有轨电车制动安全性分析

谢春杰 许红梅 南海峰 朱昭凯 曹科宇

中车唐山机车车辆有限公司 产品研发中心 ，唐山 063000

摘 要：低地板现代有轨电车作为环保、舒适、便捷的交通运输方式，越来越多的应用到城市轨道交通系统。低地板现代有轨电车可能运行在商业区，非独立路权，其运行区间与行人和车辆有交叉，发生紧急情况时优先考虑将车辆停下来以避免行人受到伤害。制动系统作为保证车辆安全的重要组成部分，其安全性尤为重要。

关键词：低地板现代有轨电车；制动系统；安全性

国内有轨电车制动系统普遍采用微机控制电液制动系统，主要应用的制动系统有克诺尔的KBGM-H，汉宁卡尔的HNKE，株机公司的DY-1，海泰的EHB01，华伍的DY01A，四方所的SCGHB-1。微机控制电液制动系统主要功能包括常用制动、紧急制动、安全制动和停放制动等。制动系统安全可靠是城市轨道车辆的运行安全和平稳停靠的保障。本文从制动控制、液压控制、电子控制三个方面对国内主流制动系统的控制方案进行了分析。

1. 列车制动控制

   1. 制动指令冗余

1. 在常用制动指令的传输上，均有相应的冗余措施。如采用网络与硬线指令冗余的方式，网络正常时以网络优先；当网络故障时，则根据硬线指令进行制动控制；当制动指令与牵引指令冲突时，制动指令优先。

2. 车辆采用双通道冗余的MVB总线接口，当任一路通道或收发器故障时，冗余备用通道仍可保证MVB能正常通信；

3. 如网络与硬线制动指令出现不一致，EBCU设置故障信息以及相关的MVB信号，车辆施加最大常用制动，并通过HMI向司机提示故障信息，车辆减速并停止；当制动指令与牵引指令冲突时，制动指令优先。

4. 通过手柄施加紧急制动时，同时输出常用制动指令。紧急制动指令既有硬线又有网络。当硬线故障时，网络指令起作用。

5. 安全制动控制环路贯串于全列车，失电触发制动，任意节点断开均施加安全制动。

6. 列车制动相关硬线在设计时采用“低电平”触发，因此是故障导向安全的；

1. 2. 控制主阀冗余

（1）主从热备模式

主要是SCGHB-1、DY-1型制动系统，用于中低速磁悬浮列车。

整车EBCU设主从控制，当主EBCU工作时，从EBCU处于热备份状态，一旦主EBCU故障，从EBCU转为主EBCU对列车制动系统进行控制与管理。

（2）网络管理模式

主要是SCGHB-1、EHB01（海泰）型制动系统。

采用列车级制动力管理，由VCU负责列车级制动力管理、计算和分配，并具备冗余功能，当主控VCU故障时，冗余VCU接管其主控功能，任意套制动控制单元故障，VCU会自动分配其他制动控制单元自动进行补偿。

（3）自律分散模式

主要有KBGM-H、EHB01、HNKE、SCGHB-1型制动系统。EBCU采用自律分散模式进行列车级制动力管理，任一套制动系统故障，均不会影响其它架EBCU基于列车级的制动管理功能。列车所有EBCU均连挂在MVB总线上，无主从之分，它们同时接收来至TCMS的信号并进行制动力的计算和管理。当任何一个EBCU故障，不影响其他EBCU的正常工作，其他正常EBCU会适当补充部分损失制动力。

1. 3. 安全制动施加冗余

制动系统内部均有一种安全制动冗余方式。

（1）安全制动电磁阀失电输出制动压力

EBCU会监控制动缸压力，若安全制动模式下制动缸压力未达到期望的压力值，EBCU会控制施加电磁阀或比例阀得电，保证制动夹钳降压，从而有制动力输出，以作为安全制动的冗余。（2）EBCU控制比例阀输出制动压力。制动系统中安全制动电磁阀和EBCU控制的制动力互为冗余。另外，装有磁轨制动装置的车辆，在施加安全制动时，会施加磁轨制动。

2. 制动控制单元的液压控制部分

   1. 制动控制阀（比例阀或开关阀）故障

若EHU内的缓解电磁阀（AS）和施加电磁阀（AT）或比例阀故障，列车表现如下：

（1）故障只影响单车或单台转向架的常用制动和紧急制动，列车制动力基于全列车进行分配，故障车或转向架损失的制动力会由在他所有正常车辆或转向架上进行部分补充，减小对列车总制动力的影响。同时，列车会报“转向架故障”信号，列车自动进行相应限速。（2）缓解电磁阀（AS）和施加电磁阀（AT）故障不影响安全制动模式的施加，能确保列车的安全停车。

1. 2. 安全制动电磁阀

（1）安全制动电磁阀被设计为“常开”模式，只要安全控制回路断电，安全制动电磁阀立即导通，施加安全制动。（2）EBCU会监控制动缸压力，若安全制动模式下制动缸压力未达到期望的压力值，EBCU会控制施加电磁阀得电，保证制动夹钳单元降压，输出制动力。（3）安全制动电磁阀故障只影响单车或单台转向架的安全制动，不会导致全列车制动力的丧失。

1. 3. 停放制动电磁阀

（1）停放制动电磁阀被设计为“常开”模式，在电磁阀处于失电状态时，停放制动电磁阀会导通，停放制动施加。（2）停放制动电磁阀故障只影响单车或单台转向架的停放制动，不会导致列车制动力的丧失。

1. 4. 限压阀故障

（1）限压阀故障只影响安全制动力的大小值，不会失去制动力，且不会导致全列车制动力的丧失。

2. 限压阀故障只影响单个转向架的安全制动，对全列车的影响程度较小，绝不会导致列车制动力的丧失。

3. 制动控制单元的电子控制模块

   1. 硬件故障导向

（1）部分项目EBCU采用双电源板冗余设计，任何一块电源板故障不影响EBCU的功能。（2）若EBCU无法上电，将处于缓解状态或断电前的制动状态。此时，安全制动依然有效，如果安全控制环路失电，则各转向架就处于安全制动状态，保证了单个制动控制装置故障或者失电时列车的可用性。（3）部分制动系统，控制板卡采用冗余设计，一块控制板卡故障时，另一块板卡能够维持EBCU正常工作。两块控制板卡都故障时，可通过硬线指令进行制动控制。（4）在常用制动和紧急制动时，当某个EBCU出现故障时，故障状态会在MVB网络中共享，其损失的制动力会在黏着控制范围内由其它控制单元承担，尽量减少制动力的丧失。（5）EBCU故障情况仅影响常用及紧急制动工况下的液压制动施加，并不影响安全制动施加。（6）若防滑控制板故障，EBCU将无法进行常用制动和紧急制动的防滑控制，但不会导致安全制动功能的丧失。防滑控制模块故障时，可以由监控电路关闭防滑功能，以防止制动力意外损失。

1. 2. 软件故障导向

EHB01型制动系统软件采用嵌入式实时操作系统（os）执行软件任务调度。上电后，启动系统，执行系统初始化和自检，并按在主任务中周期执行喂狗操作和制动控制功能任务。KBGM-H、HNKE、SCGHB、DY-1型制动系统，EBCU软件不含操作系统，没有操作系统的启动时间和操作系统不能启动问题。电子制动控制单元均设置看门狗监测及复位功能，在软件卡死或跑飞的情况下，能够对主控芯片有效复位；软件复位过程中，可提示司机操作制动停车或自动导向辅助缓解。

4. 总结

综上所述：

（1）在列车运行过程中，利用司机控制器操纵常用制动使车辆减速、停车。制动控制系统及车辆制动控制单元的主要阀类部件、电子控制模块均有相应的冗余和故障导向安全措施，保证列车能够正常施加制动，确保列车安全运行和停车。

（2）遇到紧急情况，可施加紧急制动；（3）如果常用制动和紧急制动功能失效，按下司控台上的安全制动按钮，可使列车施加紧急制动；（4）当按下安全制动按钮均无法施加安全制动时，可通过拔取司机钥匙、断全列车电源等方式使全列车断电，自动施加安全制动停车；因此，有轨电车的制动控制和执行的安全性是有保障的。

参考文献：

[1] 赵春光，韩晓辉，樊贵新等.低地板有轨电车制动系统技术现状[J].现代城市轨道车辆,2014,(1):42-46.

[2] 杨永勤，许红梅，张瑞玲. 自主研发的100％低地板现代有轨电车制动系统[J]. 城市轨道交通研究, 2014, (12): 90-93.

[3] 李莉，王明星，郝保磊. 100％低地板有轨电车制动系统研制[J]. 铁道车辆, 2017, 55(12): 38-40.