蘇州低地板車(chē)輛電氣系統(tǒng)方案介紹

摘 要：介紹蘇州低地板車(chē)輛項(xiàng)目，對(duì)蘇州低地板車(chē)輛項(xiàng)目的電氣系統(tǒng)方案進(jìn)行描述，并對(duì)蘇州低地板車(chē)電氣系統(tǒng)方案中的技術(shù)亮點(diǎn)與地鐵車(chē)輛進(jìn)行對(duì)比。

關(guān)鍵詞：低地板 電氣系統(tǒng) 方案

中圖分類(lèi)號(hào)：U239.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）011-009-03

1 引言

隨著國(guó)內(nèi)城市軌道交通的快速發(fā)展，低地板車(chē)以其環(huán)境污染小、節(jié)約能源、投資少、便于乘降等優(yōu)點(diǎn)，已成為城市軌道交通的發(fā)展趨勢(shì)，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

本文主要介紹蘇州低地板車(chē)輛項(xiàng)目的電氣系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。蘇州低地板車(chē)輛采用模塊化組裝的100%低地板車(chē)輛，包含5個(gè)基本模塊，其中1個(gè)轉(zhuǎn)向架模塊，2個(gè)轉(zhuǎn)向架模塊加司機(jī)室模塊，2個(gè)懸浮的客室模塊，互相之間用鉸接裝置相連，形成一列車(chē)，整車(chē)包含3個(gè)轉(zhuǎn)向架，中間為拖車(chē)轉(zhuǎn)向架，兩端為動(dòng)車(chē)轉(zhuǎn)向架，中間的轉(zhuǎn)向架模塊帶有受電弓，門(mén)檻處的入口高度為330mm。具體編組見(jiàn)圖1。

2 電氣系統(tǒng)簡(jiǎn)介

電氣系統(tǒng)是車(chē)輛運(yùn)行的心臟和大腦，車(chē)輛上所有的電路就像整個(gè)人體的內(nèi)部系統(tǒng)一樣帶動(dòng)著人體的正?；顒?dòng)，關(guān)系著車(chē)輛的安全。

以下主要對(duì)低地板車(chē)輛的牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)等電氣系統(tǒng)方面進(jìn)行介紹。

3 牽引系統(tǒng)

蘇州低地板車(chē)輛的牽引系統(tǒng)采用龐巴迪的牽引。每輛車(chē)配置一架受電弓，設(shè)置在BM3模塊，DC750V的直流電源通過(guò)車(chē)頂受電弓向車(chē)輛系統(tǒng)供電，牽引變流器和輔助變流器的前端分別設(shè)置了熔斷器進(jìn)行短路保護(hù)，避雷器防止系統(tǒng)由于閃電或牽引變電站故障所造成的過(guò)壓。車(chē)輛可由車(chē)間電源進(jìn)行供電，車(chē)間電源和受電弓共用同一個(gè)連接器給車(chē)輛供電。正常情況下，連接器與受電弓輸出端相連；當(dāng)需要車(chē)間電源時(shí)，斷開(kāi)受電弓輸出端，將車(chē)間電源插入。

車(chē)輛配置兩臺(tái)牽引逆變器，兩臺(tái)制動(dòng)電阻及冷卻裝置，四臺(tái)牽引電機(jī)。牽引變流器主電路采用兩電平電壓型直-交逆變電路，雙重逆變器模塊，每個(gè)牽引逆變模塊控制一臺(tái)電機(jī)，這種設(shè)計(jì)方案保證了電路的高冗余性，車(chē)輛的可運(yùn)營(yíng)性。亦能單獨(dú)的切除故障的電路或者出現(xiàn)故障的電機(jī)，使系統(tǒng)的安全性得到更加可靠的保證。

車(chē)輛配置六個(gè)接地回流裝置， 每個(gè)轉(zhuǎn)向架配置兩個(gè)。

4 制動(dòng)系統(tǒng)

由于低地板車(chē)輛車(chē)下空間較小，傳統(tǒng)的空氣制動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法滿足安裝空間要求，因而結(jié)構(gòu)緊湊工作壓力高的電子液壓制動(dòng)與不受軌軌粘著限制條件的磁軌制動(dòng)是低地板車(chē)的首選。蘇州低地板車(chē)輛項(xiàng)目采用KNORR公司提供的KBGM-H電液被動(dòng)式制動(dòng)系統(tǒng)。能夠?qū)崿F(xiàn)常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)、安全制動(dòng)、保持制動(dòng)、停放制動(dòng)、車(chē)輪防滑保護(hù)、降級(jí)模式等功能。

五模塊車(chē)輛配置了兩個(gè)動(dòng)車(chē)轉(zhuǎn)向架（MB）和一個(gè)拖車(chē)轉(zhuǎn)向架（TB）。通過(guò)動(dòng)車(chē)轉(zhuǎn)向架上的電動(dòng)控制的制動(dòng)施加來(lái)進(jìn)行電動(dòng)制動(dòng)。通過(guò)電液壓盤(pán)式制動(dòng)來(lái)施加機(jī)械制動(dòng)。根據(jù)制動(dòng)請(qǐng)求，自動(dòng)施加磁軌制動(dòng)。

車(chē)輛配置了各自獨(dú)立的三種制動(dòng)系統(tǒng)：

（1）電動(dòng)制動(dòng)（E-制動(dòng)）——帶車(chē)輪防滑保護(hù)的無(wú)極可控電制動(dòng)，用于再生和/或電阻運(yùn)行，采用獨(dú)立的運(yùn)行控制系統(tǒng)。

（2）拖車(chē)轉(zhuǎn)向架采用電液壓彈簧驅(qū)動(dòng)（H-制動(dòng)）被動(dòng)盤(pán)式制動(dòng)，為帶車(chē)輪防滑保護(hù)的無(wú)極可控液壓制動(dòng)。動(dòng)車(chē)轉(zhuǎn)向架采用電液壓彈簧驅(qū)動(dòng)（H-制動(dòng)）被動(dòng)盤(pán)式制動(dòng)，為三級(jí)可控液壓制動(dòng)。

（3）磁軌制動(dòng)（MT制動(dòng)），吸引力是固定的（每個(gè)制動(dòng)為75kN；每個(gè)轉(zhuǎn)向架一對(duì)，由低壓系統(tǒng)供電（24VDC））。

在考慮到故障假設(shè)的同時(shí)，要求在所有載荷和運(yùn)行條件下都能夠安全地停車(chē)和保持車(chē)輛。通過(guò)車(chē)輛的3個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的混用，根據(jù)制動(dòng)需求實(shí)現(xiàn)不同的制動(dòng)模式，如表1所示。

2.將采用dv/dt管理器，因此，實(shí)現(xiàn)間接載荷分配。

3.如果滑動(dòng)，將使用。

4.1 常用制動(dòng)

司機(jī)控制器輸出常用制動(dòng)指令和制動(dòng)力。通過(guò)司機(jī)操縱主控制器，可以啟動(dòng)常用制動(dòng)，常用制動(dòng)可以隨時(shí)被取消。

常用制動(dòng)用于常規(guī)減速，常規(guī)條件下所有常用制動(dòng)過(guò)程由電制動(dòng)完成，直到停車(chē)前。并可以在低速下聯(lián)合液壓摩擦制動(dòng)精確可靠地使車(chē)輛停止。

車(chē)輛最大可能的利用電制動(dòng)力，若需要停車(chē)時(shí)摩擦制動(dòng)在速度低于5 km/h左右時(shí)開(kāi)始補(bǔ)償。

4.2 緊急制動(dòng)1/2（強(qiáng)迫制動(dòng)）

緊急制動(dòng)1/2采用ED制動(dòng)和EH制動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的減速度值。采用的EH制動(dòng)力為固定值，其作用與車(chē)輛載荷是相對(duì)獨(dú)立的，司機(jī)不能改變減速度。

強(qiáng)迫制動(dòng)無(wú)法撤銷(xiāo)，直到列車(chē)靜止方可復(fù)位。

4.3 緊急制動(dòng)3（危害制動(dòng)）

當(dāng)駕駛/制動(dòng)手柄移動(dòng)到超過(guò)“制動(dòng)”區(qū)域到達(dá)危害制動(dòng)位置時(shí)，緊急制動(dòng)3（危害制動(dòng)）將被觸發(fā)。“危害制動(dòng)NOT”和“制動(dòng)NOT”列車(chē)線的信號(hào)將會(huì)發(fā)送給牽引控制單元DCU，制動(dòng)電子控制單元BCE和車(chē)輛控制單元VCU。緊急制動(dòng)3（危害制動(dòng)）為最強(qiáng)的制動(dòng)模式，將采用ED制動(dòng)、磁軌制動(dòng)和EH制動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的減速度值。施加的EH制動(dòng)力是固定值，其作用與車(chē)輛載荷是相對(duì)獨(dú)立的。將牽引/制動(dòng)主控制器重置到牽引/另一個(gè)制動(dòng)位，則可以手動(dòng)取消激活的制動(dòng)。當(dāng)緊急制動(dòng)激活時(shí)，撒砂請(qǐng)求發(fā)送給運(yùn)行方向的撒砂裝置進(jìn)行撒沙控制。危害制動(dòng)期間，在激活司機(jī)室警鈴會(huì)工作，直到列車(chē)停止，牽引控制單元DCU會(huì)控制主接觸器打開(kāi)，用來(lái)切除牽引力。

4.4 安全制動(dòng)

安全制動(dòng)根據(jù)故障導(dǎo)向安全的原則，通過(guò)打開(kāi)安全回路實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)。司機(jī)可以通過(guò)位于司機(jī)室的按鈕打開(kāi)安全回路，從而激活轉(zhuǎn)向架上基于彈簧的制動(dòng)夾鉗。如果安全制動(dòng)回路打開(kāi)，電液控制單元中的安全制動(dòng)閥失電，從而給所有轉(zhuǎn)向架施加一個(gè)設(shè)定的制動(dòng)力，安全制動(dòng)時(shí)，所有動(dòng)車(chē)的電制動(dòng)不參與制動(dòng)作用，而是通過(guò)所有轉(zhuǎn)向架上的液壓摩擦制動(dòng)系統(tǒng)和磁軌制動(dòng)系統(tǒng)完成。安全制動(dòng)一旦觸發(fā)，在車(chē)輛完全停止前不能被取消。相對(duì)于危害制動(dòng)或者其他制動(dòng)，安全制動(dòng)具有最大的優(yōu)先權(quán)。

4.5 保持制動(dòng)

制動(dòng)系統(tǒng)具有保持制動(dòng)功能，保證車(chē)輛在本線路最大坡道啟動(dòng)時(shí)車(chē)輛不后溜。保持制動(dòng)即是帶電的停放制動(dòng)。

4.6 停放制動(dòng)

車(chē)輛停止時(shí)，若收到停放制動(dòng)指令或車(chē)輛斷開(kāi)24VDC電源，液泵電機(jī)關(guān)閉，此時(shí)電液控制單元內(nèi)的比例閥失電，制動(dòng)夾鉗中的壓力通過(guò)比例閥卸載，彈簧力完全施加，車(chē)輛施加停放制動(dòng)。停放制動(dòng)采用彈簧進(jìn)行制動(dòng)并通過(guò)液壓裝置進(jìn)行緩解。

停放制動(dòng)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)，拖車(chē)上的BCE檢測(cè)到有零速同時(shí)制動(dòng)激活后，會(huì)自動(dòng)在拖車(chē)上施加停放制動(dòng)。此外，當(dāng)沒(méi)有方向選擇時(shí)，停放制動(dòng)會(huì)被VCU和硬線同時(shí)觸發(fā)。停放制動(dòng)可在車(chē)輛兩側(cè)人工逐個(gè)進(jìn)行緩解。

停放制動(dòng)裝置可使任何載荷工況下的低地板車(chē)輛在本線路的最大坡度上和各種天氣條件下保持靜止。

5 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

蘇州低地板車(chē)輛的網(wǎng)絡(luò)功能相對(duì)地鐵項(xiàng)目而言更加強(qiáng)大，車(chē)輛許多的控制、監(jiān)控、診斷功能都與其息息相關(guān)，這同時(shí)造就了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要十分強(qiáng)大的診斷系統(tǒng)。低地板車(chē)輛由于空間十分有限，車(chē)內(nèi)維護(hù)并非十分方便。所以強(qiáng)大的故障診斷分析在低地板車(chē)上是十分必要的。而且未來(lái)的電子技術(shù)的發(fā)展將會(huì)更進(jìn)一步的為這個(gè)系統(tǒng)提供平臺(tái)。

目前主流的網(wǎng)絡(luò)有MVB、以太網(wǎng)、CAN網(wǎng)等等。蘇州低地板車(chē)輛推薦的是MVB和以太網(wǎng)兩種網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。MVB網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)車(chē)輛控制信息的傳輸，因MVB網(wǎng)絡(luò)具有更高的可靠性，且相對(duì)來(lái)說(shuō)車(chē)輛重要的控制信息的通信量亦比較少，通信不會(huì)延遲。次要網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)主要用于收集故障信息和維護(hù)使用，一些與安全無(wú)關(guān)的系統(tǒng)（例如：空調(diào)、車(chē)門(mén)等）與此以太網(wǎng)相連；不同車(chē)輛的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)使用交換機(jī)連接。車(chē)輛以太網(wǎng)設(shè)置統(tǒng)一的維護(hù)端口，車(chē)輛上與以太網(wǎng)連接的設(shè)備都可以使用此端口進(jìn)行維護(hù)。這專(zhuān)門(mén)為低地板車(chē)輛設(shè)計(jì)的統(tǒng)一維護(hù)接口將極大的減少維護(hù)工作。

6 乘客信息系統(tǒng)

乘客信息系統(tǒng)分為以下三個(gè)系統(tǒng)：廣播對(duì)講系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)（包括LED和LCD）、視頻系統(tǒng)。

廣播對(duì)講功能包括：重聯(lián)時(shí)救援車(chē)與被救援車(chē)司機(jī)之間的對(duì)講、乘客通過(guò)緊急報(bào)警器與司機(jī)進(jìn)行通話、運(yùn)行控制中心與司機(jī)對(duì)話。

顯示系統(tǒng)功能包括：目的地顯示器、車(chē)側(cè)顯示器用來(lái)顯示目的地、車(chē)端LED顯示器、LCD媒體播放系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)地圖等。

視頻系統(tǒng)功能包括：視頻監(jiān)視功能、客室圖像顯示、后視監(jiān)控系統(tǒng)功能。

7 低地板車(chē)輛的電氣系統(tǒng)亮點(diǎn)

低地板車(chē)輛在電氣系統(tǒng)方面有多處不同于地鐵車(chē)輛的方案設(shè)計(jì)，今后地鐵車(chē)輛可借鑒一些低地板車(chē)輛的優(yōu)點(diǎn)方案。比如網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中有兩組網(wǎng)絡(luò)一組是MVB網(wǎng)，一組是以太網(wǎng)，從目前主流來(lái)看，車(chē)輛監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)MVB已比較成熟，以太網(wǎng)在列車(chē)監(jiān)控系統(tǒng)上的應(yīng)用還未完全成熟?？稍诮窈蟮牡罔F項(xiàng)目中將車(chē)輛系統(tǒng)分為安全等級(jí)重要的設(shè)備掛靠在MVB網(wǎng)，一些次重要的設(shè)備可連接在以太網(wǎng)上。

在乘客信息PIS系統(tǒng)中可借鑒某一重要功能即無(wú)聲報(bào)警：司機(jī)室內(nèi)隱蔽位置設(shè)置“無(wú)聲報(bào)警”按鈕，當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，司機(jī)可以在不被旁人察覺(jué)的情況下觸發(fā)該按鈕。當(dāng)“無(wú)聲報(bào)警”按鈕被觸發(fā)時(shí)，將與控制中心OCC通話的話筒被激活，揚(yáng)聲器關(guān)閉，控制中心OCC可以在不被司機(jī)室內(nèi)人員發(fā)現(xiàn)的情況下監(jiān)聽(tīng)司機(jī)室內(nèi)的狀況，充分保障了車(chē)輛的安全。

低地板車(chē)中有一些亮點(diǎn)亦可以考慮采用，比如乘客自助開(kāi)門(mén)功能、司機(jī)室后視監(jiān)控系統(tǒng)等等，在今后的車(chē)輛設(shè)計(jì)中可取其優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行選擇性設(shè)計(jì)。

8 結(jié)束語(yǔ)

低地板車(chē)輛在未來(lái)的城市規(guī)劃中占有著舉足輕重的地位，其中的電氣設(shè)計(jì)是為車(chē)輛運(yùn)行的一個(gè)靈魂。通過(guò)更好的理念設(shè)計(jì)，通過(guò)更好電氣解決方案，把一些安全性、人性化需求的理念轉(zhuǎn)移到低地板車(chē)輛上來(lái)，將低地板車(chē)輛做好做優(yōu)。

參考文獻(xiàn)：

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