统 正常供电。1）优化动车组供电管理策略目前各型动车组供电管理策略差异较大， 无法满足救援处置过程中的制动系统供电需求。新研制的动车组增加了蓄电池容 量并完善了动车组蓄电池分级管理策略，以保证动车组被救援时空气制动可用为 目标，合理设置最小负载并将救援用电设备连接动车组BD供电。2）优化动车 组自发电负

9、载管理动车组自发电功能主要在动车组回送、无高压供电等工况下， 动车组被拖拽时为动车组交流辅助负载供电，并在辅助变流器和充电机工作后为 动车组直流负载供电。新研制的动车组对与自发电相关的负载进行了单独分级管 理，以保证被救援动车组自发电功能的可用性。3）优化动车组外部供电管理国 内各型动车组外部供电的电压制式不统一，各型动车组外部供电的电压制式与机 车供电的电压制式不统一，外部供电连接器形式及容量不统一，被救援动车组最 小负载容量不统一，导致动车组之间相互救援时无法通过救援动车组向被救援动 车组供电，动车组被机车救援时无法直接通过机车向被救援动车组供电。新研制 动车组在外部供电情况下以保证动车组被救援时空气制动可用为目标，合理配置 动车组负载容量，实现了动车组被救援时能够通过外部供电满足用电设备需求。结语针对现有制动系统中车辆制动力存在故障时各单元施加制动力差距较大问题， 提出一种由列车制动管理器根据各单元制动力能力值和载重比进行单元制动力分 配，再由分段制动管理器在单元内按照等磨耗原则分配各车制动力的整车制动力 分配策略。考虑多种工况下对制动力的需求，基于ControlBuild软 件搭建动车组整车制动力分配逻辑，结果表明该分配策略能够减少故障情况下各 单元施加制动力的差距，并满足不同工况下列车安全平稳制动的要求。参考文献1 中国铁路总公