FHQ-Q-1 型空气防滑系统控制技术研究

石 亿 武小平 刘 泉 黄金虎

（中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412001）

0 引言

随着列车运行速度的不断提高，防滑系统在列车运用过程中发挥着重要的作用，它能够充分利用轮轨黏着，防止轮对因滑行或抱死造成擦伤，并缩短制动距离，保证列车停车安全。

FHQ-Q-1 型空气防滑系统采用轴控方式对轮对进行防滑保护，适用于机车空气制动系统，同时，对国内防滑控制技术的研究具有积极的作用。

1 防滑系统组成

FHQ-Q-1 型空气防滑系统主要由防滑主机、速度传感器和防滑排风阀等组成，如图1 所示。

图1 空气防滑系统组成示意图

防滑主机采用微机控制方式，具有速度采集与计算、滑行判断与控制、数据存储、以太网通信、自检、故障查询与显示等功能；速度传感器采用非接触式电流型霍尔传感器，安装于轴箱盖上，感应测速齿轮输出脉冲信号；防滑排风阀安装于制动管与制动缸之间的连接管路上，由防滑主机控制，实现制动缸的充风、保压、排风功能。

2 防滑控制原理

FHQ-Q-1 型空气防滑系统以速度差和减速度作为滑行判据， 当检测到轮对发生或即将发生滑行时，控制防滑排风阀排风，降低作用在轮对上的制动缸压力降到黏着力以下，防止车轮滑行。 当轮轨黏着恢复以后，防滑主机控制防滑排风阀充风，恢复轮对的制动缸压力，保证车辆安全停车。

2.1 速度差判据

将参考速度Vf与轴速度V取差得到速度差，即ΔV=Vf-V。

如果轮轨粘着条件差，当ΔV≥ΔV1时（第一个速度差判据），防滑主机控制防滑排风阀动作，使制动缸保压；当ΔV≥ΔV2时（第二个速度差判据），防滑主机控制防滑排风阀动作， 使制动缸阶段排风； 当ΔV≥ΔV3时（第三个速度差判据），防滑主机控制防滑排风阀动作，使制动缸一次排风。

如果轮对恢复转动， 轴速度开始回升， 当ΔV≤ΔV4时（第四个速度差判据），防滑主机控制防滑排风阀动作，使制动缸阶段充风；当轴速度接近参考速度时，防滑主机控制防滑排风阀动作，使制动缸一次充风，恢复制动缸压力。

2.2 减速度判据

当车辆所有轴以相近速度同时发生滑行时，需要采用减速度a判据进行控制，控制原理如下：当轴速急速下降时，a的值相应增大。 当a小于预定值a1时，防滑主机控制防滑排风阀使制动缸排风；随着轴速回升，当a恢复到预定值a2时，防滑主机控制防滑排风阀使制动缸保压；当轴减速度a恢复到大于预定值a3时，防滑主机控制防滑排风阀阶段充风，使制动缸压力逐渐恢复；当a恢复到大于预定值a4时，防滑主机控制防滑排风阀一次充风，使制动缸压力迅速恢复。

3 防滑控制关键技术

3.1 参考速度

防滑控制过程中，参考速度要尽可能与列车速度接近，通常选择车辆中最高的轴速度值中作为参考速度；当车辆所有轴同时滑行时，可根据制动减速度计算的理论速度作为参考速度。

3.2 轮径修正

轮径修正是为了消除车轮因磨损对速度计算的影响，以车辆中最低的脉冲频率值作为标称轮径的基准，计算出各轴的修正系数λ，在速度计算中，利用系数λ对各轴的脉冲频率值进行修正， 就能得到同一基准下的速度值，从而消除车轮因磨损造成的轮径差影响。

3.3 相邻切换控制

防滑系统具有相邻切换控制功能，当转向架某一轮对的速度传感器故障时，若该轮对的防滑排风阀无故障，则该防滑排风阀的动作由转向架另一轮对的防滑排风阀动作保持一致；当转向架上二个轮对的速度传感器均故障时，此转向架的二个防滑排风阀的动作与另一转向架相邻轮对的防滑排风阀动作保持一致；如果二个转向架上至少三个轮对的速度传感器同时故障，则防滑系统故障，并切除防滑系统控制功能。

4 故障诊断及安全导向

4.1 软件死机故障检测

采用外部看门狗芯片检测单片机运行状态，且控制软件定时对看门狗芯片进行“喂狗”，当控制软件故障停止“喂狗”后，看门狗芯片复位单机片，并重启控制软件。

4.2 速度传感器故障检测

结合硬件电路和软件设计，实现对速度传感器的短路、断路、突变、超限等多种故障状态检测，当检测到速度传感器故障时，提示相应的故障码，并采用“相邻切换控制”方法，降低因速度传感器故障切除防滑功能而导致擦轮风险，提高防滑控制效果。

4.3 防滑排风阀故障检测

防滑排风阀输出控制具有过流和输出反馈故障检测， 当检测到转向架某一轴防滑排风阀故障时，提示相应的故障码， 并切除故障轴的防滑控制功能，使制动缸处于充风状态，保证车辆停车安全。

4.4 连续排风超时监测

采用软/硬件相结合的方式，设计了软件定时器和硬件定时器，当防滑排风阀处于排风状态时，同时触发软/硬件定时器对排风状态计时，如果计时时间超过TB/T 3009—2019 《机车车辆制动系统用防滑装置》要求的阈值，则控制软件切除防滑系统控制功能，且硬件定时器关断防滑排风阀电源，使制动缸处于充风状态，保证车辆停车安全。

5 试验

FHQ-Q-1 型防滑系统装用广州地铁18#-22#工程车，并根据TB/T 3009—2019《机车车辆制动系统用防滑装置》标准要求，在北京环铁开展120 km/h 紧急制动防滑试验，试验结果如表1 和图1 所示。

表1 试验结果

图2 120 km/h 紧急制动防滑

6 结语

分析了FHQ-Q-1 型空气防滑系统的控制原理、关键技术、故障检测及安全导向，并通过动态试验对防滑系统进一步验证，试验结果表明，FHQ-Q-1 型空气防滑系统具有良好防滑控制效果，并为防滑控制的深入研究提供了技术基础。