关于动车组制动系统响应时间的探讨

朱立强 郭小行 曲秋芬 秦佳颖

【摘 要】制动系统响应时间作为制动系统设计过程中的一个中间参数，对制动系统的性能会有一定的影响，但是可以通过对其他中间参数的相应调整，最终可以保证制动系统的性能基本不受影响。本文通过对动车组制动系统响应时间产生的机理、不同车型对制动系统响应时间的要求及试验结果的分析，表明制动系统响应时间的差异基本不会对制动系统的性能产生影响，在型式试验中可不作为试验项目进行评价。

【关键词】动车组 制动系统 响应时间 型式试验

1 概述

制动系统作为动车组九大关键系统之一，其性能的好坏与动车组的安全和运营秩序息息相关。制动系统的性能主要由制动系统响应时间、减速度的设定、静态传动效率、防滑保护性能等中间参数决定，其中制动系统响应时间作为一个中间参数，由于各车型影响制动系统响应时间的某些因素的区别，不可能达到一致的要求，但可以通过对其他参数的调整、优化匹配，以达到满足制动系统性能的目的。目前国内现行的动车组有CRH1系列、CRH2系列、CRH3系列和CRH5型动车组，在进行整车型式试验时均将制动系统响应时间作为一个制动系统的性能指标来进行测试并评价。但是各车型根据自身制动系统的特性，设定了不同的制动系统响应时间标准值，据此编制了试验大纲并进行了型式试验，试验结果制动系统的功能都正常，即常用制动满足动车组的调速功能，紧急制动可以满足紧急制动距离的要求，保证了动车组的操作性和安全性。由于各车型的制动系统特性不同，制动系统响应时间设定不同、评价标准也不一致， 测试结果也不尽相同，故型式试验大纲中将制动系统响应时间作为制动系统性能的一个评价指标意义不大。

2 制动系统响应时间产生的机理

制动系统响应时间是指静态下动车组从发出制动命令至制动缸压力上升到最高压力90% 所需的时间。各型动车组由于制动系统特性不同，制动响应时间产生的机理也不尽相同，响应时间的长短也有区别。CRH3系列动车组制动系统分为常用制动和紧急制动等方式，常用制动主要用于使列车减速，紧急制动用于在紧急的情况下，列车紧急停车，保证列车的运营安全。两种制动方式机理不同，控制方式也各异，所以制动响应时间也有差别。以CRH380B型（非高寒）动车组为例，对常用制动响应时间和紧急制动响应时间产生的机理分别介绍。

2.1常用制动响应时间

常用制动通过制动手柄进行控制，当制动手柄置于常用制动位时，主BCU先将接收到的制动手柄角度信号转换成相应的制动级位，然后由主BCU根据当前列车速度和预设的列车减速度曲线确定目标减速度，进而根据当前列车重量计算出需施加的总制动力，最后根据列车汇总的当前空气制动系统最大能力和电制动系统最大能力，计算得到摩擦制动力指令和电制动指令，将该空电复合制动力指令以百分比信号的形式通过WTB/MVB发布，将指令发送到各单车EBCU，详见图1。

综上所述，常用制动响应时间包括：制动指令传输到各车EBCU之前的时间+单车BCU接收到制动指令到输出制动缸压力（C压力）开始上升的时间+C压力开始上升直至制动缸压力达到设定压力的90%的时间。

制动指令传输到各车BCU之前的时间约为0.5s，单车EBCU接收到制动指令到输出制动缸压力（C压力）开始上升的时间约为0.3s，而C压力开始上升直至制动缸压力达到设定压力的90%的时间约为2.2s，故常用制动的响应时间约为3s。

2.2 紧急制动EB响应时间

紧急制动EB由EBL环路触发，当EBL环路断开时，每车的EBCU通过硬线接收到紧急制动EB施加的指令，控制输出C压力的过程与常用制动相同。

紧急制动EB制动响应时间包括：EBCU通过硬线接收到紧急制动EB施加指令的时间+单车EBCU接收到制动指令到输出制动缸压力（C压力）开始上升的时间+C压力开始上升直至制动缸压力达到设定压力的90%的时间。

相比常用制动，紧急制动EB的制动指令传输到BCU由硬线执行，其余过程一致。同时，由于硬线传输指令速率高于网络，紧急制动EB响应时间比常用制动响应时间稍短。

2.3 紧急制动UB响应时间

紧急制动UB由UBL环路触发，当UBL环路断开时，激活BCU内的紧急制动阀B60.03，直接输出Cv压力，经过双向阀B60.04、称重阀B60.05到达中继阀B60.07，输出C压力到达制动缸，详见图3.

紧急制动UB制动响应时间包括：紧急制动UB指令发出到紧急制动阀执行硬线指令时间+C压力开始上升直至制动缸压力达到设定压力的90%的时间。

相比紧急制动EB，紧急制动UB减少了单车EBCU接收到制动指令到输出预控压力（Cv压力）的时间，响应时间小于紧急制动EB的响应时间。

由以上分析可知，制动响应时间与制动指令的传输方式、制动阀类的动作时间、制动管路的布置、制动缸压力的目标值设置等因素有关，制动指令的传输方式越快、制动阀类越灵敏、制动管路布置越简洁、制动缸压力目标值越小，则制动响应时间越短。

2.4 其他型号动车组制动响应时间

2.4.1 CRH1型动车组制动响应时间

CRH1型动车组常用制动时，列车级制动控制由CCU执行，车辆级制动控制由EBCU执行，包括各种信号的处理、制动缸压力控制、防滑保护等，由基础制动装置执行制动动作。故常用制动响应时间包括：制动指令传输到各车EBCU之前的时间+单车EBCU接收到制动指令到输出制动缸压力（C压力）开始上升的时间+C压力开始上升直至制动缸压力达到设定压力的90%的时间。紧急制动由安全环路控制，通过紧急制动阀、空重车调整阀、中继阀最后通过制动缸施加紧急制动。紧急制动响应时间包括：紧急制动指令发出到紧急制动阀执行硬线指令时间+C压力开始上升直至制动缸压力达到设定压力的90%的时间。制动控制方式与CRH3C动车组类似，制动响应时间构成也基本一致。

2.4.2 CRH2型动车组制动响应时间

制动指令由司机制动控制器发出电气指令，经列车信息控制系统传送到每辆车的制动控制装置，由EBCU的电子控制单元进行运算，实施再生制动和空气制动。其中空气制动以控制电空转换阀（EP阀）的电流，送出与电流相对应的预控压力信号到中继阀，经中继阀送出流量放大的同比率压缩空气，再由增压气缸经空—油变换作用转变成油压，最后经制动盘液压钳将制动力作用到制动盘上，完成制动作用。故常用制动响应时间包括：制动指令传输到各车EBCU之前的时间+单车EBCU接收到制动指令到输出制动缸压力（C压力）开始上升的时间+C压力开始上升直至制动缸压力达到设定压力的90%的时间+增压缸中油压达到设定时间的90%。安全制动的控制方式与CRH3C动车组紧急制动UB的方式类似。

2.4.3 CRH5型动车组制动响应时间

CRH5型动车组制动系统的控制方式与CRH3C型动车组基本一致，故制动系统响应时间的构成也一致，响应时间差别不大。

3 型式试验大纲要求及试验结果

3.1 各车型型式试验大纲对制动响应时间的要求

通过以上分析可知，各车型的制动系统控制方式不尽相同，所采用的制动系统零部件各有差异，管路布置各有特点，制动缸的目标压力值设定不同，故各车型的制动响应时间也不一致。各车型根据自身制动系统的特性，编制了型式试验大纲，对制动响应时间的具体要求见表1。

3.2 各车型制动响应时间型式试验的结果

各车型按照型式试验大纲的要求对制动响应时间进行了测试，具体试验结果见表2.

由上述表格可知，各车型对制动系统响应时间的要求不完全相同，而试验结果也各有差异。同时各型号动车组均进行了紧急制动距离的校核，在纯空气紧急制动工况下，均满足各速度等级对紧急制动距离的要求：初速度160km/h，紧急制动距离不大于1400m，初速度200km/h，紧急制动距离不大于2000m，初速度250km/h，紧急制动距离不大于3200m，初速度300km/h，紧急制动距离不大于3800m，初速度350km/h，紧急制动距离不大于6500m。从而表明，尽管制动响应时间不同，但是紧急制动距离均满足要求，制动系统性能基本不受影响。

4 结论及建议

由以上分析可知，各型动车组制动系统的控制方式不同，选用的制动阀类各异，制动管路的布置各有特点，制动缸目标压力值的设定不同，导致各型动车组制动响应时间不一致，各型动车组依据各自的特性编制了试验大纲并进行了型式试验，制动响应时间测试结果也有差异，但各速度级紧急制动距离满足要求，对制动系统的性能基本没有影响。

各型号动车组目前最长的已经安全运营了6年以上，里程最多的单列车已经运营了400多万公里，运营状况良好，并未因制动响应时间不同而影响列车的运营秩序和安全。进一步证明制动系统响应时间只是制动系统设计过程中的一个中间参数，可以通过合理调整其他的参数来达到制动系统的目标参数（制动距离的要求）。由于制动系统与ATP存在接口，为适应ATP的要求，可在设计阶段与ATP厂家协商，实现与ATP的匹配问题。

就目前国内多种型号动车组并存的情况且没有要求相互救援、相互连挂的要求，对制动响应时间的要求不必过于苛刻；但是如果要求各型号的动车组可以相互救援、互联互通，那么制动系统的响应时间必须一致，保证制动系统的一致性。

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