重慶地鐵6號(hào)線車(chē)輛法維萊制動(dòng)系統(tǒng)電空混合故障分析及優(yōu)化措施

劉恩鵬

(重慶市軌道交通(集團(tuán))有限公司，重慶 401120)

1 引 言

重慶B型地鐵列車(chē)采用車(chē)輛與地面變電站緊密配合的再生制動(dòng)能量吸收反饋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)能量吸收利用。在列車(chē)制動(dòng)時(shí)，采用電制動(dòng)與空氣制動(dòng)實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)配合、電制動(dòng)優(yōu)先使用、空氣制動(dòng)延時(shí)投入的混合制動(dòng)方式。當(dāng)電制動(dòng)不足時(shí)，優(yōu)先在拖車(chē)上補(bǔ)充空氣制動(dòng)，即電空配合采用“電制動(dòng)優(yōu)先，當(dāng)電制動(dòng)不足時(shí)，先補(bǔ)拖再補(bǔ)動(dòng)”的控制模式，以最大效率地利用電制動(dòng)，從而降低車(chē)輛運(yùn)營(yíng)維修成本。

目前，重慶軌道所有地鐵車(chē)輛全部采用電空混合制動(dòng)模式，以最大程度利用電制動(dòng)，從而降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。重慶地鐵6號(hào)線法維萊制動(dòng)系統(tǒng)車(chē)輛在下雨天正線運(yùn)營(yíng)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)因車(chē)輛超速而導(dǎo)致信號(hào)系統(tǒng)觸發(fā)緊急制動(dòng)的問(wèn)題。前期因裝設(shè)有法維萊制動(dòng)系統(tǒng)的列車(chē)數(shù)量較少，未對(duì)正線運(yùn)營(yíng)造成較大影響。然而，自2019年5月開(kāi)始，重慶地鐵6號(hào)線又新增了21列法維萊制動(dòng)系統(tǒng)列車(chē)。新增的21列地鐵列車(chē)與既有車(chē)輛存在較大區(qū)別，使得該問(wèn)題日益突出，從而迫切需要得到及時(shí)解決。

2 法維萊制動(dòng)系統(tǒng)電空制動(dòng)控制

空氣制動(dòng)系統(tǒng)是能在司控器、ATO或ATP的控制下對(duì)列車(chē)進(jìn)行階段或一次性制動(dòng)與緩解的設(shè)備。重慶地鐵6號(hào)線部分車(chē)輛采用法維萊生產(chǎn)的EPAC2架控制動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)反應(yīng)迅速、操縱靈活、能與電制動(dòng)混合使用，兼具防滑控制、緊急制動(dòng)、常用制動(dòng)等功能。

重慶地鐵6號(hào)線列車(chē)制動(dòng)采用電制動(dòng)與空氣制動(dòng)實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)配合、電制動(dòng)優(yōu)先使用、空氣制動(dòng)延時(shí)投入的混合制動(dòng)方式。當(dāng)電制動(dòng)不足時(shí)，優(yōu)先在拖車(chē)上補(bǔ)充空氣制動(dòng)。

全列車(chē)交叉混合制動(dòng)時(shí)，當(dāng)總的電制動(dòng)力能夠滿(mǎn)足全列車(chē)制動(dòng)力的需求時(shí)，各車(chē)都不需要補(bǔ)充空氣制動(dòng)；當(dāng)總的電制動(dòng)力不滿(mǎn)足全列車(chē)的制動(dòng)力需求時(shí)，則先在拖車(chē)上根據(jù)拖車(chē)載荷來(lái)補(bǔ)充剩余所需要的制動(dòng)力。如果總的電制動(dòng)力大于動(dòng)車(chē)所需要的制動(dòng)力，動(dòng)車(chē)上不需要補(bǔ)充空氣制動(dòng)；如果總的電制動(dòng)力不滿(mǎn)足動(dòng)車(chē)所需要的制動(dòng)力需求，拖車(chē)根據(jù)本車(chē)的載荷施加本拖車(chē)所需求的制動(dòng)力，動(dòng)車(chē)所需要空氣補(bǔ)充的制動(dòng)力也按拖車(chē)載荷比例分配到拖車(chē)上，即由拖車(chē)的空氣制動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)充。拖車(chē)上施加的總空氣制動(dòng)力受黏著極限限制，拖車(chē)上的空氣制動(dòng)力未達(dá)到極限時(shí)，動(dòng)車(chē)上不需要補(bǔ)充空氣制動(dòng)；當(dāng)拖車(chē)上的空氣制動(dòng)力達(dá)到極限時(shí)，剩余所要補(bǔ)充的制動(dòng)力平均分配到動(dòng)車(chē)的空氣制動(dòng)上，每輛動(dòng)車(chē)上所施加的電制動(dòng)力和空氣制動(dòng)力的總和同樣受黏著極限限制。

交叉混合制動(dòng)由主EPAC2根據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過(guò)MVB網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給主EPAC2的制動(dòng)信息進(jìn)行制動(dòng)計(jì)算。假設(shè)列車(chē)總制動(dòng)力為F(train)，動(dòng)車(chē)的電制動(dòng)力分別為Fed(2)、Fed(3)、Fed(4)、Fed(5)，則：當(dāng)Fed(2)+Fed(3)+Fed(4)+Fed(5)≥F(train)時(shí)，各車(chē)均不需要補(bǔ)充空氣制動(dòng)；當(dāng)Fed(2)+Fed(3)+Fed(4)+Fed(5)

(1)在拖車(chē)上施加的總空氣制動(dòng)力未達(dá)到拖車(chē)的黏著極限時(shí)，剩余的制動(dòng)力全部補(bǔ)充在拖車(chē)上，動(dòng)車(chē)上不補(bǔ)充空氣制動(dòng)；

(2)在拖車(chē)上施加的總空氣制動(dòng)力超過(guò)黏著極限時(shí)，剩余的制動(dòng)力平均分配到其余動(dòng)車(chē)上；

(3)單個(gè)動(dòng)車(chē)上所施加的電制動(dòng)力和空氣制動(dòng)力的總和受黏著極限限制。

3 故障分析

針對(duì)列車(chē)運(yùn)營(yíng)期間因雨天空氣制動(dòng)進(jìn)行防滑保護(hù)從而產(chǎn)生超速緊急制動(dòng)的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)車(chē)輛ER(事件記錄儀)數(shù)據(jù)(如圖1所示)進(jìn)行分析，從而找出根本性的解決方案。根據(jù)圖1，ER故障記錄數(shù)據(jù)列舉了其中1個(gè)事件，分析如下：7∶45∶31，列車(chē)給出制動(dòng)命令，M1及MP2車(chē)未正常發(fā)揮電制動(dòng)力。

圖1 ER數(shù)據(jù)(電制動(dòng)力分布)

圖1中，第一欄的曲線Line Current TCU MP2為MP2車(chē)牽引/電制動(dòng)電流(坐標(biāo)上曲線為正代表牽引電流)，曲線Line Current TCU MP1為MP1車(chē)牽引/電制動(dòng)電流(坐標(biāo)上曲線為負(fù)代表電制動(dòng)電流)；第二欄的曲線Speed為速度(km/h)；曲線TCU_COMMAND.Effort Request為級(jí)位信號(hào)(此級(jí)位信號(hào)只有大小，不能反映是牽引還是制動(dòng)狀態(tài)，但可以結(jié)合牽引電流的正負(fù)值得出是牽引狀態(tài)還是制動(dòng)狀態(tài))。

EPAC2空氣制動(dòng)壓力如圖2所示。圖中，PrCyl1/01為1車(chē)(拖車(chē))1架EPAC2控制的1軸制動(dòng)缸壓力；PrCyl2/01為1車(chē)(拖車(chē))1架EPAC2控制的2軸制動(dòng)缸壓力；PrCyl1/02為1車(chē)(拖車(chē))2架EPAC2控制的1軸制動(dòng)缸壓力；PrCyl2/02為1車(chē)(拖車(chē))2架EPAC2控制的2軸制動(dòng)缸壓力。根據(jù)圖2數(shù)據(jù)可以得出，拖車(chē)施加了空氣制動(dòng)，所有動(dòng)車(chē)均未施加空氣制動(dòng)力。

圖2 EPAC2空氣制動(dòng)壓力

由圖1及圖2數(shù)據(jù)可以得出，電制動(dòng)力不能正常發(fā)揮的動(dòng)車(chē)，該動(dòng)車(chē)的電制動(dòng)力將完全由拖車(chē)的空氣制動(dòng)力代替。不能正常發(fā)揮電制動(dòng)力的動(dòng)車(chē)，EPAC2仍視其為“動(dòng)車(chē)”。由此，可分析得出以下兩點(diǎn)問(wèn)題產(chǎn)生的根本原因：

(1)拖車(chē)嚴(yán)重打滑的原因。雨天路面濕滑，列車(chē)運(yùn)營(yíng)時(shí)，制動(dòng)優(yōu)先采用電制動(dòng)，但當(dāng)某個(gè)電制動(dòng)滑行超時(shí)后，EPAC2發(fā)出“ED-inhabit”信號(hào)，切出對(duì)應(yīng)牽引系統(tǒng)的電制動(dòng)，切除的電制動(dòng)由拖車(chē)(TC1/TC2)代替。此時(shí)，切除的電制動(dòng)力全部由拖車(chē)(TC1和TC2)取代。若電制動(dòng)滑行的動(dòng)車(chē)較多，將會(huì)切除更多動(dòng)車(chē)的電制動(dòng)力，從而，在TC1和TC2將會(huì)補(bǔ)充更多的空氣制動(dòng)力來(lái)取代被切除的電制動(dòng)力，但因路面黏著條件較低，將極大地增大TC1和TC2空氣制動(dòng)滑行的概率。

(2)信號(hào)系統(tǒng)超速緊急制動(dòng)的原因。因信號(hào)系統(tǒng)采集車(chē)輛速度的傳感器(OPG)僅安裝于拖車(chē)的第4根軸，若拖車(chē)發(fā)生了嚴(yán)重滑行，必定會(huì)導(dǎo)致OPG采集的車(chē)輛速度信號(hào)失真。為確保精準(zhǔn)控車(chē)，信號(hào)系統(tǒng)會(huì)采取減小制動(dòng)力或施加牽引力的方式對(duì)列車(chē)實(shí)施控車(chē)，此時(shí)極易導(dǎo)致列車(chē)超速，從而觸發(fā)超速緊急制動(dòng)。

根據(jù)上述故障分析，正線進(jìn)行了多次滑行故障模擬，故障現(xiàn)象重現(xiàn)且與故障列車(chē)狀態(tài)完全一致。明確了故障原因后，對(duì)重慶地鐵6號(hào)線所有法維萊制動(dòng)系統(tǒng)列車(chē)進(jìn)行了相關(guān)排查，發(fā)現(xiàn)所有法維萊制動(dòng)系統(tǒng)列車(chē)均存在上述問(wèn)題。因此，產(chǎn)生該問(wèn)題的根本原因是法維萊制動(dòng)系統(tǒng)的電空混合控制策略存在設(shè)計(jì)缺陷。

4 解決方案

為及時(shí)消除故障隱患，保障正線安全行車(chē)，重慶地鐵6號(hào)線針對(duì)川儀車(chē)實(shí)施了采用手動(dòng)駕駛的臨時(shí)處理方案，并通過(guò)修改車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件程序的方式徹底解決了上述ATO模式失效問(wèn)題。針對(duì)重慶地鐵6號(hào)線法維萊制動(dòng)系統(tǒng)電空混合控制策略存在設(shè)計(jì)缺陷的問(wèn)題，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的電空混合控制策略進(jìn)行了修改，并完成了軟件的修改工作。修改后的電空混合控制策略如下：

假設(shè)列車(chē)總制動(dòng)力為“F(train)”，動(dòng)車(chē)的電制動(dòng)力分別為Fed(2)、Fed(3)、Fed(4)、Fed(5)，則：當(dāng)Fed(2)+Fed(3)+Fed(4)+Fed(5)≥F(train)時(shí)，各車(chē)均不需要補(bǔ)充空氣制動(dòng)；當(dāng)Fed(2)+Fed(3)+Fed(4)+Fed(5)

(1)在拖車(chē)上施加的總空氣制動(dòng)力未達(dá)到拖車(chē)的黏著極限時(shí)，剩余的制動(dòng)力全部補(bǔ)充在拖車(chē)上，動(dòng)車(chē)上不補(bǔ)充空氣制動(dòng)；

(2)在拖車(chē)上所施加的空氣制動(dòng)力超過(guò)黏著極限時(shí)，剩余的制動(dòng)力平均分配到其余動(dòng)車(chē)上；

(3)單個(gè)動(dòng)車(chē)上所施加的電制動(dòng)力和空氣制動(dòng)力的總和受黏著極限限制；

(4)故障的動(dòng)車(chē)或不論任何原因不能發(fā)揮電制動(dòng)力的動(dòng)車(chē)均統(tǒng)一被視為“拖車(chē)”。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，重慶軌道交通B型地鐵車(chē)輛均采用電空混合控制模式，以降低日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合至關(guān)重要。由于重慶地鐵6號(hào)線法維萊制動(dòng)系統(tǒng)針對(duì)電空混合控制“先補(bǔ)拖再補(bǔ)動(dòng)”的控制策略存在設(shè)計(jì)缺陷，從而導(dǎo)致雨天列車(chē)正線運(yùn)營(yíng)時(shí)經(jīng)常產(chǎn)生超速緊急制動(dòng)的問(wèn)題。通過(guò)優(yōu)化車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)電空混合控制的邏輯條件，并修改車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)軟件，重慶地鐵6號(hào)線車(chē)輛法維萊制動(dòng)系統(tǒng)的該項(xiàng)問(wèn)題得到了有效解決。