列車常用制動控制故障診斷與優(yōu)化分析

臧偉

摘要：論文對地鐵車輛常用制動控制進行了研究，重點分析了信號系統(tǒng)和網(wǎng)絡系統(tǒng)對列車常用制動的控制原理及邏輯。并結(jié)合實際故障對控制線路提出優(yōu)化建議，確保常用制動控制更加安全可靠。

關(guān)鍵詞：制動控制;制動列車線;ATOBR

1 引言

在地鐵運行過程中，制動系統(tǒng)是其必不可少的關(guān)鍵性組成要素，關(guān)乎地鐵的穩(wěn)定運行和乘客的出行安全。地鐵列車制動功能包括了常用制動、緊急制動、保持制動和停放制動等，主要采用電-空混合制動的方式。常用制動又分為電制動和空氣制動，由列車制動系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)協(xié)同控制完成。常用制動的施加緩解可由信號系統(tǒng)和網(wǎng)絡系統(tǒng)分別控制，兩者之間既有關(guān)聯(lián)，又存在不同。

2 常用制動控制基本概述

常用制動是在正常條件下施加的制動，常用制動采取電制動和空氣制動混合施加的方式，混合施加時，電制動優(yōu)先，不足的部分由空氣制動隨時進行補償。ATO模式下，列車在ATC系統(tǒng)的控制監(jiān)護下自動駕駛，無需人工操作。此模式下，ATC將牽引制動力需求值通過MVB接口傳給列車控制單元VCU，經(jīng)過網(wǎng)絡解析后傳送給牽引、制動系統(tǒng)。在人工模式下主控制手柄拉向制動，司控器輸出一定的模擬量通過輸入輸出設(shè)備RIOM傳給VCU，VCU將該模擬量轉(zhuǎn)換為制動力參考值并計算出整車制動力。特殊情況下，如果列車網(wǎng)絡故障，列車進入緊急牽引狀態(tài)，此時列車的常用制動將由純空氣制動系統(tǒng)施加。

3 控制原理分析

3.1現(xiàn)有信號與車輛關(guān)于制動輸出執(zhí)行方案

根據(jù)目前執(zhí)行的方案，在ATO駕駛模式下，“Brake Output Status 制動輸出狀態(tài)”（圖1）本身只是一個狀態(tài)反饋，不是一個控制命令信號，車輛 TCMS 對此信號為僅做狀態(tài)監(jiān)控，信號輸出的制動指令通過硬線給出。

3.2制動列車線電氣控制的理解

根據(jù)電路設(shè)計邏輯，制動列車線得電制動緩解，失電制動施加。參照圖2牽引制動控制原理圖，紅色線為ATO駕駛模式電路走向，綠色線為手動駕駛電路走向，控制原理分析如下：

（1）ATO模式下列車牽引工況下，110V電壓經(jīng)過MCCB的1、2觸點，ATOMR（信號ATO模式繼電器）的7、5觸點，ATOBR（信號ATO制動繼電器）的A3、A2觸點到達制動列車線，使得制動列車線處于帶電狀態(tài)，列車不施加制動指令。制動工況下，列車兩端ATOBR同時得電，兩端ATOBR的A1、A2觸點閉合，A3、A2觸點斷開，制動列車線失電，列車施加制動。

（2）手動駕駛牽引工況下，110V電壓經(jīng)過MCCB的1、2觸點，KBS的11、12觸點，司控器手柄處于非制動位，激活端的COR15/COR1的觸點（兩者冗余），ATOMR的6、10觸點，到達制動列車線，使得制動列車線處于帶電狀態(tài)，列車不施加制動指令。在制動工況下，司控器處于制動位，制動列車線失電，列車施加制動。

（3）制動列車線貫穿全車，將指令分別傳達給TCMS、牽引、制動控制系統(tǒng)，從而執(zhí)行相關(guān)指令。

4制動控制回路診斷故障的方法分析

在實際運行時，ATO控車工況下，制動過程中會出現(xiàn)制動列車線瞬間異常，導致制動失效問題，尤其是ATOBR、ATOMR繼電器，在制動列車線中串接會因為觸點偶發(fā)性粘連導致故障。此類故障嚴重影響運營安全，且涉及信號和車輛兩個專業(yè)，對于這類故障如何診斷及解決，對于運營單位來說極為重要。

4.1故障分析

根據(jù)圖2電氣原理圖，造成制動失效可能原因有兩種：一是激活端的ATOMR的觸點異常，由正常狀態(tài)的4-12閉合變成4-14閉合，110V直流電壓經(jīng)司控器后，通過COR15/COR1的觸點，使得制動列車線瞬間得電;二是列車某一端ATOBR的觸點異常，由正常狀態(tài)的4-12閉合變成4-14閉合，110V直流電壓經(jīng)MCCB后，通過ATOMR的6-8觸點以及ATOBR的4-14觸點，使得制動列車線得電。以上兩種可能性均會導致制動過程中制動指令跳變，制動無法施加。

4.2故障診斷

在故障發(fā)生時，可以借助車輛事件記錄數(shù)據(jù)，對故障進行進一步診斷。根據(jù)信號接口協(xié)議，ATO控車情況下，車輛TCMS對制動指令是能進行狀態(tài)監(jiān)控，同時牽引制動指令也是ATC通過MVB網(wǎng)絡給出的。所以我們能通過車輛事件記錄數(shù)據(jù)中MVB網(wǎng)絡收到的“牽引指令”、“制動指令”，并結(jié)合RIOM對ATOBR、ATOMR觸點的監(jiān)控狀態(tài)進行對比分析對故障進行判斷。

結(jié)合故障案例，對故障進行進一步診斷。通過圖3車輛事件記錄截圖，可以看出在18：32：25分，ATC通過MVB網(wǎng)絡給出了分別發(fā)出了牽引、制動指令，而此后制動列車線BTL狀態(tài)卻沒有隨著制動指令的施加而變化，狀態(tài)維持在了制動緩解狀態(tài)。因為ATO發(fā)出牽引制動指令過程中，ATOBR繼電器狀態(tài)是要發(fā)生變化的，所有可以斷定為ATOBR繼電器發(fā)生了故障。另外過程中RIOM對ATOBR繼電器狀態(tài)監(jiān)控未發(fā)生變化，可以進一步明確是制動列車線回路ATOBR動作過程中繼電器觸點發(fā)生了粘連。

5 制動控制回路故障的處理對策

在車輛制動列車線中，僅接入了一組ATOBR繼電器觸點，ATC通過控制此觸點的通斷來施加和緩解常用制動，而ATOBR繼電器為非安全繼電器（信號常用制動為非安全命令），一旦接入車輛制動列車線的ATOBR繼電器觸點發(fā)生單點故障粘連，將造成嚴重影響，運行過程中將導致ATO模式無法使用。針對此問題，分別從日常檢修及優(yōu)化電路控制兩方面制定了以下預防對策：

5.1定期檢查

針對電路中關(guān)鍵繼電器粘連問題，一方面是加強繼電器外觀檢查，定期對繼電器觸點進行檢測，同時結(jié)合運行情況，統(tǒng)計出繼電器動作次數(shù)，在機械、電氣動作次數(shù)壽命到限前進行更換;另一方面加強電路電流的檢測，以防沖擊電流過大導致繼電器觸點發(fā)生故障。針對制動列車線，對其工作電流理論值進行了計算：27 mA *2（2個BDR繼電器）+1 mA *4（4路網(wǎng)絡監(jiān)控）+7.5 mA *4（4節(jié)車牽引）+1 mA *6（6節(jié)車制動）=94mA，現(xiàn)場實測制動列車線在制動指令切換瞬間電流為 87.5mA。

5.2優(yōu)化建議

針對制動命令硬線中僅接入一組ATOBR繼電器接點，存在ATOBR繼電器接點粘連后，AM模式無法正常施加常用制動的故障隱患。針對此問題，主要有以下兩種優(yōu)化方案：

方案一：可在電路中增加串聯(lián) ATOBR 繼電器的另一組觸點，形成“雙斷”方式。

此方案改造較為容易，可以提升一定程度的觸點分斷能力，提高電路穩(wěn)定性，但是仍然可能出現(xiàn)兩組觸點同時短暫性的粘連的情況，無法徹底解決故障問題。

方案二：采用車輛 ATC 發(fā)送給 TCMS 的通信數(shù)據(jù)流中的“Brake Output Status制動輸出狀態(tài)”作為制動指令。在ATC控車下，TCMS不僅作為狀態(tài)監(jiān)控，也參與判斷。當TCMS接受到制動硬線指令和網(wǎng)絡指令不一致時，以TCMS網(wǎng)絡為主，該方案改動較大，需要重新制定接口協(xié)議。且需要進一步評估硬線信號和網(wǎng)絡信號的穩(wěn)定性和安全性。

6 結(jié)語

列車制動系統(tǒng)是行車安全的重要保障，常用制動作為制動系統(tǒng)的重要功能之一，其運行是否可靠將直接影響列車行駛的安全性，因此有必要對地鐵列車常用制動控制進行深入研究。隨著無人駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，常用制動的控制必將更加關(guān)鍵和重要，這樣才能確保乘客的安全出行和乘車體驗。

參考文獻：

[1]胡志雄. 制動電氣控制技術(shù)規(guī)范.南京：中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，2017