智能动车组制动系统故障诊断及分析

闫亨阳娄莹闫朋飞韩振段世昭

中车唐山机车车辆有限公司 河北 唐山 064000

摘要：随着我国经济、科技水平的提高，以计算机为代表的自动控制、嵌入式系统等先进技术也取得了快速发展。在此背景下，动车组制动系统不断完善，运行更加安全高效，在我国经济发展中发挥了越来越重要的作用。特别是制动系统的信号分析和数据处理功能得到了明显的改善。中国的动车可以随时记录运行信息和状态，并据此自动判断故障，为维修提供指令。此外，随着网络信息技术的发展，动车组制动系统自动故障诊断功能和分布式远程监控系统功能不断完善，应用范围越来越广泛。

关键词：动车组；制动控制；故障诊断；方法;

制动控制系统是一个复杂的系统，产生故障的环节较多，如制动控制系统制动控制单元通讯故障可能涉及到内部所有控制板的工作状态；制动控制系统中的传感器故障可能导致列车制动性能的下降或乱。由于列车在运用过程中，工作环境和列车操作状态等会实时发生改变，从而导致制动控制系统的某一故障可能只有在特定的条件下才能够出现。

一、动车组制动控制系统组成

动车组的运行速度很快，对列车的制动性能、运行平稳性、制动系统的可靠性和制动时的舒适度等方面提出了更高的要求。动车组制动系统的性能和组成特别复杂，主要由制动控制系统、再生制动系统、空气制动系统和防滑装置等组成制动时采用电空联合制动的方式，且以再生制动为主。其中制动控制系统还具有主伍缩机起停控制、车门控制、系统状态记录和故障诊断等功能。我国引进的时速200km/h及以上的川崎动车组（CRH2型动车组）的制动系统采用的是电气指令式微机控制直通式电空制动，这符合高速列车制动系统的发展方向。动车组的制动指令由司机制动控制器发出电气指令，经列车信息控制系统传送到每辆车的制动控制系统，由制动控制系统的制动控制单元运算，按速度进行减速率的控制，实施再生制动和空气制动。制动控制系统是制动系统的核心组成部分，在司机或自动控制装置的控制下，产生、传递制动信号，并负责对各种制动方式进行制动力计算和分配。制动控制系统由司机制动控制器、制动信号传输装置、制动控制装置组成。制动控制系统作为制动系统的核心和关键子系统，在动车组稳定可靠运行中发挥着重要作用。

二、高速动车组控制回路系统原理和故障特点

1.高速动车组控制回路系统原理。控制回路系统原理特点和示意图：高速动车组整个控制回路由多级控制回路构成，整个回路使用的接触器、继电器、光耦等半导体元器件数量特别多，回路线路贯穿整列动车组，回路中包含多个压接端子、连接器构成的接线点。

2.常见故障种类和特点。高频震动引发接线点接触不良导致的指令瞬断问题：高速动车组控制回路中含有大量的连接器插针、接线端子构成的接线点，这些接线点在动车组高速运行过程中产生的高频震动作用下，个别端子出现瞬间接触不良引发控制指令中断，导致动车组偶发性故障。继电器触点电蚀在高频震动环境下接触不良导致的指令瞬断问题：高速动车组控制回路中含有大量的继电器，这些继电器触点长期在复杂的电气环境中工作，浪涌电压等造成个别继电器触点电蚀表面局部碳化，出现电蚀表面局部碳化的继电器触点在动车组高速运行过程中产生的高频震动作用下瞬间接触不良，引发控制指令中断，导致动车组偶发性故障。半导体元器件在复杂电气环境下瞬间截止不良导致指令异常问题：高速动车组控制回路中含有光耦、续流二极管等半导体元器件，这些半导体元器件长期在复杂的电气环境中工作，浪涌电压等易造成半导体元器件瞬间击穿导通，引发异常控制指令输出，导致动车组偶发性故障。

3.故障特点。①故障具有偶发性、隐蔽性：控制回路瞬间中断或异常输出，故障持续的周期非常短，随车人员来不及检查，故障现象已经消失。②故障通过试验手段不易检测：由于无法模拟动车组复杂的运行环境，故障通过静动态试验无法模拟再现。③影响高速动车组运行秩序：动车组控制回路控制动车组的牵引、制动输出，控制回路指令异常极易造成停车晚点故障。④故障点不易查找，影响动车组上线运行：由于故障具有隐蔽性，往往在一定的周期内发生在特定的环境下，造成难以查找处置，为动车组后续上线运行埋下隐患。

三、制动控制系统故障的诊断体系

目前我国的动车技术已经比较成熟，制动控制系统能够自动对故障进行诊断，且具有较为完善的功能，不仅可以及时发现制动系统的故障异常情况，还可以为维修提供相应的指示和参考依据。动车组制动控制系统自动故障诊断属于一个具有独立性的系统，诊断的内容主要包括：对动车组MVB间的通讯、卡间的CAN通讯进行诊断，以及板器件、板卡的自检，BCU诊断等。进行故障诊断时，制动系统的各个单元将对故障代码以及故障发生的时间等各种数据进行存储，为故障原因的分析提供基础信息。另外还可以将这些数据信息通过MVB向诊断中心进行自动传输，诊断中心通过远程监控系统再将数据传输给中央服务中心，从而实现对故障的检测和处理。同时诊断系统还能够与动车组的制动控制系统进行信息互传，把动车的实时动态信息以及故障信息传输给制动系统，帮助制动控制系统完成故障诊断以及确定维修对策。另外还能够通过系统的维护终端进行实时监视或下载数据，确定故障位置，并对故障进行定性的分析。

四、动车组制动系统对故障诊断的方法以及相应的维修对策

目前动车组制动控制系统可以对故障进行有效的确认和评估，并进行报告。故障发生的形式以及故障原因往往多种多样，还会这涉及对动车的其他系统的影响，所以制动系统要对故障的范围、类型以及原因准确的加以分析，并迅速给出维修对策。

1.在开车前要对控制系统进行检查。动车组在发车之前，必须以自动或手动方式对制动系统的制动性进行相关的测试，从而确保动车组的制动系统处于良好的工作状态下。在检查中要对制动系统的常用制动和紧急制动，以及在紧急制动状态下环路的安全性等方面进行全面的检查。工作人员在完成了制动系统故障的检测以后，制动系统将自动将检测结果报告给故障诊断的中央系统。这样，如果动车组在运行的过程中出现了故障，就可以循序有效的给出维修的对策。

2.在运行中制动系统实时的故障诊断。在运行的过程中，动车组的制动系统要对相关数据进行及时的诊断，从而使各项数据及参数能够保证其实效性。同时通过WMB接口对运行的所有数据及参数进行诊断，以实现对故障进行实时监控的目的。如在检测中发现系统存在故障时，应对故障自动进行修复或排除，从而保证动车组实现运行的安全可靠。另外，诊断系统对于动车组的故障原因以及相关的操作提示信息等要传递给动车组的司机以及相关的乘务人员，便于他们及时采取应对措施进行补救或解决。

3.制动系统在检查及维护时的诊断。在维修人员对制动系统进行维护及检查时，制动系统要能够向维修人员提供实时的数据信息以及故障诊断的报告，帮助维护人员全面了解制动系统的实际状态，以便更好地对制动系统进行必要的检修。所以，制动系统的故障诊断要满足两个要求：（1）动车组的制动控制系统能够向维修人员提供必要的数据和信息，使维修人员能够获得相关的参考依据。（2）动车组的制动控制系统自动进行故障诊断及维护的数据信息可以使系统维护工作更加简捷。

总之，通过车载式的交互技术等制动系统能够对故障进行自动的诊断，可以对系统的状态进行实时的监测，并根据监测数据自动触发动车组自动执行停车等安全措施，更好的保障了动车组运行的安全。而且还能为技术人员提供指示，帮助技术人员对故障点进行快速的定位，并为故障处理提供相关的参考数据，动车组的制动系统正在不断地被优化，将对我国轨道交通产业的发展发挥重要的推动作用。

参考文献：

[1]刘华.浅谈动车组制动控制系统故障维修对策.2021.

[2]牟浩宇.动车组制动状态监测和故障诊断系统软件研究.2022.