城軌車輛制動控制方式的適用性分析

傅揚+趙旭松

摘 要：隨著我國城市化進程的不斷推進，城市擁堵的現(xiàn)象越來越嚴重，而發(fā)展城市軌道交通是緩解這一現(xiàn)象的必然選擇。然而城市軌道交通設備的安全性也備受關注。這就使得城軌車輛制動控制方式的適用性分析顯得尤為重要。因此，本文首先對城軌車輛架控和車控制動系統(tǒng)的特點及車輛總體方案進行了概述，并詳細分析了城軌車輛制動系統(tǒng)的選用，旨在促進我國城市交通的發(fā)展。

關鍵詞：城軌交通；車輛制動系統(tǒng)；研究

1 架控和車控制動系統(tǒng)的特點

1.1架控制動系統(tǒng)的特點

架控制動系統(tǒng)是以每個轉(zhuǎn)向架為單位來設置制動控制單元的控制方式。制動控制單元1具有MVB網(wǎng)關功能，負責接收制動指令以及向車控系統(tǒng)反饋制動系統(tǒng)狀態(tài)，制動控制單元2無網(wǎng)關功能通過內(nèi)部CAN總線從制動控制單元1處獲取制動指令。

對于6編組的車輛ho控制動系統(tǒng)由兩個制動力分配單元構成海個制動力分配單元采用主輔兩個制動控制單元進行功能控制通過MVB網(wǎng)絡與列車進行通信單元內(nèi)的制動控制單元通過CAN網(wǎng)絡相互通信。

1.2車控空氣制動系統(tǒng)的特點

采用車控制動控制方式時，每輛車設有一個制動控制單元，以車輛為單位進行制動力的計算和分配。每個制動控制單元直接連接至MVB總線，各車直接接收列車的制動指令。

2 選型分析

隨著科學技術的發(fā)展車控和架控制動控制系統(tǒng)已經(jīng)有了非常成熟的運用。兩種方式雖然都可以對車輛進行精確地控制但是在車輛總體方案、制動系統(tǒng)性能以及LCC方面仍有一定區(qū)別而這些特點可以作為制動控制系統(tǒng)的選型依據(jù)。

2.1車輛總體方案分析

2.1.1牽引控制型式

采用架控牽引控制的車輛，由于以轉(zhuǎn)向架為單位進行制動力的分配與控制，當每個轉(zhuǎn)向架的電制動發(fā)揮不同時，電制動對粘著的使用也不同此時為了能夠充分發(fā)揮每個轉(zhuǎn)向架的電制動能力選用架控制動方式更為適合。而對于采用車控牽引控制的車輛，一輛車上的兩個轉(zhuǎn)向架分配的電制動力相同，此時不需要按照轉(zhuǎn)向架為單位來補充空氣制動，雖然架控制動方式也同樣適用但采用車控制動方式可以盡量降低系統(tǒng)的復雜程度、成本以及風險。

2.1.2列車編組長度

對于4輛編組或更短編組的列車在牽引控制型式相同的條件下架控制動系統(tǒng)的優(yōu)勢比較明顯。由于架控制動系統(tǒng)以轉(zhuǎn)向架為單位進行制動力控制損失一個制動控制單元時損失的制動力1 /2X（ X為車輛編組）。對于6輛編組列車，由于采用車控制動系統(tǒng)時，各節(jié)車之間制動力已有較高的冗余度。單車制動失效時，電空混合控制效果在車控與架控方式之間沒有本質(zhì)區(qū)別。對于6輛以上編組的列車，由于車輛之間的冗余度更高，但車控制動系統(tǒng)因結(jié)構相對簡單，同時各個制動控制裝置之間為分布式結(jié)構互相依存度低。架控制動系統(tǒng)制動力精細化管理的優(yōu)勢不明顯沮由于結(jié)構復雜河靠性降低。

2.2系統(tǒng)性能分析

車控制動控制主要由制動控制模塊、防滑排風閥、基礎制動裝置等部件組成能夠執(zhí)行司機或ATO或ATP指令實現(xiàn)對車輛的常用、緊急和緩解控制等功能，并根據(jù)實際情況對車輛進行防滑控制。架控制動控制內(nèi)部設置的制動控制模塊兼有制動控制和防滑控制功能，因而取消了防滑排風閥，簡化了布管工藝。架控制動系統(tǒng)可以按照每個轉(zhuǎn)向架獨立進行控制，由于制動控制單元輸出的管路距離轉(zhuǎn)向架較近制動響應時間較為迅速。架控的載荷信號取自單個轉(zhuǎn)向架，因此，當其中一個制動控制單元出現(xiàn)故障時，fig車會損失1 /ax（ x為車輛編組）的制動力對整列車制動影響較小。而車控系統(tǒng)則是取兩個轉(zhuǎn)向架載荷信號的平均值，當一個制動控制單元出現(xiàn)故障時，列車會損失l/X（X為車輛編組）的制動力。

3 LCC分析

無論是架控控制還是車控控制均能夠?qū)Τ擒壾囕v進行精確的制動控制滿足定點停車的需要，因而目前更應關注的應是制動控制部件維護和檢修的問題。從維護角度分析，架控和車控制動系統(tǒng)的LC；C；均以大修和更換成本為主車控相比架控制動系統(tǒng)，因為其它配置相同，而制動控制單元的數(shù)量減少了一半使得制動控制單元的大修和更換成本減少近一半。再加上車控系統(tǒng)采用模塊化設計可以單獨更換制動控制裝置的部件，維護方便，維修周期短。而架控系統(tǒng)需要進行整機更換，且只能進行返廠維修，維修周期長威本較高。因此車控系統(tǒng)相比架控系統(tǒng)可以大大減少全壽命周期成本。

4城軌車輛制動系統(tǒng)選用分析

4.1制動控制單元小型化趨勢

由上述城軌車輛制動控制單元介紹可知，與20世紀90年代NABCO的H RDA制動控制單元和KNORR的ESRA制動控制單元相比，制動控制單元小型化已是現(xiàn)在以至未來制動控制單元的發(fā)展方向。制動控制單元小型化，如EP2002和EPAC制動控制單元，使制動控制單元成為了一個可在線更換的裝置，方便車輛的安裝和維護，減輕了車輛的總重，減少了列車庫停檢修的時間。

4.2制動控制單元新解決方案的挑戰(zhàn)

我國城軌車輛大多數(shù)制動控制單元采用傳統(tǒng)的制動控制解決方案：即制動氣動裝置接受制動電子控制裝置的控制，由電空轉(zhuǎn)換閥產(chǎn)生與制動需求相一致的預控壓力，然后通過中繼閥進行流量放大，最終控制制動缸的壓力；防滑控制由制動電子控制裝置通過控制靠近轉(zhuǎn)向架的防滑閥實現(xiàn)車輪防滑。值得注意的是，一些新的制動控制單元采用了全新的制動控制解決方案，將制動缸控制和防滑控制合并在一起。但由于制動缸控制和防滑控制不同的機械和氣動特性，新的制動控制解決方案面臨著較大的挑戰(zhàn)。

4.3考慮制動控制系統(tǒng)的壽命成本

由于城軌交通的安全性要求較高，目前我國主要采用了國外的車輛制動控制系統(tǒng)。但在保證了安全性的同時，也不得不面對產(chǎn)品的壽命周期成本。這一大問題。面對上述我國采用的城軌制動控制系統(tǒng)，運用一定時期的可維修性需著重考慮。所以在選用城軌制動控制系統(tǒng)時，需要研究其零部件維修的可能性，而不是自始至終從國外購買整機。

5總結(jié)

綜上所述，在城市軌道迅猛發(fā)展的過程中，車控制動控制和架控制動控制有著各自的優(yōu)勢將在以后的發(fā)展中長期并存。在選擇制動控制方式時河以從其適用性的角度著手針對列車牽引控制型式、列車編組長度、系統(tǒng)性能以及全壽命周期維護成本等影響因素進行綜合考慮，從而為乘客提供了一個舒適的乘車環(huán)境。

參考文獻：

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