和谐号动车组制动系统制动试验方法

章 阳，张 洋，蒋 军，胡 宇

（中国铁道科学研究院 机车车辆研究所，北京100081）

随着我国高速列车技术的飞速发展，制动系统的制动负荷急剧增加，制动系统也愈加复杂，其运用可靠性直接关系到列车的运行安全。为了确保列车运行过程中，制动系统能随时正常可靠地工作，在列车每次上线运行之前，必须进行制动试验，以确认制动系统各项功能是否正常。8辆编组的CRH3型动车组由4辆动车和4辆拖车组成。列车可以单组或两列连挂运行。列车制动系统包括有直接制动和间接制动。直接制动系统是一套由电气直接控制气动摩擦制动的制动系统。间接制动系统是一套自动式空气制动系统，在直接制动系统故障情况下提供紧急制动功能以及作为备用模式。常用制动采用复合型的制动方式，使用电制动和直接制动联合作用。制动试验必须验证直接制动系统和备用制动系统的各项功能，确保列车能够有效执行紧急制动。制动试验包括自动制动试验、菜单引导的制动试验、短制动试验。

1 制动试验的实施目的

制动试验的目的是验证制动系统的可操作性，用以保证其安全性和可用性。制动系统的关键部件有风源系统、控制系统、基础制动装置、总风管、列车管、紧急制动环路等。其功能有直接制动功能、间接制动功能、防滑功能、紧急制动功能。制动试验必须验证上述关键部件的可用性和功能的可靠实施。而且，为了确保在紧急情况下，能够可靠施加紧急制动使列车安全停车，制动试验最重要的一项是确认列车紧急制动有效率。在紧急制动有效率低于100%的条件下，列车必须限速运行。

2 制动试验的实施方法

2.1 自动制动试验（ABT）

动车组在每次上线之前必须进行一次自动制动试验。在下线之后，司机可通过司机屏（TD－HMI）设定列车再次上线运行的时间，列车中央控制单元将计算制动试验的开始时间，并在那个时间启动制动试验，由制动控制单元执行试验。自动制动试验内容包括：

（1）总风管贯通性试验；（2）空压机试验；（3）列车管泄漏试验；（4）直接制动试验，包括高压力／低压力模式；（5）防滑试验；（6）列车管贯通性试验；（7）间接制动试验；（8）各头车内间接制动的紧急制动阀试验；（9）由局部制动控制单元介入的停放制动监控环路试验；（10）由停放制动环路介入的紧急制动环路试验；（11）制动有效率的计算。

2.2 菜单指导的制动试验（MBT）

如果不执行自动制动试验，司机可以通过司机屏进入菜单引导的制动试验，根据菜单提示，按步骤完成制动试验。在每一项试验过程中，司机屏都会显示试验进度和各阶段的结果。菜单指导的制动试验内容包括：

（1）总风管贯通性试验；（2）列车管泄漏试验；（3）间接制动试验，包括列车管连续性试验；（4）直接制动试验，通过扳动制动手柄在制动级位与缓解位置上进行直接制动施加与缓解；（5）紧急制动试验，通过扳动制动手柄至紧急制动位置上进行；（6）列车管连续性试验；（7）制动有效率的计算。

2.3 短制动试验（SBT）

在自动制动试验后、司机换端操纵、列车连挂或解编后，需要执行短制动试验。短制动试验的步骤包括：

（1）通过扳动制动手柄在制动级位与缓解位置上进行直接制动施加与缓解试验；（2）通过扳动制动手柄至紧急制动位置上进行紧急制动试验；（3）在两列动车组联挂之后进行列车管贯通性试验。

2.4 手动制动试验（HBT）

在没有司机屏和制动控制单元支持的时候，必须由司机进行手动制动试验。司机和乘务员通过观察压力表和机械指示仪表来检测手动制动试验的结果。手动制动试验的内容包括：

（1）在任意一个列车管相关试验失败时，用指针压力表测试列车管压力；（2）用指针压力表测试列车总风压力；（3）用指针压力表验证列车管充风；（4）通过机械制动状态指示器验证每一辆车的制动施加和缓解。

3 制动试验的相关接口

3.1 制动试验期间BCU的功能层次

在制动试验期间，有3个主要的任务需要制动控制单元（BCU）执行，按照这些任务的层次等级，也将BCU分为3个层次：

（1）列车制动管理器（TBM），由本务头车主BCU承担；（2）分段制动管理器（SBM），由各牵引单元中的头车主BCU承担；（3）本地制动控制单元（LBCU），即各车本地的BCU。

根据BCU所在的车辆的位置，BCU所承担的功能会有所重叠。表1列出了不同车辆的BCU的用途和承担的功能：

表1 不同车辆的BCU的用途和功能

根据上述3个层次分级，在制动试验期间，各相关设备之间通过多功能列车总线（MVB）的通讯也有严格的限制，只能在限定的两者之间发送／接收命令和试验结果，见表2及图1。

表2 允许互相通讯的设备

3.2 自动制动试验的信号流

自动制动试验的命令和试验结果的信号流如图2。

图1 制动试验通讯结构

列车中央控制单元（CCU）在司机设定的时刻经由多功能车辆总线（MVB）向列车制动管理单元（TBM）发送自动制动试验请求，TBM接收到请求后，按下列顺序开始执行自动制动试验（ABT）：TBM通过MVB向列车组内的全部SBM传输ABT命令，SBM向其有关的LBCU发送ABT命令，LBCU经由MVB向SBM报告每个局部制动试验结果，SBM通过MVB向TBM报告局部制动试验结果，TBM根据各MVB分段的SBM发送过来的制动试验结果信息产生汇总的ABT结果，然后将该结果报告给CCU和TD－HMI。

3.3 菜单引导的制动试验的信号流

菜单引导的制动试验的命令和试验结果的信号流如图3。

司机在TD－HMI上选择的试验命令经由多功能车辆总线（MVB）向TBM 发送自动制动试验请求，TBM接收到请求后，按下列顺序开始执行制动试验：TBM通过MVB向列车组内的全部SBM传输MBT命令，SBM向其有关的LBCU发送MBT命令，LBCU经由MVB向SBM报告每个局部制动试验结果，SBM通过MVB向TBM报告局部制动试验结果，TBM根据各MVB分段的SBM发送过来的制动试验结果信息产生汇总的MBT结果，然后将该结果报告给TD－HMI。

图2 ABT命令和试验结果信号流

图3 MBT命令和试验结果信号流

4 制动试验的实施流程

制动试验由TBM接收CCU或TD－HMI的指令，然后下发至各个SBM，SBM又命令自己网段内的LBCU来执行制动试验；LBCU执行完毕，将结果报告给SBM，各个SBM将本网段内的试验结果报告给TBM，TBM发送给TD－HMI显示。制动试验完成后，TBM根据由LBCU报告的摩擦制动有效的车辆的数量，计算当前紧急制动有效率值并经由MVB向TD－HMI发送此值。

4.1 TBM实施过程

TBM控制整列动车组的制动试验。在制动试验开始阶段，列车的本务头车内的两个BCU进行主－从配置，主BCU被配置为TBM。TBM执行以下功能：

在ABT期间：（1）接收和处理来自CCU的命令，以便执行ABT；（2）向其下属的SBM发送ABT的启动和中止命令；（3）确定列车需要进行的局部试验并向其下属的SBM发送此信息；（4）从其下属的SBM接收和处理中止ABT的请求；（5）收集其下属的SBM每个试验步骤的结果，并在ABT结束之时向TD－HMI发送汇总的结果。

在MBT期间：（1）接收和处理来自TD－HMI的命令，以便执行MBT；（2）向其下属的SBM发送MBT的启动和中止命令；（3）确定列车需要进行的局部试验并向其下属的SBM发送此信息；（4）从其下属的SBM接收和处理中止MBT的请求；（5）收集其下属的SBM每个试验步骤的结果，并发送给TD－HMI以便TDHMI提示司机下一步操作。

4.2 SBM实施过程

SBM从属于TBM。由4辆车组成的每个MVB分段都有一个SBM，它执行以下功能

（1）接收和处理来自TBM的命令，以便开始和中止ABT／MBT并向其下属的局部BCU发送命令；（2）从TBM接收命令，以便进行实际的试验步骤并向其下属的局部BCU发送命令；（3）向TBM发送关于第一辆车、最后一辆车、连挂的状态的信息；（4）收集来自下属的BCU的每个试验步骤结果并发送给TBM。

4.3 LBCU实施过程

LBCU从属于本MVB分段的SBM，每辆车的第一个BCU（BCUx.1，x＝1，2，3，4）在制动试验期间称为LBCU，它执行下列功能

（1）从SBM接收命令，以便开始和中止制动试验的实际试验步骤；（2）执行实际试验步骤；（3）将实际试验步骤结果发送给所属SBM。

4.4 试验结果及制动有效率的计算

如果完成ABT，TBM将向TD－HMI发送试验结果，显示给司机。

TBM将汇总ABT的各部分的结果，并将下列任一情况报告给CCU。

（1）成功进行了自动制动试验；（2）未成功进行自动制动试验；（3）自动制动试验中止。

TBM将通过MVB向列车组内的所有头车BCU发送下列结果。

（1）成功进行了自动制动试验；（2）未成功进行自动制动试验；（3）自动制动试验中止；（4）成功进行了MRP贯通性试验；（5）未成功进行MRP贯通性试验。

局部BCU1.1和BCU1.2将储存从TBM接收到的ABT结果，以及从MVB接收到的数据和时间信息。全部BCU1.1和BCU1.2向MVB发送下列储存的信息，包括数据和时间。

（1）成功进行了自动制动试验；（2）未成功进行自动制动试验；（3）自动制动试验中止；（4）成功进行了MRP贯通性试验；（5）未成功进行MRP贯通性试验。

在进行MBT过程中，TD－HMI会在每项制动试验过程中提示司机操作并显示中间过程和结果。

制动试验结束之后，TBM根据由局部BCU报告的摩擦制动有效的车辆的数量计算当前制动有效率值并经由MVB向TD－HMI发送此值。制动有效率的计算方法为：

η＝（n÷N）×100%

η为列车紧急制动有效率；

n为能有效执行紧急制动的车辆的数量；N为列车编组的车辆总数。

5 结论

制动试验的内容涵盖了制动系统的所有关键部件，通过制动试验可以验证这些关键部件的可用性和制动功能。紧急制动有效率能确保在相应运行速度下，能够可靠施加紧急制动使列车安全停车。和谐号动车组的运营证明，制动试验是有效的和必要的。