城轨交通车辆制动系统的研究

赵旭松+傅扬

摘 要：随着我国城镇人口不断增加，城市规模不断扩大，城市拥堵的现象越来越严重，而发展城市轨道交通是缓解这一现象的必然选择。在城市轨道迅猛发展的同时，城市轨道交通设备的安全性也备受关注。因此，本文首先对城轨车辆制动系统进行了概述，并详细分析了城轨车辆制动系统的选用，旨在促进我国城市交通的发展。

关键词：城轨交通；车辆制动系统；研究

1 城轨车辆制动系统介绍

目前我国城轨车辆主要选用国外进口的制动系统，主要包括日本NABCO制动系统、德国KNORR制动系统、英国WESTINGHOUSE制动系统和SABWABCO CFAIVELEY）制动系统。以上均属于当今主型的模拟式直通电空制动系统，具有反应快速、操纵灵活，以及与牵引、TOMS（列车控制管理系统）和ATC等系统协调配合等特点。由于不同制动系统的风源和基础制动单元差别不大，下面主要对这些制动系统的控制系统或单元进行介绍。

1.1日本NABCO制动系统

日本NABCO制动系统主要指NABCO的H RDA型电空制动系统，1992年投入应用，是一种传统的直通电空制动系统。在我国，该电空制动系统主要应用于北京和天津的城轨项目。 H RDA型电空制动系统的制动控制单元包括制动电子控制装置和气动控制装置两部分：电子控制装置为贮有定制程序的标准机箱，气动控制装置主要由电空中继阀、空重车调整阀和气路板等组成。

1.2制动电子控制装置

H RDA型电空制动系统的电子控制装置整体结构采用6U标准机箱，主要芯片采用日本日立公司的H8系统微控制器。该电子控制装置主要包括

制动控制、防滑控制、通信及显示三个部分。

制动控制部可接收列车制动控制线的PWM制动指令，进行空气和电制动的混合制动计算，控制电空中继阀上电空转换（EP）阀的电流，实现对制动缸的预控压力控制；同时，电子控制装置又根据两路空气弹簧压力（AS1 ，AS2）对预控压力按载荷进行自动调整，通过气动控制装置实现对制动力的控制。

防滑控制部可以测定各车轴的速度，一旦检测到有车轮滑行，便控制防滑阀降低滑行轴的制动缸压力，使滑行车轮恢复到正常的粘着状态。 通信及显示部用于与TMS通信及故障诊断信息的显示与存贮。

1.3德国KNORR制动系统

德国KNORR制动系统主要指KNORR的ESRA电空制动系统。该电空制动系统是一种标准化的制动系统，是传统的直通电空制动系统，可用于机车、动车组和城轨等项目。该电空制动系统1993年研发，1995年投入应用。在我国，该电空制动系统主要应用于上海、广州、北京和天津等地铁项目。

KNORR的ESRA制动系统的制动控制单元包括制动电子控制装置和气动控制装置两部分：电子控制装置为贮有定制程序的标准机箱，主要由包括微处理器的主电路板、辅助电路板和通信板组成；气动控制装置主要由电空模拟转换（CEP阀、紧急电磁阀、中继阀、空重车调整阀和气路板等组成。

1.4英国WESTINGHOUSE制动系统

英国WESTINGHOUSE制动系统主要指英国WESTINGHOUSE（现为KNORR英国子公司）的EP2002电空制动系统，是一种基于架控的城轨直通电空制动系统。该电空制动系统2000年开始研发，2005年装车应用。在我国，该电空制动系统主要应用于上海、广州、北京等地铁项目。EP2002电空制动控制单元包括一系列高度机电一体化的制动控制阀，即网关阀（Gateway Valve）、扩展阀（RIO Valve）和智能阀（Smart Valve）。网关阀主要用于制动网络控制和本车制动控制，扩展阀主要用于本车制动控制和扩展电气连接，智能阀用于本车制动控制。以上各种EP2002制动控制阀（以下简称EP2002阀）外形和重量基本相似，一般外形尺寸325 mm×210 mm× 210 mm，总重23kg（EP2002阀重19 kg，阀安装座重4 kg）。

2 城轨车辆制动系统选用分析

针对上述制动系统的组成和功能，结合一些当前新型直通电空制动系统的热点，如车控和架控制动系统等，提出了以下选用城轨车辆制动系统需注意的几个方面，在保证城轨车辆制动系统安全性的同时，尽量减少其运用风险和寿命成本。2.1辨析车控和架控制动控制系统

实际应用证明，对城轨车辆制动系统，车控和架控制动控制系统在性能方面没有什么区别，例如制动响应时间、制动缓解灵敏度、制动缸充排风速度和防滑控制水平等。这是由于实际上现有车控制动控制系统的性能已足够满足对制动的要求，所以制动系统的性能主要取决于制动管路的布置和状态。另外，在制动管路的布置方面，车控和架控制动控制系统各有优缺点：对于车控系统，与架控系统相比在车辆上需布置沿车长方向的制动缸管；对于架控系統，与车控系统相比需要设置两个靠近转向架的制动控制装置；对于停放制动系统，车控和架控系统的管路布置是相同的。应该说现有的将停放制动集成在内的车控制动控制单元更具有优势。

2.2制动控制单元小型化趋势

由上述城轨车辆制动控制单元介绍可知，与20世纪90年代NABCO的H RDA制动控制单元和KNORR的ESRA制动控制单元相比，制动控制单元小型化已是现在以至未来制动控制单元的发展方向。制动控制单元小型化，如EP2002和EPAC制动控制单元，使制动控制单元成为了一个可在线更换的装置，方便车辆的安装和维护，减轻了车辆的总重，减少了列车库停检修的时间。

2.3制动控制单元新解决方案的挑战

我国城轨车辆大多数制动控制单元采用传统的制动控制解决方案：即制动气动装置接受制动电子控制装置的控制，由电空转换阀产生与制动需求相一致的预控压力，然后通过中继阀进行流量放大，最终控制制动缸的压力；防滑控制由制动电子控制装置通过控制靠近转向架的防滑阀实现车轮防滑。值得注意的是，一些新的制动控制单元采用了全新的制动控制解决方案，将制动缸控制和防滑控制合并在一起。但由于制动缸控制和防滑控制不同的机械和气动特性，新的制动控制解决方案面临着较大的挑战。

2.4考虑制动控制系统的寿命成本

由于城轨交通的安全性要求较高，目前我国主要采用了国外的车辆制动控制系统。但在保证了安全性的同时，也不得不面对产品的寿命周期成本。这一大问题。面对上述我国采用的城轨制动控制系统，运用一定时期的可维修性需着重考虑。所以在选用城轨制动控制系统时，需要研究其零部件维修的可能性，而不是自始至终从国外购买整机。

3 总结

综上所述，在城市轨道迅猛发展的过程中，只有将城市轨道交通设备各子系统紧密地联系在一起，使控制系统的结构更加紧凑、功能更加强大、设计更加灵活，在保证列车安全运行的同时也为乘客提供了一个舒适的乘车环境。

参考文献：

[1]刘德东. 城轨车辆制动系统的监测与故障诊断系统研究[D].北京建筑大学，2014.

[2]施祖银. 浅谈城轨车辆制动控制系统[J]. 科技视界，2014，No.10114：88.