城市轨道交通车控制动系统制动不缓解故障分析

王群伟

(中国铁道科学研究院机车车辆研究所，100081，北京//副研究员)

城市轨道交通车辆制动系统可能出现对行车安全影响较大的故障，具体有制动力不足故障及制动不缓解故障。制动力不足故障是指制动过程中实际施加的空气制动力不能满足需要。制动不缓解故障是指在制动缓解指令下达后，制动力在一定时间内不能缓解到规定的值，从而导致车辆抱闸，可能造成轮对和轨面的擦伤，甚至需要车辆救援。从运营安全考虑，制动不缓解故障造成的影响相对更大。本文着重分析制动不缓解故障。

本文对城市轨道交通车辆车控制动系统制动不缓解故障的检测逻辑、故障原因等进行分析，并结合某些典型故障案例，对现场的故障排查方法及提升产品质量提出建议。

1 车控制动系统

车控制动系统是以每辆车为单位来设置制动控制单元的制动控制方式，即每辆车均配置1套独立的制动控制单元(BCU),用于控制本车的制动力。

注：1——滤清器；2——充风电磁阀；3——缓解电磁阀；6——中继阀；9——空重阀；10——紧急电磁阀；5、7、11——压力传感器；13——压力开关；4、8、12——压力测点；AS1、AS2——空气弹簧

图1 车控制动控制单元气动原理图

常用制动时，压力传感器(7)检测空簧压力控制充风电磁阀AV和缓解电磁阀RV的得电和失电，常用预控压力AC通过中继阀流量放大后施加制动。压力传感器(5和11)实现对预控压力的闭环控制。当有缓解指令时，缓解电磁阀得电，实现制动缓解。

紧急制动时，紧急电磁阀失电，空重阀输出根据空气弹簧(AS1、AS2)压力限制的紧急预控压力，通过中继阀的流量放大后进入制动缸。制动系统得到紧急制动缓解指令后，紧急电磁阀得电，制动缓解。

2 制动不缓解故障分析

2.1 检测逻辑

制动不缓解故障的定义为：当空气制动应当缓解时，实际的制动缸压力未能在规定时间内降到缓解压力以下。不同的车控制动控制系统对于制动不缓解的逻辑判断虽有差异，但其基本判断逻辑是一致的。制动不缓解故障的检测过程如图2所示。

图2 制动不缓解检测过程

制动不缓解判断逻辑为：在非制动状态下,如果制动缸压力实际值大于一定值(目前常规设定为40 kPa左右)，持续时间超过一定值(目前常规设定为3.5 s左右),则制动系统报警制动不缓解故障。

制动不缓解故障的复位条件通常为：制动缸压力在降低到25 kPa以下或减速度指令不为0，则制动不缓解故障复位。设定值可根据项目需求而调整。

2.2 故障原因分析

制动不缓解故障主要由EBCU(电子制动控制单元)故障和PBCU(气动制控制单元)故障引起。

2.2.1 EBCU故障

如EBCU的板卡或线路发生故障，会导致指令没有传递到PBCU中的缓解电磁阀或紧急电磁阀，从而引起制动不缓解。如果板卡内部控制程序存在问题或元器件发生故障，就会使对缓解电磁阀的指令发出异常；电磁阀不动作，则制动缸压力不会产生变化；制动系统进行判断后会报警单车的制动不缓解故障。如出现此类制动不缓解故障，则可通过互换同类板卡等方法进行排查。

2.2.2 PBCU故障

PBCU部件主要有缓解电磁阀、中继阀及紧急电磁阀等。根据制动控制单元气动原理及故障判断逻辑，部件故障造成制动不缓解故障的关系为：①常用制动缓解电磁阀发生故障，常用预控压力无法排空，形成制动不缓解故障。②中继阀动作出现卡滞情况，导致制动缸压力无法排出，形成制动不缓解故障；在缓解状态下，中继阀内部总风阀座关闭不严，导致总风压力进入到制动缸管路中，于是制动系统向车辆报警制动不缓解故障[2]。③如紧急电磁阀发生故障(如线圈断路)，则会导致车辆在正常缓解状态时施加意外紧急制动，即使常用制动缓解，仍会造成制动不缓解故障。

2.3 常见部件故障分析

2.3.1 常用制动缓解电磁阀故障

缓解电磁阀在实际应用中会出现电磁阀失电但是预控压力无法排出的现象，较易出现的缓解电磁阀故障有电气故障和机械故障。

(1)电气故障。在使用中，如缓解电磁阀发生电气故障，其释放电流偏小，则剩磁产生的吸力会大于复位弹簧的回复力，故电磁阀仍处于关闭状态，常用预控压力无法排出。

(2)机械故障。电磁阀的铁芯在磁力驱动下运动。发生机械故障时，由于弹簧或铁芯本身存在偏差、或者异物进入等原因，导致机械运动受限卡滞，从而致使阀口无法打开。

2.3.2 中继阀故障

中继阀的主要故障可分为机械卡滞故障和密封故障。

(1)机械卡滞故障。如果中继阀上勾贝与总风阀座之间没有脱离，仍处于关闭状态，则制动压力无法从排风口排出，造成制动无法缓解，发生制动不缓解故障。

(2)密封故障。当总风阀座出现橡胶件剥离现象时，会导致总风阀密封不严，造成总风阀在缓解状态下向制动缸压力腔漏风，同时通过排风口向大气排风。当制动管路压力大于逻辑判断设定值时，则制动系统向车辆报警制动不缓解故障。

2.4 紧急电磁阀故障

制动系统中紧急电磁阀长期处于得电状态。如温度升高造成电磁线圈的熔断，则紧急电磁阀将打开紧急预控通路，从而造成制动不缓解故障。

3 制动不缓解案例及建议

3.1 EBCU故障案例

武汉地铁2号线发生曾发生单车制动不缓解故障。当时，HMI(司机显示屏)显示缓解状态下该车制动压力不变化。对EBCU板块进行检查发现，控制制动缓解的板卡上存在烧损的痕迹。由此可判断导致制动不缓解的直接原因为EBCU板卡发生故障。

3.2 气动执行部件故障案例

由文献[3]，广州地铁2号线曾出现正线制动不缓解故障。发生故障后，确认EBCU及电磁阀等功能均正常。检查中继阀后，确定故障原因为中继阀的总风阀座橡胶剥离导致密封不严，从而产生制动不缓解故障。解决方案为更换故障中继阀。

由文献[4]，西安地铁2号线曾发生单车制动不缓解故障。对常用电磁阀进行拆解分析发现，电磁阀内部动铁心表面已剥落，导致其动作卡滞，从而使阀口无法打开。解决方案为对电磁阀动铁心表面处理进行优化设计。

3.3 故障排查及建议

(1)故障排查。通过对制动不缓解故障的逻辑及原理等的研究，及对现场实例故障的分析，如出现车辆制动不缓解故障，除应查看制动系统记录数据外，还应对现场的设备按EBCU、缓解电磁阀及紧急电磁阀、中继阀的顺序依次进行检查。

(2)建议。制动系统关键部件选型及其可靠性对车辆安全运营的影响很大。故提出如下建议：①选取剩磁较小的缓解电磁阀，以避免电磁阀不释放问题。②中继阀卡滞现象很少出现，多数故障出现在总风阀座密封和橡胶件剥离问题上。因此需改进工艺，并加强质量管理，以保证中继阀质量的稳定性。③选取发热量小的紧急电磁阀，以降低电磁阀线圈的故障率。

4 结语

针对城市轨道交通车控制动系统制动不缓解故障，从制动控制原理出发，对故障的检测逻辑、影响因素、故障原因深层分析等方面进行了详细的阐述。对实际故障案例进行了研究分析，提出了对现场故障排查方法，并针对制动系统部件选型及质量管理等提出建议，可有效降低制动不缓解故障的发生概率。

[1] 中国城市轨道交通协会技术装备专业委员会. 城市轨道交通车辆电空制动系统通用技术规范：CZJS/T 005—2015[S]. 北京：中国城市轨道交通协会，2015：2.

[2] 吴萌岭，陶再坤，田春，等. 中继阀泄漏引起常用制动不缓解故障特征分析[J] .仪器仪表学报，2013, 34(8): 1865.

[3] 张现银. 关于广州地铁2号线国产制动系统制动不缓解问题的讨论[J]. 中国科技博览，2015(18): 2.

[4] 禹建伟. 西安地铁2号线车辆单车制动不缓解故障的分析及对策[J]. 铁道车辆，2014, 52(8): 43.