制动系统（总）课件讲解

【知识要点】1.制动的基本概念、原理与模式2.制动系统的组成及各组成部分的工作原理3.防滑系统的工作原理【教学目标】1.能够掌握制动的基本概念、常见的制动模式与制动方式2.能够识别制动系统的基本组成部分3.能够掌握风源系统的工作原理4.能够掌握防滑系统的工作原理5.能够掌握制动控制系统的基本原理及过程6.能够掌握基础制动装置的类型与结构项目五

制动系统

任务一制动基础知识认知一、制动的基本概念1.制动人为地施加于运动物体一个外力，使其减速、或者防止其加速、或停止运动、或施加于静止物体以保持其静止状态。这种作用称为制动作用。实现制动作用的力称为制动力。制动力对被制动物体来说是一种外力。制动作用强调人为地施加的外力作用，意味着可以调整制动力的大小，即制动作用效果。2.缓解解除制动作用的过程称为缓解。制动装置既要能实现制动作用，也要能实现缓解作用。对于运动着的列车，欲使其减速或停车，应根据需要施加于列车一定大小的与其运动方向相反的外力，即施行制动作用；列车在运行途中加速或启动加速前，要解除制动作用，即施行缓解作用。、3.制动距离从列车开始制动起，直到停车，列车所走过的距离称为制动距离。

二、制动方式制动方式指的是制动时，城轨列车动能的转移方式或制动力的获取方式。1.摩擦制动通过摩擦副的摩擦将列车的运动动能转变为热能，逸散于大气，从而产生制动作用。城轨车辆常用的摩擦制动方式主要有闸瓦制动、盘形制动和磁轨制动。图5-1闸瓦制动原理（1）闸瓦制动闸瓦制动又称为踏面制动，它是最常用的一种制动方式，如图所示。制动时闸瓦压紧车轮，车轮与闸瓦间发生摩擦，将列车的运动动能通过车轮与闸瓦间的摩擦转变为热能，逸散于空气中。

（2）盘形制动

盘形制动有轴盘式和轮盘式之分，如图所示。一般采用轴盘式，当轮对中间由于牵引电机等设备使制动盘安装发生困难时，可采用轮盘式。制动时，制动缸通过制动夹钳使闸片夹紧制动盘，使闸片与制动盘间产生摩擦，把列车的动能转变为热能，热能通过制动盘与闸片逸散于大气。1-轮对；2-制动盘；3-单元制动缸；4-制动夹钳；5-牵引电机图5-2盘形制动

（3）磁轨制动磁轨制动是一种传统的制动方式，这种制动方式是在转向架前后两轮对之间的侧梁下安装升降风缸，风缸顶端装有两个电磁铁，电磁铁包括电磁铁靴和磨耗板，电磁铁悬挂安装在距轨面适当高度处，制动时电磁铁落下，并接通励磁电源使之产生电磁吸力，电磁铁吸附在钢轨上，列车的动能通过磨耗板与钢轨的摩擦转化为热能，逸散于大气。

轨道电磁制动可得到较大的制动力，因此常被用作紧急制动时的一种补充制动手段。这种制动不受轮轨间黏着系数的限制，能在保证旅客舒适性条件下有效地缩短制动距离。但磨耗板与轨道摩擦产生的热量很多，对钢轨的磨损也很严重。但因为其制动距离短，而结构又简单可靠，所以这种装置在有轨电车和轻轨上使用较多。

2.电制动将列车的动能转移成电能的制动方式称为电制动。电制动按照其制动原理的不同又可分为动力制动和电磁涡流制动。（1）动力制动动力制动是建立在电动机可逆性工作的基础上。在牵引工况时，电动机从接触网吸收电能，将电能转换为机械能，产生牵引力，使列车加速或在上坡的线路上以一定的速度运行；在制动工况时，列车停止从接触网受电，电动机变为发电机工况，将列车运行的机械能转换为电能，使列车减速或在下坡线路上以一定的限速度运行，此为动力制动在制动过程中由牵引电机转化而来的电能通过直接反馈给供电触网或消耗在电阻器上这两种方式消耗电能。

通过转换电路和受流器（受电弓）将电能反馈给供电触网，提供给本车辅助电源或同一电网中相邻运行的列车使用这种方式称为再生制动，也称反馈制动。一般每个动车都安装有制动电阻箱，里面装有足够的制动电阻，如图5-3所示。电阻器的材料一般采用合金带钢条，因为这种材料具有稳定的电阻率和相当大的热容性。电阻带分组安装在由电磁瓶绝缘的铁架上，电阻带之间留有很大的通风空间。如果由于触网电压太高，不能接受电能进行反馈，电能只能通过列车上的电阻器发热转变成热能散发到大气中去，这种方式被称为电阻制动，也称能耗制动。图5-3制动电阻箱

（2）电磁涡流制动电磁祸流制动就是利用电磁流在磁场下产生洛伦兹力，利用洛伦兹力的作用方向与物体运动的方向相反的物理原理来设计的一种电磁制动方式，这种制动方式具有无摩擦、无噪声、体积小、制动力大的优点。

目前，轨道交通车辆利用电磁涡流制动的方式主要有盘形涡流制动和轨道直线涡流制动1）盘形涡流制动盘形涡流制动利用安装在车轴上的圆盘切割磁力线产生涡流和洛伦兹力，根据产生磁场的机理可分为电磁涡流盘形制动和永磁涡流盘形制动。日本新干线的高速动车组采用的是电磁涡流盘形制动原理，如图5-4所示。1-制动圆盘；2-外圈磁极；3-内圈磁极图5-4涡流制动

2）轨道直线涡流制动

轨道直线涡流制动通过对安装于转向架两侧车轮之间的条形磁铁励磁，在钢轨上产生涡流使车辆制动，具有无摩擦、制动迅速等优点。同时，轨道直线涡流制动装置可增加车辆轴重，提高车辆黏着力，其原理如图所示。当处于制动状态时，由于电磁铁的N极和S极相对于钢轨运动，在钢轨内产生交变的磁场，使钢轨头部产生涡流，涡流与电磁铁相互作用，产生一个图5-5轨道涡流制动垂直于钢轨面的吸引力和一个与车辆运行方向相反的制动力垂直于轨面的力可增加车辆的黏着力，与车辆运行方向相反的力就是电磁涡流制动力。但轨道涡流制动如果要得到很大的涡流制动力，则需要很庞大的制动装置。这种轨道涡流制动装置应用于上海磁浮列车的制动控制系统中。

3.风阻制动风阻制动是近年来发展出来的新型制动技术，它的原理就是将空气阻力转化为制动力，属于非黏着制动方式。列车正常运行时，风阻制动板收于车体内，不会增大列车的横截面积，因此不会增加列车的运行阻力；当列车制动时，风阻制动板展开，列车的横截面积随之加大，运行中的空气阻力也变大，从而得到了直接作用于车体自身的制动力，由此产生制动的作用。图5-6日本风阻制动的应用日本在2005年研制的FASTECH360Z型高速列车上，就已经安装了形状类似于“猫耳朵”的风阻制动装置，如下图所示。

三、制动模式城轨车辆根据运行的要求，主要采用了停放制动、常用制动、快速制动、紧急制动和保压制动等常见制动模式。1.停放制动由于车辆断电停放时，制动缸压力会因管路漏泄在（空气压缩机停电或不工作）无压力空气补充的情况下，逐步下降为零，使车辆失去制动力。车辆停放制动不同于车辆运行中的制动作用，它采用弹簧力来产生制动作用。在正常情况下，弹簧力的大小不随时间而变化，由此获得的制动力能要满足列车较长时间断电停放的要求。弹簧停放制动缸充气时，停放制动缓解弹簧停放制动缸排气时，停放制动施加;并且还需附加有手动缓解功能。

2.常用制动常用制动是指在正常情况下为调节或控制列车速度（包括进站停车）所施行的制动。其制动作用比较缓和；制动力可以调节，通常只用到列车制动能力的20％～80％，大多数情况下只用50％左右。在常用制动模式下，电制动和摩擦制动一般处于激活状态。一般情况下电制动能满足车辆制动要求，当电制动不能满足制动要求时，摩擦制动能够迅速、平滑地补充，实现混合制动作用。

3.紧急制动紧急制动属于非常制动，是在紧急情况下为使列车尽可能快地停车而施行的一种制动。其制动作用比较迅猛，而且制动力最大。紧急制动不可自动恢复，必须停车后人工恢复。紧急制动不经过电制动系统的控制，直接使空气（摩擦）制动的紧急电磁阀失电而产生。因此，紧急制动具有如下特点：①电制动不起作用，仅空气制动；②高速断路器断开，受电弓降下；③不受冲击率极限的限制，在1.7s内即可达到最大制动力的90％；④紧急制动实施后是不能撤除的，列车必须减速，直到完全停下来(零速封锁)；

⑤具有防滑保护和载荷修正功能。

4.快速制动当主控制器手柄移到“快速制动位”时，列车将实施与紧急制动相同的快速制动。快速制动力大小与紧急制动相当，但属于正常制动范畴，可自动恢复。快速制动具有如下特点：①电制动与空气制动同时作用；②受冲击率极限的限制；③主控制器手柄回“零位”可缓解；④具有防滑保护和载荷修正功能。

5.保压制动保压制动是为防止列车在停车前的惯性冲击力，使列车平稳停车，通过系统内部设定的执行程序来控制。当列车速度小于某规定值（例如8km/h），电制动逐步退出，由空气制动替代。当列车速度接近停车时，一个小于最大制动指令70％的保压制动指令开始自动实施，即瞬时地将制动缸压力降低。

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任务二风源系统认知地铁车辆的风源系统为制动系统和辅助系统部件提供压缩空气。其中的辅助系统包括空气弹簧气路、汽笛和刮雨器装置气路、门控和空调装置气路、受电弓气路和车钩解钩装置气路等。风源系统是制动系统的重要组成部分。风源系统主要由空气压缩机、干燥器、安全阀、主风缸、压力调节器、管路及截断塞门等构成。图5-8风源系统

风源系统能为城轨列车每一单元的车辆提供足够的压缩空气。空气由压缩机上的空气过滤器过滤后进入压缩机，在电动机的驱动下被压缩的空气经冷却器冷却、干燥器干燥后，通过主风管同时送至3个主风缸(A、B、C车各一个)。相邻车辆的主风管通截断塞门与软管相连，以使各车辆之间的压缩空气保持流通，如图所示。压力调节器根据管路压力控制着电动机的接触器，故空压机的启、停由压力调节器控制，当主风管压力低于指定值时，空压机自动启动；当主风管压力高于某设定值时，则停机。空压机单元的设计能力有足够的储备量，如果一台空压机单元发生故障，另一台空压机单元将承担整列车全部的供气。图5-9风源系统的工作原理图

一、空气压缩机

每列车配有2台空气压缩机，压缩机的工作时允许一个压缩机作为主压缩机(通常模式)而另一个压缩机作为从动模式(辅助模式)。每个车上的制动控制电子单元都能接受来自列车信号程序的压缩机的信号，主压缩机的信号，信号每天更换。如果列车需要的压力空气由一个空压机就能满足，则第二个空压机就不再启动，只有当总风压力低于0.75MPa，一个空压机不能满足要求时才启动第二个空压机。1.空压机工作模式（1）常规模式当压力降到启动极限时空气压缩机开始启动，当压力到停机极限时空气压缩机开始关闭，其压力控制就在两个压力极限之间。（2）辅助模式当压力降到辅助启动极限时空气压缩机开始启动，当压力到停机极限时空气压缩机开始关闭，其压力控制就在两个压力极限之间。

2.供风系统的压力极限（1）安全极限:由安全调整阀控制的压力值(主管安全阀)。（2）停机极限:由所有的模块上空气压缩机停止工作时的压力值。（3）启动极限:由指定模块上的空气压缩机开始启动的工作压力值。（4）辅助极限:当主风管的压力达到极限时，第二个空气压缩机开始工作时，用来控制列车主空压机的运转，是一种辅助模式。（5）紧急极限:当总风管的压力达到该极限时，紧急制动开始实施直到列车停止。3.空气压缩机的类型（1）活塞式压缩机目前，城市轨道交通车辆使用的活塞式空气压缩机虽然类型很多，但基本结构却大同小异。活塞式空气压缩机一般均由固定机构、运动机构、进排气机构、中间冷却装置和润滑装置等组成。其中，固定机构包括机体、气缸、气缸盖，运动机构包括曲轴、连杆、活塞，进排气机构包括空气滤清器、气阀，中间冷却装置包括中间冷却器(简称中冷器)、冷却风扇，润滑装置包括润滑油泵、润滑油路等。

1-空气过滤器；2-电机；3-冷却器；4-叶轮；5-风箱式连接器；6-机轴；7-曲柄轴箱；8-气缸；9-安全阀；10-油位刻度管；11-弹簧减震器；12-对接法兰；13-油滤器；15-止回阀；16-止回阀；A1-空气进口；A2-空气出口；A3-油箱通风口；A4-冷却空气；A5-含油空气；P1-低压空气；P2-高压空气；图5-10VV120型活塞式空气压缩机结构原理图

（2）螺杆式压缩机螺杆式压缩机也是城轨车辆上常用的一种，其结构如下。1-空气滤清器；2-后冷却器；3-冷却器；4-油冷却器；5-空气供给口；6-吸气阀；7-真空指示器；8-压力开关；9-压力维持阀；10-油气简；11-油细分离器；12-隔板；13-温度开关；14-电加热器(可选)；15-放油阀；16-油过滤器；17-温控阀；18-安全阀；19-卸荷阀；20-机头；21-离心式风扇；22-联轴器；23-电动机；A1-空压机空气入口；A2-压缩空气出口；A3-冷却空气图5-11螺杆式空气压缩机结构原理图

二、干燥器图5-12双塔干燥器原理图

图5-13双塔干燥器结构图

双塔干燥器安装在每一辆拖车的压力空气供给和制动控制合成模块上，它的再生干燥剂采用活性氧化铝并且安装在空气压缩机的后面为全列年用风系统提供干燥清洁的压力空气空气干燥器单元的再生吸附功能采用双塔干燥器并且干燥剂采用活性氧化铝，双塔的运转的形式采用平行工作制，当潮湿空气在一个塔中进行干燥时则另一个干燥塔的于燥剂正在再生。双塔式干燥器属于吸附式干燥器。它是通过变压吸附原理来达到干燥效果。当潮湿的压力空气从空气压缩机中出来后进入双塔干燥器，在这里压力空气中的水和油将被彻底分离出来，当压力空气经过一个塔的干燥剂后，出来的压力空气的相对湿度为35％。

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任务三基础制动装置基础制动装置是城市轨道交通车辆的制动系统中一个重要且必不可缺的组成部分，基础制动系统是整个制动系统的实施和执行部分，目前由于制造城市轨道交通车辆的厂家众多，因此城轨列车的基础制动装置也是形式多样。城轨车辆基础制动装置目前采用单元制动器的比较普遍，我国的广州和上海地铁车辆使用的是德国克诺尔制动机厂生产的单元制动器，而西安地铁2号线则采用日本NABCO公司的单元式制动器，它们在结构上大同小异。城轨车辆的每台转向架安装4套单元制动器，同时对同一转向架的4个车轮进行制动。

本节仅介绍目前较为常用的PC7Y和PC7YF型单元式制动器，它们的结构基本一致，只是PCYF多了一个弹簧制动器(又称为停放制动器)，主要用于车辆停放制动。

一、PC7Y型单元制动器如图所示为PC7Y型单元制动器的结构原理图，由图可知其主要由单元制动缸、活塞、活塞杆、制动杠杆、活塞弹簧、闸瓦间隙自动调节器、吊杆、扭簧、闸瓦托、闸瓦和壳体等组成。1-制动缸；2-制动活塞；3-制动活塞杆；4-制动杠杆；5-单向闸瓦间隙调整器；6-闸瓦托；7-闸瓦托吊；8-缓解弹簧；9-透气滤清器；10-瓦托复位弹簧；11-推杆头；12-弹簧垫；13-调整螺母；14-螺栓；15-外体；16-瓦间隙调整器体；26-螺杆；L1-制动杠杆转动中心；R-齿轮啮合面；Z1-啮合锥面图5-14PC7Y型踏面单元制动器(不带停车制动器)

PC7Y型单元制动器在制动时，单元制动器的制动缸内被充入压力空气，推动活塞移动并转变为活塞杆的推力。活塞杆带动增力杠杆围绕安装在壳体上的销轴转动。由于增力杠杆的增力比为1:2.85，所以该推力通过杠杆使力扩大近3倍后传递给闸瓦间隙自动调整器外壳，再传到主轴，最后传给闸瓦；缓解时，制动缸内的压力空气被排出，制动缸缓解弹簧和扭簧将主轴和活塞恢复原位，整个单元制动器恢复缓解状态。

二、PC7YF型单元制动器PCYF型单元制动器的结构与PC7Y型单元制动器完全一样，只是多了一个停放制动器。停放制动器实际上是一个弹簧制动器，是利用释放弹簧存储的弹性势能来推动弹簧制动缸活塞，带动两级杠杆使闸瓦制动的。而停放制动器的缓解需要向弹簧制动缸充气，通过活塞移动使弹簧压缩，从而使制动缓解。弹簧制动器一般由电磁阀来控制其充气和排气的。因此，司机可以在驾驶室内控制停车制动。

1-制动缸；2-制动活塞；3-制动活塞杆；4-制动杠杆；5-闸瓦间隙调整器；6-闸瓦托；7-闸瓦托吊；10-缓解活塞；31-缓解风缸；32-缓解活塞；33-缓解活塞杆；34-螺纹套筒；35-制动弹簧；36-缓解拉簧；37-制动杠杆图5-15PC7YF型单元式制动器(带停车制动器)

当压缩空气进入停放制动器的制动缸，其活塞被推右移，安装在活塞内的双锥形弹簧受压缩，而活塞中心线上的螺杆及螺套也被推动向后运动，但是因为螺套与机壳的距离很小，很快螺杆被机壳抵住不能再运动。此时活塞在制动缸中还有很大一段活动距离，还在继续向前压缩锥形弹簧。由于中间的螺杆也是大螺距非自锁螺杆，只要外界有推力，螺杆就能自动旋入螺套内而保持活塞继续压缩锥形弹簧。当锥形弹簧被压缩到位后，活塞才停止运动。在活塞和螺杆向右运动时，与螺套尾部相连的杠杆顺时针转动，其另一端将常用制动的活塞杆向左推，使单元制动器处于制动缓解状态。当停放制动缸排气时，活塞在锥形弹簧的弹力作用下向左运动，螺套及螺杆也向左移动，带动杠杆逆时针转动，使常用制动的活塞杆向右推，单元制动器处于制动状态。因为停放制动器在制动状态时不需要压缩空气，仅靠弹簧的弹力就能使单元制动器产生制动作用，所以可以用于无压缩空气的车辆(停放的列车一般都切断电源，因此空气压缩机停止工作)。

停车制动的缓解也可以由人工操作。列车在进行检修作业时，总风缸内一般无压缩空气，车辆是被弹簧制动锁住的。若需移动车辆，必须将停车制动释放。这时可以将插在弹簧盘矩形齿轮内的定位销用专门工具拔出，即可使弹簧制动缓解。这是因为锥形弹簧组件在平时制动或缓解中被定位销锁住不能转动，一旦定位销被拔去，锥形弹簧组件即可自由转动并伸长，同时带动螺杆旋转并将螺套向右移动。螺套的右移使杠杆顺时针转动，推动常用制动缸活塞杆向左移动。这时，常用制动的活塞复位弹簧及吊杆扭簧也共同发挥作用，使两杠杆都对主制动杆产生向右移动的力，停车制动得到释放。弹簧制动器经人工缓解后不会自动复位。若要复位也很简单，只需向弹簧制动缸充一次气，锥形弹簧重新被压缩，定位销将被弹簧盘锁住后即可

目前，大部分采用PC7Y型和PC7YF型单元制动器的地铁或轻轨转向架，两台带弹簧动器的PC7YF型单元制动器在转向架上是呈对角线布置的，可以分别对两个轮对进行停车制动。另一个呈对角线布置的是两台PC7Y型单元制动器。列车中的每一个轮对上均设有一个带停放制动的单元制动缸。停放制动为弹簧储能式，充风缓解、无风制动。通过操纵司机室内的停放制动施加或缓解开关，可控制停放制动施加电磁阀或缓解电磁阀的得电，达到控制停放制动的施加与缓解的目的。在停放制动缸上，还设有手动的停放缓解装置，可通过人工操作缓解停放制动。

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任务四防滑系统学习现今城市轨道交通车辆正朝着安全性、高速性、环保性和舒适性的方向发展。其高速性也在不断促进单轴牵引功率和制动功率的不断提高。动力制动的实施等强力制动装置的采用，也带来了因制动力过大而导致列车制动滑行的倾向。列车制动滑行会产生普遍的轮轨磨耗、轮轨表面擦伤等现象，严重时还会使车辆失稳，产生胀轨等事故。因此有效地防止列车制动的滑行极为重要。一、基本概念1.黏着及黏着系数黏着是表示轮轨关系的轨道交通专用术语，黏着力是指轮轨接触面切线方向传递的力。轮轨之间的黏着是轨道交通车辆形成制动力和牵引力的基本依据。黏着系数是表示了轮轨黏着的利用程度，它是具有一定离散性的随机因数，服从统计学上的规律。

2.车辆滑行当制动力过大，导致车轴的瞬间减速度值增大或者车轴转速与列车运行速度差值突然增大，破坏了轮轨之间的黏着状态，则判定该条轮对出现滑行现象，严重时会导致车轮被抱死。3.车辆空转

当车轮动能大于钢轨间粘着力时，踏面与轨面间出现相对滑动，车轮在驱动力矩的作用下就会发生空转，会导致车轮在轨道上或路面上滑转而不前进，会造成牵引电动机高速旋转，使电机损伤。

二、防滑系统的组成防滑控制装置的基本原理就是当检测到因外界因素或制动力过大引起黏着系数下降时，就立即实施控制，尽快使黏着恢复。典型的防滑控制系统主要由控制单元、速度传感器、机械部件和防滑电磁阀组成。其中控制单元是防滑控制系统的核心部分。防滑控制系统可以通过速度传感器检测出列车的正常速度以及列车与被抱死车轮间的速度差。图5-16电子防滑控制示意图这两个检测信号被传送到防滑控制系统的微处理器，微处理器根据比较和判断，然后发出防滑控制指令。防滑控制系统的执行装置按防滑控制指令的要求采取措施，使该车轮的制动力迅速降低，快速解除该车轮的滑行。当滑行消失时，微处理器得到消失后的速度信间号后，重新发出指令，恢复该车轮的制动力。

1.速度传感器用于检测列车速度和轮对速度的装置称为速度传感器，也称为速度信号发生器。它安装在轮对上。速度传感器由测速齿轮和速度传感器探头以及电缆线所组成。图5-17速度传感器原理图5-18速度传感器安装位置

2.防滑电磁阀防滑电磁阀(以下简称防滑阀)是轨道车辆中电子防滑系统的主要组成部分，它是防滑控制回路中的执行机构，防滑阀由电子开关装置控制。当防滑控制系统不发出防滑指令时，防滑阀对正常的制动和缓解不产生影响；当防滑控制系统发出防滑指令时，通过控制防滑阀的励磁线圈得电使铁芯动作，排放制动缸压力空气或恢复制动缸压力。

三、防滑控制1.速度差判据控制速度差检测是用含假想轴在内的5个轴中最高速度轴（基准轴速度）与某一轴的速度差△v和速度差率η来判断是否发生滑行。速度差检测是以一辆车内4个轴的速度及制动指令发出后以一定减速度减速的假想轴速度中速度最高值为基准，当车轮的速度比基准值的速度低于某一值时，判断为滑行；2.减速度判据控制减速度检测根据车轮本身转动速度减小的比例β来判断是否滑行。减速度检测可以对滑行轴单独进行评价，它可以及时地检测到滑行，特别是由摩擦制动造成滑行时，滑行可以用减速度检测的方法有效地检测出来。

图5-19防滑控制机理

谢谢！任务五制动控制系统认知制动控制系统是空气制动系统的核心，它接受司机或自动驾驶系统（ATO）的指令，并采集车上各种与制动有关的信号，将指令与各种信号进行计算，得出列车所需的制动力，再向动力制动系统和空气制动系统发出制动信号。动力制动系统进行制动时将实际制动力的等值信号反馈给制动控制系统，制动控制系统通过运算协调动力制动和空气制动的制动量。空气制动系统将制动系统发来的制动力信号经流量放大后使执行部件产生相应的制动力。这就是制动控制系统的主要功能。制动控制系统主要由电子制动控制单元（EBCU）、空气制动单元（BCU）和电气指令单元等组成。

图5-20制动控制系统原理

1.电子制动控制单元在电子技术和微机技术的迅猛发展下，列车的制动控制由微机综合列车运行中的所有参数，经过判断和运算，给制动系统发出精确的指令。以微机为中心的电子控制装置被称为电子制动控制单元（EBCU）、微机制动控制单元(MBCU)或制动控制电子装置（BCE）等。它有以下主要功能： （1）接受司机控制器或ATO的指令，与牵引控制系统协调列车的制动和缓解。（2）将接收到的动力制动实际值经EP阀转换，将电信号转换成气动信号发送给空气制动控制单元。 （3）控制供气系统中空气压缩机组的工作周期，监控主风缸输出压力等参数。（4）在列车制动过程中始终收集列车所有轮对速度传感器发来的速度参数，对轮对在制动过程中出现的滑行进行监视。 （5）对列车制动时的各种参数和故障进行监视与记录。

2.空气制动控制单元   空气制动控制单元是制动系统中电气制动和空气制动的联系点，也是电子、电子信号与气动信号的转换点。空气控制阀件由一系列阀件、管路及控制元件组成。3.电气指令单元 现在城市轨道交通车辆的制动系统无一例外地采用电气指令单元来快速、准确、可靠地传递司控器的指令。采用电气指令可以使列车制动、缓解迅速、停车平稳无冲动，缩短制动距离。（1）数字式电气指令制动控制系统 数字式指令指开关指令的组合，属于分档控制。这样的分档制动指令通过具有多块气动膜板的中继阀的动作，使制动缸获得恒定的七级压力。 数字式电气指令制动控制系统操作灵活，可控性能好。我国自行制造的北京地铁车辆使用的SD型制动系统即为数字式电气指令制动控制系统。

（2）模拟式电气指令制动控制系统 模拟式电气指令制动系统可以实现无极制动和连续操纵。常用的模拟电信号有电流、电压、频率和脉冲等，这些模拟量可以传递制动控制信号。理论上，模拟式电气指令制动控制系统的操纵比数字式的更方便，但它对指令传递的设备性能要求比较高。如果设备性能不能满足要求，其精度会降低，从而会影响制动效果。 从目前趋势来看，城市轨道交通车辆采用脉冲宽度调制的模拟式电气指令制动控制系统，应当是较为先进的列车制动控制系统。

4.制动力分配原则（1）恒制动率控制城市轨道交通车辆载客情况变化很大，无论空载、满载或超员，都应保证列车的减速度与司机制动命令相对应。因此，列车控制系统必须检测各界车辆的负载重量，对应于各动车和拖车的负载重量变化而自动调整各级制动缸压力。在运行过程中，司机控制器的各制动级位都可以保持恒定制动率，得到恒定减速度。列车控制系统将每节车各个空气弹簧的压力信号由压力传感器变换为电压信号后，取平均值；按照满载和空载极限值设置上下界，作为车辆负载信号电压输出。车辆负载信号与制动指令相乘得到对应于各车负载的制动力指令曲线，将一个动车组单元中的各动车和拖车制动力指令曲线相加、放大后作为需求制动力指令送入列车制动系统，就能实现恒制动率控制。

（2）空气制动滞后控制实现指令减速度目标，列车编组内的各车有多种分担制动力的方法。过去一般采用的控制方法就是各节车各自承担自己需要的制动力，即均匀制动方式。采用这种控制方式，拖车所需的制动力将全部由自己的空气制动系统承担，拖车的闸瓦磨损要比有电制动的动车快得多。随着近年来逆变控制的三相感应电动机牵引系统的大量应用，由于三相感应电动机优良的自身再黏着特性，使黏着系数的期望值大大提高，既可以最大限度地使用点制动力而不会发生滑行。因此，各节车在分担制动力时，在其利用黏着不超过限制的范围内，提高动车的制动力而减少拖车的制动力，以实现最大利用动力制动的目的。所以，采用VVVF控制或斩波控制的列车，可以取得较高的期待黏着系数，在不超过黏着限制的范围内充分利用动车的电气制动力，不足部分再由拖车的空气制动力补充，这样可以节约能源，降低拖车机械制动的磨耗。这种控制方式称为空气制动滞后控制。

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任务六制动系统实例EP2002城轨车辆制动控制系统是由德国著名的城轨车辆制动机制造商克诺尔公司生产的城轨车辆空气制动机的新一代产品，EP2002是电气指令式制动控制系统，其核心部件是EP2002阀，制动系统的控制、监控及车辆控制系统的通信均由它负责。EP2002制动控制系统与常规的一般的制动系统最大的区别在于设计、制造的思路不同常规城轨车辆采用的是车控形式，即一个制动系统控制单元控制一辆车的两台转向架。比如克诺尔的早期产品和日本NABTASCO公司的制动机，而EP2002制动系统采用了新的理念，在其集成机电设备包中采用分散式结构且采用架控控制方式，即一台EP2002阀控制一个转向架。如果一个EP2002阀出现故障，只需要切除一个转向架上的空气控制，使故障对列车运行的影响减到最小。

EP2002制动系统的核心部件是EP2002阀，它是一个机电一体化的模块部件，可以进行空气制动系统的控制、监控及列车控制系统之间的通信。EP2002将制动控制和制动管理电子设备以及常用制动(SB)气动阀，紧急制动(EB)气动阀和车轮防滑保护装置(WSP)气动阀都集成在各转向架(EP2002网关阀、RIO及智能阀)的机电设备集成包中。气动系统可以通过一个中心点向各个EP2002阀门供风或从各处向阀门供风。整个EP2002制动系统包括空气压缩机、空气干燥塔、大小储风缸、控制单元和检测点，均采用模块化设计。EP2002制动系统的主要特点可概括为:结构紧凑、质量轻、安装方式多样使用维护方便。

图5-21EP2002制动系统原理

一、核心阀件1.智能阀智能阀产生电控制动信号直接控制气阀，对其控制的转向架的电空制动和车轮滑行进行控制。智能阀通过硬连线与列车安全回路相连，当安全回路失电时，智能阀将使其控制的转向架产生紧急制动。辅助制动控制阀与一个智能阀共同安装在一个安装板上，构成集成智能阀。1-装置外壳；2-RBX卡；3-PSV卡；4-PVU图5-22智能阀图5-23气动阀单元

智能阀是机电一体化的产品，EP2002S阀包括一个直接安装在气动伺服阀上的电子控制部分，称为气动阀单元(PVU)。每个阀分别按照由EP2002G阀通过CAN制动总线提供给它的制动要求来控制其所在转向架上的制动执行机构中的制动缸压力(BCP)。该装置为每一个转向架提供摩擦制动和紧急制动，同时还执行每根轴的WSP控制。阀采用软件和图5-24EP2002智能阀功能硬件结合的方式予以控制和监视，从而能够检测到潜在的危险故障。通过结合所在车轴的轴速数据和由专门的CAN制动总线传递的其他轴速速据，来执行车轮防滑保护。车轮

滑动保护是采用本车取得的轴速数据和从其他阀门获得的速度数据相结合并通过专用CAN制动总线来提供的。

2.RIO阀RIO阀除了智能阀的所有功能外，还可以通过硬线与其控制的转向架上的牵引控制单元进行通信，使电制动和空气制动协调工作。1-可选择的模拟输入输出卡；2-BCU卡；3-装置外壳；4-RBX卡；5-PSU卡；6-PVU图5-25RIO阀

3.网关阀网关阀除了具有RIO阀的功能外，还具有制动管理的功能。1-可选择的模拟输入输出卡；2-BCU卡；3-装置外壳；4-可选择的COMMS卡；5-RBX卡；6-PSU卡；7-PVU图5-26网关阀

二、网络结构EP2002制动控制系统的网络结构关系到列车制动控制以及制动力分配等关键问题，因此非常重要。EP002制动控制系统具有很高的可用性和灵活性，可以与多种总线结构兼容，如MVB总线、RS485总线、LONBUS总线和FIP总线等。制动控制系统网络结构的设置主要应从安全性、可靠性、经济性等方面考虑，下面以6节编组的地铁车辆为例，对目前应用较多的2种EP2002制动控制系统网络结构进行说明。图5-27半列车CAN总线网络结构1.半列车CAN总线网络结构

半列车CAN总线网络结构是将半列车所有的EP2002阀用CAN总线相连，并由B车和C车上的两个网关阀通过MVB总线(或其他总线)与列车控制系统进行通信，每半列车上B车和C车中的一个网关将被定义为主网关;而另一个被定义为从网关当主网关阀出现故障时，从网关阀能够自动接替主网关的工作，保证了系统的冗余性。如果MVB总线(或其他总线)出现故障，则网关将按照默认状态工作，另外，CAN总线由两对线组成，具有较好的冗余性。在B车和C车上各设置一个RIO阅的目的是RIO阀可以通过硬连线与其控制的转向上的牵引控制单元进行通信，使电制动和空气制动协调工作，根据每个项目的实际情况，在充分研究网关阀与车辆总线信息传输量的情况下，可以考虑用网关阀与MVB总线(或其他总线)之间的通信来代替RIO阀与其控制的转向架牵引控制单元的通信工作，这样B车和C车上的R1O阀就可以用智能阀来代替，增强了部件的互换性，同时也减少了备品备件的种类，经济性更好。

2.单节车CAN总线网络结构单节车CAN总线网络结构是将每节车上的两个EP2002阀用CAN总线相连，并由每节车上的网关阀通过MVB总线(或其他总线)与列车控制系统进行通信。如果MVB总线出现故障，则网关阀将按照默认状态工作。从安全性和可靠性角度进行分析，半列车CAN总线网络结构中的从网关阀作为主网关阀的备份，具有较好的冗余性，如果CAN总线在A、B车之间断开，将导致A车的空气制动失效，但发生这种故障的概率是比较低的;而在单节车CAN总线网络结构中如果某节车上的网关阀出现故障则本节车空气制动失效，如果某节车上的CAN总线断开则一个转向架上的空气制动失效。经过上述对比可见半列车CAN总线网络结构的安全性和可靠性略高于单节车CAN总线网络结构。

三、以广州地铁为例说明EP2002制动系统在单节车CAN总线网络结构的EP2002制动控制系统中，一般选择由列车上的主车辆控制单元(VCUD)负责列车的制动管理。除紧急制动外，主VCU控制列车电制动力与空气制动力的分配，制动力指令由列车线传输给VCU和网关阀，主VCU连续循环计算车辆系统所需制动力的大小，实际总制动力值由车辆的载荷所决定。主VCU再根据网压、电制动/空气制动分配特性将总制动力合理的分配给电制动控制单元和空气制动控制单元。另外，为了使列车具有载荷补偿功能和制动故障时车辆内部制动力的合理分配，VCU和网关阀之间通过列车和车辆总线进行实际制动力施加值的数据交换在半列车CAN总线网络结构的EP2002制动控制系统中，可以选择由列车上的主车辆控制单元(VCUD负责列车的制动管理;也可以设置两个半列车CAN总线网络结构中的任何一个主网关阀作为整列车的主网关阀，负责列车的制动管理，另一个半列车CAN总线网络结构中的主网关阀作为备份。广州地铁3号线车辆采用由VCU来负责列车的制动管理的工作模式，其制动控制系统的工作逻辑图如图所示

图5-28广州地铁制动控制系统逻辑图

1.常用制动在常用制动模式下，电制动和空气制动一般都处于激活模式，以便电制动和空气制动之间的及时转换。常用制动优先采用电制动，当电制动故障或电制动力不足时由空气制动补充以达到要求的常用制动减速度。常用制动具有防滑控制功能并且受到冲击极限的限制，每个EP2002阀测量其控制的转向架的载荷，并通过局部制动控制卡传输数据到CAN总线。CAN总线内的主网关阀通