张宏 姜未鑫
中车大连机车车辆有限公司 大连 116021
摘要：针对目前国内机车各型制动控制系统主要安全导向措施进行说明，同时对机车各型制动控制系统在指令转换器故障时，制动控制器（EBV）和整车制动控制逻辑进行对比分析，从设计角度说明各型制动控制系统在指令信号丢失时响应逻辑的差异性，并对指令转换器故障时刻，相关制动控制系统响应逻辑优化方式提出建议。
关键词:制动系统、指令转换器、信号丢失
一、现象简述
机车制动控制系统内部的指令转换器为制动控制系统和制动控制器（EBV）的通讯连接装置，若机车运用过程中指令转换器出现故障，会导致机车制动显示屏提示“I 端指令转换器通信1故障”、“I 端指令转换器通信2故障”。当制动系统检测指令转换器通信1和通信2均故障时，制动系统维持通信丢失前的制动控制器闸位状态继续运用，制动控制器常用制动和单独制动功能失效，但紧急制动功能正常，若将自动制动手柄置紧急位，列车管能够快速排风，制动系统可以施加紧急制动，保证机车停车。
二、国内机车各制动系统现状
2.1机车制动系统安全分析
目前国内机车制动控制系统主要分为德国KNORR制动系统、法国EUROTROL制动系统、国内CAB制动系统三种。当制动系统出现严重故障时，从列车紧急制动可靠施加、制动机失电触发常用全制动、微机故障可有效自动触发常用全制动、大闸制动与小闸制动独立控制、空气制动故障动力制动和停放制动有效施加、机车紧急制动制动缸上闸可由纯空气或硬线直接触发等方面进行安全需求梳理，现对制动能否有效施加进行了功能实现的分析，并提出了制动功能安全性的6个安全导向措施，包括1条安全底线措施。
（1）列车紧急制动可靠施加
列车包括机车和车辆，各型制动系统均通过列车管实现列车级制动控制，列车可通过多种方式实现紧急减压制动，保障列车级紧急制动施加，列车紧急制动触发方式如下表所示。
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（2）制动机失电触发常用全制动
针对制动机故障，各型制动系统均能通过系统掉电的方式来实施常用惩罚制动，使得均衡风缸压力排零，列车管压力通过中继阀跟随均衡风缸压力排空，同时导向空气分配阀施加常用全制动。
（3）微机故障可有效自动复位并触发惩罚制动
针对微机故障，KNORR、EUROTROL、CAB型制动系统均有故障导向安全措施，包括看门狗有效复位CPU触发惩罚制动或其它模块冗余等，可保障在微机故障时制动功能有效。
（4）大闸制动与小闸制动独立控制
大闸制动与小闸制动的控制互不影响，二者其一发生故障不会影响机车制动施加。KNORR、EUROTROL、CAB型制动系统的大闸制动和小闸制动均采用独立CPU进行控制，当其中一个CPU发生故障时，另一个CPU仍能正常工作，实现制动功能。
（5）空气制动故障动力制动和停放制动有效施加
目前，各型和谐机车和复兴号动力集中动车组动力车的动力制动主要用于调速控制，动力制力施加不会受空气制动的影响，即便空气制动已实施了紧急制动也可通过司控器手柄追加动力制动。
停放制动与空气制动相互独立，停放制动功能通过硬线施加，不受制动控制系统的影响。在制动控制系统故障状态下，各型制动系统均能通过操作停放制动按钮施加停放制动。
（6）机车紧急制动制动缸上闸可由纯空气或硬线直接触发
各种工况下，机车紧急制动制动缸上闸可由纯空气或硬线直接触发是机车单机运行的安全底线。KNORR、EUROTROL、CAB在机车单机运行时，机车制动缸上闸可由纯空气直接触发紧急制动。
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从制动系统必须能够在各种极端条件下保证制动功能有效施加的角度分析，理论上机车制动系统具备上述6条故障安全导向措施中的任意1条，即可产生制动作用安全停车。其中，第6条安全导向措施是机车单机运行时，最为重要和直接的紧急安全措施，是确保机车运行安全底线的措施。
经过分析，KNORR、EUROTROL、CAB 型制动系统均具备6条制动安全导向措施，且均具备安全底线措施，能够在不同工况下保证机车制动功能有效施加，从功能设计上可确保机车行车安全底线。
2.2各系统指令丢失对比分析
当指令转换器失电，导致两路 CAN（或 Lon 网络）通讯失效时，即制动控制指令丢失，各制动系统响应逻辑对比情况如下表所示。
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由上表可知，当出现制动控制指令丢失故障时，各型制动系统响应逻辑存在差异，主要在于是否自动产生惩罚制动，初步分析系各型制动系统设计理念的倾向性不同所致，即倾向于可用性还是倾向于安全性。
当设计理念倾向于可用性时，在紧急制动有效的前提下，响应逻辑为不自动产生惩罚制动，由司机根据实际情况确定是否立即停车还是在更合适的地点停车，增加系统可用性，提高运用效率；
当设计理念倾向于安全性时，在紧急制动有效的前提下，响应逻辑为自动产生惩罚制动，不考虑停车地点、位置等因素，在安全性得到最大满足的情况下，可用性势必降低。
三、建议改善方向
通过前期梳理，已形成了6条故障安全导向措施，能够在不同工况下保证机车制动功能有效施加，从功能设计上可确保机车行车安全底线。该故障发生时，紧急制动功能正常，可保证安全停车。为进一步增强制动系统安全性，建议增加1条故障安全导向措施：“制动指令丢失时，应自动施加惩罚制动”，避免司机操作失误引起不良后果。
鉴于该类型故障发生率较低，对可用性影响较小，建议以安全性为主，当出现制动控制指令丢失故障时，自动施加惩罚制动。
参考文献：
[1]李益民，聂小武，马力，伍春发编.电力机车制动系统[M].西南交通大学出版社.2017[2].