城轨车辆空气制动防滑控制方法

李鹏

中车株洲电力机车有限公司 湖南 株洲 412001

摘要：随着我国地铁行业的蓬勃发展，为缓解交通压力，地铁成为最关键的交通工具。而地铁的运行安全与车辆性能密不可分，因此地铁车辆的可靠性越来越引起人们的重视。制动系统采用微机控制的直通式电空制动系统，可以使用司机控制器，对地铁列车进行制动与缓解。

关键词：城轨车辆；防滑系统；控制方法

引言

由于地铁相邻站点之间的距离较短且地铁列车的行驶速度较快，所以为了快速有效地制动列车，地铁列车会在传统电机制动系统的基础上加入空气制动系统来弥补列车制动力的不足。制动设备是轨道列车中重要的组成部分，在其中有着十分重要的作用，其能有效的实现到车辆减速以及停车的执行设备。车辆制动系统性能和轨道列车的运行之间有着直接的关联，为此应当增强对其的重视程度。

1电空混合制动原理

地铁列车的动力分布和动车组列车相似，都是采用动力分散式设计，地铁列车的车厢基本可以分为拖车和动车两种类型，但是不同类型的列车会采用不同形式的车厢排布方式，其中列车的动力来源是动车部分，拖车部分则是用来装载乘客以及货物，地铁列车是采用接触网供电的方式为列车提供电能，通过受电弓和变压器为牵引电机提供驱动动力。地铁列车在常规情况下的制动是通过牵引电机的反转提供制动力实现的，电机的反转产生的能量一部分会反馈给接触网，但是大部分的能量都变成热能被消耗，电机制动方式的最大优点是最大限度地减少机械结构的磨损并且制动效率较高，但是也存在着一些缺点，即偶尔会出现制动力不足的问题，为了解决这个问题地铁列车都会加入空气制动系统，空气制动系统大致由风源系统、控制系统、执行机构 3部分组成，其中控制系统是空气制动系统的核心，主要由微机控制单元、制动控制单元、制动控制操作系统组成，空气制动的实现过程是通过加大车轮踏面与瓦闸之间的摩擦力将列车的动能转化成热能，从而起到降低列车车速的目的，由于车轮踏面与瓦闸摩擦力的增大会导致车轮的过度磨损，所以在常规状态下是不会使用空气制动系统的，只有在电机制动系统制动力不足时才会短时间内使用空气制动系统。现在为了优化地铁列车的制动效率会采用先电机制动后空气制动的制动控制方式，在列车发出制动指令后，设定电机制动速度阈值，电机开始反转为列车提供制动力电机反转产生的电能会反馈给接触网为下一次制动过程提供能量，在列车达到电机制动速度阈值时，电机制动系统停止工作，电机断电完全停止工作，接下来启动空气制动系统，产生的制动力会直至列车停车，完成电空混合制动工作过程。

2空气制动防滑系统的特性

空气制动防滑系统，具有多种控制特性，能够实现城轨车辆的空气制动防滑控制。①其整体采用微型计算机，控制实现了计算精度的提升，并且保证了计算速度和计算效率。②对于速度差异及减速等多种速度变化，控制能够进行有效的防滑计算，能够以此进行多种防滑措施的分析，实现防滑控制过程。③空气制动防滑系统能够实现自检以及完成已有故障的存储。对于城轨车辆运行过程的速度，能够形成监督，实现速度传感器以及排风阀状态的监控，并形成相应的输出状态。向控制单元进行自监督的数据提供。④对于城轨车辆不同的车轮直径，能够进行相应的速度或自动补偿。⑤空气制动防滑系统能够实现临近轴之间的互补功能。⑥对于车辆轮轨粘着力等应力能够实现空气制动防滑系统的充分利用，确保对于车辆的防滑制动效果。

3防滑控制方法

3.1确定参考速度

通过参考轴速和速度来确定速度差和滑移率， 而参考速度是四个轴的转速中最高的一个。 但特殊情况是，最高轴速小于最大可能的车辆减速度时， 需要用最大可能的车辆减速度进行参考速度计算。 当四个轴出现同时滑动， 或四个轴同时出现减速度，且远超过正常制动减速度时，将会触发防滑系统，以实现对基准轴空气制动的有效控制， 从而保证基准轴的轴速在短时内得到有效恢复，降低参考速度的累积偏差。 实际上，为了使得参考速度的确定更加准确，还常常通过网络来校正参考速度，如果该车的参考速度与车辆的参考速度存在比较大的偏差时， 就可以通过控制基准轴的制动来快速恢复基准轴轴速 。

3.2防滑失控监控方法

防滑失控监控是在制动和参考速度基础确定的情况下能够实现的，监控性的预测防滑控制方法。这种方法控制是在防滑控制单元，进行滑行控制时，通过限制的排风和保压时间，或者空气制动力的损失监控，实现的防滑控制系统之外的监控功能实现。监控设备的安装能够实现这种防滑失效的监控，其对于防滑控制单元出现控制异常，或者防滑控制设备出现了异常的功能输出，都能够通过监控设备快速发现，迅速的切断防滑控制单元的输出，防止空气制动力的减少或降低空气制动力对滑动的控制力下降情况。防滑失控监控对于采取单独的防滑阀或者防滑控制单元的系统来说，能够实现整体的独立性监控。这样当空气制动防滑系统出现控制失效时，仅仅是部分制动系统受到了控制，而空气制动防滑系统，并没有完全失效，能够继续实现防滑的功能，制动力不会完全丧失，这样就保障了城轨交通的运行安全。

3.3微机控制直通电控制动系统

紧急制动控制板（可以与行驶总控制器结合使用）或火车的软件系统（ATO）可以向调制和逻辑控制器发送紧急制动或释放命令。在不同的系统功能中，命令使用了不同的强信号，有些是系统模拟强信号，有些是数字相位信号。配置和内部逻辑综合控制器将发出的命令转换为PWM 信号生成以进行传输（系统还将其连接到 Internet 并通过火车和网络进行传输），或直接选择（数字相位信号生成）以传输至微机制动控制每个车辆单元的系统，微机制动和控制单元根据上述命令和车辆重量数据计算所需的制动力源，然后根据更充分利用动态制动力的原理接收最大功率的制动踏板和干燥空气的制动效果。另外，它还实时监视紧急制动系统，并根据实际情况将检测结果的最终结果传输到软件系统。它还可以检测轮对的速度并控制防撞杆，以避免行驶中的车辆滑行和气动紧急制动。控制单元由空气动力学部件组成。并负责将干燥空气紧急制动指令转换为制动缸心理压力的相应强信号进行综合控制，并将相关心理压力转换为物理信号，并将信息反馈给微机进行制动和控制。

3.4电机制动正常，最大制动减速度减速

对于等磨耗辅助方式，由于将动车和拖车共同作为控制对象，在两种车厢上施加的空气制动力是相同的，所以两种车厢的车轮踏面的温度变化也是大致相同的；对于等黏着辅助方式，由于优先以拖车作为控制对象，所以在仿真过程中只对拖车车轮进行计算，需要补充的空气制动力不是很大，完全在拖车车轮的制动力阈值内，不需要考虑对动车车轮补充空气制动力。对比两种辅助方式的仿真结果可以得出：等磨耗的车轮踏面温度变化幅度和峰值均小于等黏着，这是由于在等磨耗方式下，拖车和动车车轮的空气制动力大致相同，车轮所产生的热负荷被所有车轮共同分担；在等黏着方式下，车辆产生的热负荷基本都由拖车车轮承担，动车车轮基本不参与空气制动过程。

结语

城市轨道列车的发展对城市化进程的加快有着十分重要的作用。为此为能有效提升车辆制动的技术，降低制动力的损失，并通过防滑控制方法实现整体控制系统的效用提升，确保车辆不会出现滑行，保证车辆的稳定运行安全。

参考文献：

[1]任得鹏，何小军.城轨车辆空气制动集中救援缓解功能设计[J].科技信息，2019（12）：91-92.